独立光伏PVsyst设计首发.docx
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独立光伏PVsyst设计首发
家用独立光伏发电系统的优化设计
XX
（武汉工程大学，湖北武汉430200）
摘要：
针对目前我国城市建设过程中的实际情况，为使太阳能这一新能源更好的服务于城市电气化建设，以武汉城市地区为例，根据当地的气象、环境状况及具体负荷情况，进行家用独立光伏发电系统设计，对系统的光伏倾角、光伏电池板、蓄电池、控制器和逆变器进行了优化的设计与选择，在满足用户供电需求下，尽量减少初始投资，同时归纳了设计过程中应注意的事项。
用专业的光伏系统设计软件PVSYST对设计方案进行仿真，对其用户满足率、能量利用率、蓄电池工作状态、经济效益及环境效益进行了详细的分析,该系统年发电量1175KWh，用户满足率100%，能量利用率78.7%，平均每度电约3.3元，总运行期间共节约11.75吨煤，减少了24吨CO2排放。
关键词：
家用光伏发电系统；PVSYST仿真；用户；优化设计
0引言
光伏发电技术可直接将太阳光转换成电能,没有任何污染,有助于解决全球变暖的问题和我国的能源安全问题[1]。
户用光伏发电系统又叫离网型光伏发电系统，主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。
具有功率小、安装方便、维护简单等特点。
近年来,我国在太阳能光伏发电领域出现了日新月异的变化,光伏企业犹如雨后春笋般地呈现.通过"送电到乡"等工程,光伏系统已经解决了许多边远地区人口的供电问题。
随着传统化石能源的枯竭,太阳能光伏发电这一清洁、可再生的新型发电方式成为能源结构中重要的替代能源[2]。
1系统参数设定
1.1环境参数
设计用户面向沈阳周边农村地区，武汉市的基本气候资料如表1所示。
设定此地区最长阴雨天为10d。
表1武汉（1971-2000）气候情况
Table1Wuhan’sclimate（1971-2000）
参数
平均温度（℃）
最高温度（℃）
极高温度（℃）
最低温度（℃）
极低温度（℃）
降水天数（天）
降水量（毫米）
平均风速（米/秒）
平均/月
16.6
21.1
30.5
13.0
1.6
10.4
105.7
1.83
1.2负载参数
抽取普通城市居民作为设计对象，将基本情况输入PVsyst。
如图1所示，其中我们为用户增加了5%的预期负荷留量：
3040*0.05=152wh,放在otheruse中。
其中具体负载为：
18W白炽灯8个、5h/天，120W电视机/电脑共2个、3h/天，600Wh/天的冰箱一个，1000Wh/天的洗衣机一个，加上预留负荷152Wh共计3192Wh/天。
图1用户每日消耗量
Figure1consumers’dailyconsumption
1.3光伏组件参数
非晶硅太阳电池是薄膜类太阳电池中最成熟,并已大规模生产的电池品种,单条生产能力从1MW提高到25MW~30MW[3]。
本设计中光伏板选用非晶硅光伏电池板，具体参数如下：
功率89W；峰值电压17.3V；峰值电流5.15A；开路电压23.5V；短路电流6.01A。
铅酸免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。
它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。
且8V电池在节能减排、成本、安装空间等方面比2V电池更有优势，该光伏系统选用的蓄电池为密封式式免维护铅酸蓄电池，型号为8-CS-25PS，具体参数如下：
标准电压8V；标称容量681Ah。
2基于PVSYST的系统优化设计
PVSYST是一款光伏系统设计辅助软件，用于指导光伏系统设计及对光伏系统进行发电量进行模拟计算。
PVSYST为建筑师、工程师和研究人员的使用而设计，它包括详细的上下文相关帮助，解释了详细过程和使用的模型，能够从许多不同的来源导入气象数据[4]。
输入相关参数后，系统能够进行模拟和计算，并给出相关的分析报告。
2.1光伏电池倾角
查询相关地理信息后将武汉的经纬度、海拔、时区输入PVSYST，如图2所示，然后连接NASA即可为武汉建立数据库。
图2武汉地理参数
Figure2geographicalparametersofWuhan
对于有均衡或非均衡负载的独立光伏系统,在计算最佳倾角时,可先计算出不同倾角下各月倾斜面上的辐射量占该倾角下全年总辐射量的比例以及各月负载耗电量占全年总耗电量的比例[5]。
结合相关计算方法和武汉的气象资料，为了在保证冬季的发电量的同时平衡全年发电量，本次设计选取了38°作为系统的倾角，0°作为系统的方位角。
2.2蓄电池和光伏板
由于太阳辐射量随季节、气候等变化,且蓄电池充电时最高只能到达额定容量,放电时又要受放电深度的限制,所以在一定范围内蓄电池容量也会影响光伏方阵的发电量,在同样满足负载用电需要时可以有多种方阵和蓄电池容量的组合。
最优化设计应从可靠性和经济性两方面进行综合考虑,以确定既能满足负载用电要求,又是成本最低的方阵和蓄电池容量组合[6]。
对于可靠性指标,国外大多采用负载缺电率（LOLP）来衡量[7],[8],[9]。
一般户用光伏系统只要LOLP=10-2即可,这样可以降低成本,提高系统的经济性。
选用蓄电池的标称电压为8V，光伏电池89W，依据PVSYST建议的蓄电池总容量和光伏电池总功率确定各自串并联数，蓄电池串联3并联2，总容量1362Ah，蓄能32.7KWh。
光伏板串联2并联6，50℃时电压33.2V，输出的峰值电流30.3A，总功率1.1KW。
系统自给天数设定为10天。
2.3电路示意图、功率控制器及备用发电机
如图3所示，系统的基本电路包括了光伏电池、蓄电池、控制器、备用发电机、负载等。
在光伏系统中采用最大功率点跟踪技术能够依据太阳辐射和环境温度的变化使光伏阵列输出最大功率[10]，但是考虑到我们采用的是固定安装所以系统使用了普通的24V太阳能功率控制器，属于固定电压运行模式。
考虑到可能存在少数月份的缺电，所以采用了一个1.5KW的备用发电器。
图3电路图
Figure3circuit
2.4逆变器的选择
该用户总负载为794w，由于负载的总容量大于逆变器总功率的80﹪时，逆变器会发热过度，从而减少逆变器的使用寿命。
所以选择的逆变器容量应大于992w，系统选择24v直流变220v交流，功率1000w的逆变器，型号为K-1000W。
3系统性能分析
3.1能量利用率和用户需求满足率
从图4可以看出系统的能量利用率是78.7%，用户需求满足率100%。
从表2可以看出在二月份光伏系统发电量不足，由于设计时考虑的是全年的平均表现，2月份时武汉温度达到全年最低，日照时间较短，光伏系统的发电量受到了影响，但是备用发电机的存在满足了用户的需求。
图4系统的能量利用率及用户需求满足率
Figure4System’sperformanceratioandsolarfraction
表2结余及主要结果
Table2balancesandmainresults
表3电池运行和性能
Table3Batteryoperationandperformances
3.2蓄电池的工作状态
如表3所示，蓄电池在7-10月份电荷负载率为0.7左右，其余月份0.5左右，全年平均电压24.7V。
3.3系统经济性
表4光伏系统成本
Table4Photovoltaicsystemcost
名称
型号
单价
数量
金额
光伏板
89W/15V
1500
12
18000
铅酸蓄电池
8V/681Ah
3000
6+18（备用）
72000
功率控制器
24V
200
1
200
逆变器
24VDC/220VAC
270
1
270
备用发电机
15KW
6000
1
6000
其他材料
300
合计
96770
如表4所示，该系统预计运行25年，铅酸蓄电池在其间更换三次。
25年内总投资96770，年发电量1175KWh，25年共计发电29375KWh，平均每度电约3.3元。
3.4环保效益
每度电耗煤0.4Kg，25年内总产电29375KWh，节约了11.75吨煤。
光伏系统在当地每发电1kWh,相当于减少CO2的数量。
分析了中国电厂燃料结构,进行计算,得出了中国的CO2排放指数为0.814kg/kWh[11]。
该系统25年间将减少约24吨CO2排放，对环境保护有一定的正面作用。
4.结语
本次课程设计结合武汉的实际情况，以PVSYST为平台完成了独立型家用光伏发电系统的模拟设计，对基于PVSYST的工程设计做了一定的归纳和实践。
在蓄电池的设计中充分考虑了针对武汉气候的自给需求，同时备用发电机的采用使用户全年的需求得到了100%保障。
系统包括12个89W/15V的ASI-TM89非晶硅电池板，倾角38°，方位角0°；24个8V/681Ah的PVSBlock12V1PVS70密封式铅酸蓄电池，其中18个用于后续运行的更换；一个24V的CP太阳能功率控制器；一个24V直流转220V交流的TJ-24-2000H交流逆变器；一个15KW的STC-15柴油发电机。
系统总成本96770元，年发电1175KWh，折合约3.3元/度。
从系统结果的分析可以看出电池组件的效率损耗和转换损耗以及充电损耗占系统能量损耗的大部分，系统几乎能完全满足用户的需求。
在经济方面，电池方面的投资较大，使得最后的光伏电价较高，但是考虑到政府的相关政策和相当好的环境效益，该系统在城镇地区依然有一定的可行性。
[参考文献]
[1]张耀明.中国太阳能光伏发电产业的现状与前景[J].能源研究与利用,2007,
（1）:
1-6.
[2]朱伟钢,林燕梅,周蕾,等.太阳能光伏发电在中国的应用[J].现代电力,2007,24（5）:
19-23.
[3]赵红英,杨继强,谷士彬,等.非晶硅太阳电池边绝缘设备研究[J].资源节约与环保,2011,（5）:
56-57.
[4]“Apowerfulsoftwareforyourphotovoltaicsystems”（2011-2012）,[OL].Available:
（June13,2012）.
[5]顾超,崔容强.独立光伏系统最佳倾角计算新方法[J].电源技术,2005,29
（1）:
31-34.
[6]杨金焕,汪征浤,陈中华,等.负载缺电率用于独立光伏系统的最优化设计[J].太阳能学报,1999,
（1）:
93-99.
[7]TsalidesPh.,ThanailakisA.Loss-of-loadprobabilityandrelatedparametersinoptimumcomputer-aideddesignofstand-alonephotovoltaicsystems[J].SolarCells,1986,18:
115-127
[8]KleinSA,BeckmanWA.Loss-of-loadprobabilitiesforstand-alonephotovoltaicsystems[J].SolarEnergy,1987,39∶499-512
[9]GroumposP,PapaGeorgiouG.Anoptimalsizingmethodforstand-alonephotovoltaicpowersystems[J].SolarEnergy,1987,5∶341-351
[10]Leyva,R.RoviraiVirgili.MPPTofphotovoltaicsystemsusingextremum-seekingcontrol[J].IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems,2012,42
（1）:
249-258.
[11]杨金焕.光伏系统减排CO2潜力的分析[C].第十届中国太阳能光伏会议论文集.2008:
845-849.
DesignandOptimizationonIndependentHouseholdPhotovoltaicPowerGenerationSystem
XX
（WuhanInstituteofTechnology,HubeiWuhan430200）
Abstract:
Aimingattheactualsituationofthenewurbanconstructionofourcountry,thestand-alonePVpowersystemtakingWuhanurbanareasasanexamplewasdesignedaccordingtothelocalweatherandenvironmentconditionsandspecificloadconditionsinordertomakesolarenergybetterservetheruralelectrificationconstruction.Undertheconditionofsatisfyingtheuserdemandonphotovoltaicpowersupply,dipAngle,photovoltaicpanels,storagebattery,controllerandinverterweredesignedandchosenoptimallytoreducetheinitialinvestment,andthemattersneedingattentionweresummarized.TheauthorusedtheprofessionalphotovoltaicsystemdesignsoftwarePVSYSTtosimulatethedesignscheme,detailedanalyzedtheusermeetrate,energyutilizationrate,storagebatterycondition,economicbenefitsandenvironmentalbenefitstoverifythefeasibility,Thesystemoutput1175KWhforannualenergy,user-satisfactionratereach100%,energyutilizationis78.7%,averageabout￥3.3perunit,11.75tonsofcoalwouldbesavedduringtherunning,reduces24tonsofCO2emissions.
Keywords:
householdphotovoltaicpowergenerationsystem;PVSYSTsimulation;consumer;systemoptimizationdesign;
指导教师评分
评价内容
具体要求
权重
得分
调查论证
能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。
10
实践能力
独立设计、计算、绘图的能力（课程设计）；能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究的能力（学年论文）
15
分析解决问题能力
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题（课程设计）；或能对课题进行理论分析，得出有价值的结论（学年论文）。
15
工作量、工作态度
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。
10
质量
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理（或设计过程完整，设计内容完全）；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文（设计）结果有参考价值。
40
外语和计算机应用能力
在课程设计或学年论文中，能够体现外语和计算机的应用能力。
5
创新
工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。
5
综合评语
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教研室主任签字：
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答辩记录
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答辩意见及答辩成绩
答辩小组教师（签字）：
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