太阳能光伏电站设计_毕业设计论文Word格式文档下载.docx
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语
指导教师
职称
年 月 日
指 导 教 师 评 语
成绩
答辩组长
签字
时 间
年
月
日
答 辩 评 语
说 明
1、要求学生按上述格式用A4纸打印，正文原则要求宋体或楷体打印,大标题用二号,
小标题用三号字,正文用小四号.不便打印的，应用正楷书写整齐。
（封皮要求打印）
2、装订顺序为《封皮》→《毕业设计任务书》→《指导教师评语》→《答辩评语》→
《设计说明（论文）摘要》→《目录》→《正文》。
3 、具体程序：
（1）指导教师填写任务书，交给学生。
（2）学生设计完成后打印成稿交给指导教师，由指导教师填写评语，交答辩教师审阅。
（3）答辩完毕后由答辩小组组长填写评语和成绩。
4、说明:
毕业论文说明书样式请到河南科技大学继续教育学院网页“文件下载”中下载
-毕业设计（论文）说明书专用纸
目 录
一、设计工程概况 1
1.1项目地理位置 1
1.2建筑类型 1
1.3建筑面积和安装容量 1
1.4建设条件 2
1.5太阳能资源分析 2
二、示范目标及主要内容 3
2.1光伏发电系统主要内容 3
2.2示范目标 5
三、技术方案 6
3.1光电系统技术设计方案 6
3.1.1设计依据及相关标准 6
3.1.2光伏建筑一体化设计 6
3.1.3整体并网系统设计 7
3.1.3.1系统发电原理 7
3.1.3.2系统能效计算分析 13
3.1.3.2.1方阵布置方案分析 13
3.1.3.2.2系统发电量计算 14
3.1.3.2.3系统费效比 18
3.1.3.3整体系统设计 19
3.1.3.4光伏方阵电气设计 20
3.1.3.5电气系统构成 21
3.1.3.6主要设备清单 24
3.2系统节能量计算 25
3.3检测预留方案 26
3.4运行维护方案 27
3.4.1太阳能组件及其支架系统的保养维护及注意事项 27
3.4.2控制逆变器的保养维护及注意事项 27
3.4.3电线电缆的保养维护及注意事项 29
I
3.4.4数据计量远传方案 30
3.4.4.1系统通信 30
3.4.4.2数据采集 30
3.4.4.3数据通讯 30
3.4.5运行维护 32
3.5项目效益及风险分析 33
3.5.1项目经济效益 33
3.5.2项目环境影响分析 33
3.5.3市场需求分析 34
3.5.4项目风险分析 35
3.6结论 36
II
一、设计工程概况
1.1项目地理位置
本项目建设地点为洛阳市某大学的五栋多媒体教学楼屋顶。
洛阳市位于河南省西部，地处东经111.8’至112.59’，北纬33.35'
至35.05'
之间。
洛阳处于北温带，属大陆性气候，春季干旱，夏热多雨，秋季温和，冬季寒冷。
年均气温14.86℃，年均降水量578.2毫米。
亚欧大陆桥东段，横跨黄河中游两岸，“居天下之中”素有“九州腹地”之称。
洛阳地理条件优越。
它位于暖温带南缘向北亚热带过渡地带，四季分明，气候宜人。
年平均气温14.2`Ｃ降雨量546毫米。
东邻郑州，西接三门峡，北跨黄河与焦作接壤，南与平顶山、南阳相连。
东西长约179公里，南北宽约168公里。
1.2建筑类型
本设计项目所选择的5栋多媒体教学楼本身已经达到节能标准，节能率达到50%。
经实地勘测5栋多媒体教学楼的屋面可利用进行光伏电站建设,所有建筑整体南北走向，屋顶为混凝土水泥上人屋面，东、西、南侧均无明显的高大近距离障碍物对房屋屋顶的光照有遮挡，屋面载重符合要求，完全可以在屋顶架设太阳能光伏组件。
校舍主体朝向为正南偏西方向，朝向佳，太阳能开发利用资源条件较好。
本项目中的太阳能方阵作为屋顶的隔热层,实现了光伏组件的建筑构件化,
便于此类项目在类似地区得到进一步推广。
1.3建筑面积和安装容量
经实地测量计算，校区内上述5栋建筑屋面总面积约为10000平方米，可利用面积超过9280平方米，屋面开阔平坦，坡度小于3%，无杂物设备堆积存放，可以实现光伏总装机容量650kW。
1.4建设条件
（1）富集的太阳光照资源，保证较稳定的发电量；
（2）靠近主干电网，以减少新增输电线路的投资；
（3）主干电网的线径具有足够的承载能力，在基本不改造的情况下有能力输送光伏电站的电力；
（4）便利的交通、运输条件和生活条件；
（5）能产生附加的经济、生态效益，有助于抵消部分电价成本；
（6）良好的示范条件，让公众认识和接受光伏发电技术，具有一定的社会影响力。
1.5太阳能资源分析
地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。
资源丰度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。
就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。
我国属太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。
我国太阳能资源分布图
我国将上图中日照辐射强度超过9250MJ/m2的西藏西部地区以外的地区分为五类。
一类地区全年日照时数为3200～3300小时，年辐射量在7500～9250MJ/m2。
相当于225～285kg标准煤燃烧所发出的热量。
主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地。
二类地区全年日照时数为3000～3200小时，辐射量在5850～7500MJ/m2，相当于200～225kg标准煤燃烧所发出的热量。
主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。
此区为我国太阳能资源较丰富区。
三类地区全年日照时数为2200～3000小时，辐射量在5000～5850MJ/m2，相当于170～200kg标准煤燃烧所发出的热量。
主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏中北部和安徽北部等地。
四类地区全年日照时数为1400～2200小时，辐射量在4150～5000MJ/m2。
相当于140～170kg标准煤燃烧所发出的热量。
主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以。
五类地区全年日照时数约1000～1400小时，辐射量在3350～4190MJ/m2。
相当于115～140kg标准煤燃烧所发出的热量。
主要包括四川、贵州两省。
此区是我国太阳能资源最少的地区。
一、二、三类地区，年日照时数不小于2200h，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2／3以上，具有利用太阳能的良好条件。
四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。
洛阳市属我国第三类太阳能资源区域，较适合建设太阳能光伏发电项目。
二、示范目标及主要内容
2.1光伏发电系统主要内容
太阳能组件通过合适的串并联，满足并网逆变器要求的直流输入电压和电
流。
每块组件接线盒都配有旁路二极管，防止“热斑效应”，将组件由于部分被遮荫或电池片故障而导致的失效对系统效率的危害降到最低。
同时，太阳能方阵的直流汇流箱内设置防反二极管，以防止各并联组件串之间形成回路，造成能源浪费和缩减组件的寿命。
并网逆变器采用双环控制系统，实时检测电网状态，取得电网电压、电流、频率、相位等关键变量，通过计算分析，使输出电力与电网同步运行。
且在运行期间，并网逆变器按工频周期检测电网状态，一旦电网异常如突然停电，压降幅度超标，并网逆变器立即触发内部电子开关，实现瞬时与电网断开。
同时，并网逆变器不断检测电网状态，一旦其恢复正常并通过并网逆变器的计算分析，并网逆变器将重新并网。
总之，作为并网系统的控制核心和直流变交流的枢纽，并网逆变器高度的自动化和精密的检测控制功能从根本上保证了系统并网的安全性和可靠性。
太阳能组件边框及其支撑结构均与建筑现有的接地系统连接，并网逆变器开关柜等设备外壳接地，防止直击雷及触电危险。
另外，直流和交流回路中均设有防雷模块，防止感应雷击波伤害。
系统配有完善的通讯监控系统，全面检测环境和系统的状态，将光照强度、环境温度、太阳能板温度、风速等环境变量和系统的电压、电流、相位、功率因数、频率、发电量等系统变量通过RS485或以太网或GPRS传输直控制中心，实现远程监控；
同时如将同一地区多个并网电站的信息传输直同一控制中心，可方便区域的电网调度管理。
并网系统可作为一种补充性能源，而不能作为后备或主要电力；
这是因为其发电量相对安装场所的用电量而言，一般比重不超过20%，而且由于其“孤岛保护”功能，即电网停电时，并网逆变器要与电网断开，以防止太阳能系统所发电力在电网停电检修时引发安全事故。
不可按照并网系统的发电量而将并网系统与特定的负载挂钩，即将并网系统与特定负载实现一对一供电和用电。
这是因为并网系统的发电量依赖于系统的装机容量和天气条件（主要是光照和气温），其有效输出不是恒定的而是随机波动的；
另一方面，负载的耗电量也会随负载特性（功耗的大小变化，如待机和工作时功耗明显不同）、负载投入使用的频次、使用时间而随机变化，因此如将并网
系统和特定负载挂钩，将很难在不同时点上实现供需平衡。
理想的做法是将并网系统的输出直接连接在当地供电母排上，实现系统即发即用，就近使用，不足部分可从电网索取补充。
2.2示范目标
光伏发电项目的建设，符合我国21世纪可持续发展能源战略规划；
也是发展循环经济模式，建设和谐社会的具体体现；
（1）利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。
（2）所发电能馈入电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池，比独立太阳能光伏系统的建设投资可减少达35％一45％，从而使发电成本大为降低。
省掉蓄电池并可提高系统的平均无故障时间和蓄电池的二次污染。
（3）光伏电池组件与建筑物完美结合，既可发电又能作为建筑材料和装饰材料，使物质资源充分利用发挥多种功能，不但有利于降低建设费用，并且还使建筑物科技含量提高。
（4）分布式建设，就近就地分散发供电，进入和退出电网灵活，既有利于增强电力系统抵御战争和灾害的能力，又有利于改善电力系统的负荷平衡，并可降低线路损耗。
联网太阳能光伏系统是世界各发达国家在光伏应用领域竞相发展的热点和重点，是世界太阳能光伏发电的主流发展趋势。
三、技术方案
3.1光电系统技术设计方案
3.1.1设计依据及相关标准
本光伏发电项目应用技术方案的编写参照了如下技术标准:
6、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
7、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
8、《建筑地基处理技术规范》JGJ79-91
9、《建筑结构可靠设计统一标准》GB50068-2001
10、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
11、《建筑工程抗震设防分类标准》GB50023-2004
12、《光伏系统并网技术要求》GB/T19939-2005
13、《光伏发电站接入电力系统的技术规定》GB/Z19964-2005
14、《光伏系统电网接口特性》GB/T20046-2006
15、《电压波动和闪变》GB12326-200
16、《公共电网谐波》GB/T4549-1993
3.1.2光伏建筑一体化设计
光伏建筑一体化是将太阳能利用设施与建筑有机结合，利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层，既消除了太阳能对建筑物形象的影响，又避免了重复投资，降低了成本。
太阳能与建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向。
太阳能与建筑一体化技术的特点：
1.把太阳能的利用纳入环境的总体设计，把建筑、技术和美学融为一体，太阳能设施成为建筑的一部分，相互间有机结合，取代了传统太阳能的结构所造成的对建筑的外观形象的影响；
2.利用太阳能设施完全取代或部分取代屋顶覆盖层，可减少成本，提高效
益；
3.可用于平屋顶或斜屋顶，一般对平屋顶而言用覆盖式，对斜屋顶用镶嵌
式；
随着经济建设和人民生活水平的提高，城市花园住宅已经成为潮流，同时
能源危机和环境的恶化也在不断加剧，为此，既清洁又取之不尽的太阳能产品的开发和利用亟需普及，让太阳能产品助推城市花园化住宅实现既环保又节能，让未来住宅都太阳能化。
随着国内太阳热水器行业的发展，消费者对生活热水的要求，越来越高，而且对建筑的美观越来越重视，原有的闷晒式、紧凑式已不能满足人们的需求。
太阳能作为一种无处不在、取之不尽、用之不竭的，洁净无污染的能源正日益受到重视，它的广泛应用对于节约不可再生的矿物能源，保护环境，改善人类生存空间，实现经济社会的可持续性发展具有重要的意义。
太阳能集热器本身具有防水隔热的作用，这与建筑物屋顶的作用具有相似之处，即可以利用太阳能集热设施部分或全部代替屋顶覆盖层的作用，从而可节约投资。
因此，若能把建筑物与太阳能设施放到一起考虑，实现相互间的有机结合，便可节约投资，保持建筑物的整体美观性不受破坏，又可最大限度的利用设施与建筑的一体化问题，一般简称作“太阳能与建筑一体化”。
本设计项目光伏组件阵列在屋顶呈30度倾角排布，起到屋面隔热层作用，降低了大楼能耗，对周边环境不会产生不良影响，应得到大力推广应用。
3.1.3整体并网系统设计
3.1.3.1系统发电原理
光伏发电系利用半导体材料的光生伏打效应原理直接将太阳辐射能转换为电能的技术。
通过光伏电池进行太阳能-电能的直接转换，并与测量控制装置和直流—交流转换装置相配套，就构成了光伏发电系统。
太阳能光伏发电具有许多
其它发电方式无法比拟的优点：
不消耗燃料、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单、寿命较长等等，所以自从实用性硅太阳能电池问世以来，世界上很快就开始了太阳能光伏发电的应用。
光伏并网发电系统主要由太阳能组件方阵和并网逆变器两部分组成。
太阳能组件将光能转化为直流电能，并网逆变器将直流电能逆变成交流电能供负载使用或传输到电网。
如下图所示:
白天有日照时，太阳能组件方阵发出的直流电经过并网逆变器转换成交流电供给负载使用或传输到公共电网。
当光照不足或电网异常时，系统自动停止运行。
同时不断检测电网和光照条件，当光照充足且电网正常时，系统再次并网运行。
光伏并网发电原理图
l太阳能组件
通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。
每片太阳能电池只能产生大约0.5伏的直流电压，远低于实际使用所需电压，为了满足实际应用的需要，需要把太阳能电池串联成组件。
太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。
每件组件通常封装36片或72片太阳能电池片，正常输出工作电压约17V或35V左右。
当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件串、并联组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。
本项目采用高效多晶硅太阳能电池组件,组件颜色为天蓝色,组件电池按照严格的电池检验程序，依靠国内国外最先进的光伏检测机构，保证电池的效率
和稳定性处于世界先进水平。
多晶硅电池组件
多晶硅太阳能电池组件STP280-24/vd参数，转换效率14.5%
太阳电池种类
多晶硅电池
太阳电池组件型号
STP280-24/vd
电池数
指标
单位
72（12x6）
数据
峰值功率
Wp
280
开路电压（Voc）
V
44.8
短路电流（Isc）
A
8.33
工作电压（Vmppt）
35.2
工作电流（Imppt）
7.95
工作温度
0C
-40到+85
最大系统电压
V
1000
最大串联保险丝容量
20
功率误差
%
+3
尺寸
mm
1956x992x50
安装尺寸
1176x942x50或
1676x942x50
重量
kg
27
前玻璃厚度
4mm钢化玻璃
框架
氧化铝合金
接线盒
标称电池工作温度（NOTC）
IP67标准
45±
2
峰值功率温度系数
%/K
-0.47%±
0.05
开路电压温度系数
-0.34%±
0.01
短路电流温度系数
0.055%±
10年功率衰降
<
8
25年功率衰降
20
l并网逆变器
并网逆变器为跟随电网频率和电压变化的电流源，功率因数为1或指令调节以电网为支撑，无法单独发电，在电网中容量受限，输出功率由光伏输入决定。
目前并网型逆变器的研究主要集中于DC-DC和DC-AC两级能量变换的结构，DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大工作点；
DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。
本项目拟采用300KW集中型逆变器,具有如下特点:
l采用了新型高效IGBT和功率模块，降低了系统的损耗，提高了系统的效率。
l使用全光纤驱动，可靠避免了系统的误触发并大大降低了电磁干扰对系
统的影响，从而增强了整机的稳定性与可靠性。
l采用新型智能矢量控制技术，可以抑制三相不平衡对系统的影响，并同时提高直流电压利用率，拓展了系统的直流电压输入范围。
l新型智能人机界面，大大增加了监控的系统参数，图形化的界面方便了用户及时掌握系统的整体信息。
数据采集与存储功能，可以记录最近100天以内的所有历史参数、故障和事件并可以方便导出，为进一步的数据处理提供基础。
l增强的防护功能，增加了直流接地故障保护，紧急停机按钮和开/关旋
钮提供了双重保护，系统具有直流过压、直流欠压、频率故障、交流过压、交流欠压、IPM故障、温度故障、通讯故障等最为全面的故障判断
与检测。
l经过多次升级的系统监控软件，可以适应多语种windows平台，集成环境监控系统，界面简单，参数丰富，易于操作。
l专为光伏电站设计的群控功能，可以即时监控天气变化，并根据实时信息决定多台逆变器的关断或开通，试验结果表明，该种群控器可以有效提高系统效率1%~2%,从而给用户带来更多的收益。
l工频隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离；
l高转换效率（欧洲效率95.2%，全范围内96.2%）；
l具有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停机操作开关；
l提供包括RS485或Ethernet（以太网）远程通讯接口。
其中RS485遵
循Modbus通讯协议；
Ethernet（以太网）接口支持TCP/IP协议，支持动态（DHCP）或静态获取IP地址。
PVI-CENTRAL-300逆变器
集中型光伏并网逆变器技术参数表
逆变器技术参数
逆变器型号
输出额定功率
PVI-CENTRAL-300
330KW
最大交流侧功率
升级会员 