10KW家庭太阳能光伏发电系统毕业设计
毕业设计
题目:10KW太阳能家庭并网发电系统设计 班级:09光伏班
专业:光伏发电及应用技术 学号:00 姓名:xx 指导老师:xxx
日期:2011年10月3日 摘要:
光伏组件结构设计原则是首先用类似普通光伏组件的边框(形状较简单，但又能与外加边框相配合的结构)进行热压封装，然后在组件边框之外再附加边框，这种附加边框结构，应该具有以下功能:
1. 外加边框与已封装的组件边框能相互配合和可靠连接。
2. 保证各组件连接处若有雨水渗漏，都能顺畅地沿组件附加边框下淌，不会渗漏到组件下面。
3. 能方便可靠地固定于建筑屋面。 4. 便于电缆连接和走线。 5. 组件边框可靠接地。 6. 组件背面能通风。
7. 组件结构具有左侧、中间、右侧三种形式，便于相互组合、任意扩展。 8. 组件上下两块，采用搭接方式，便于组件表面雨水下淌，搭接处有粘带胶接，防止雨水在上下交接处下渗。
关键词:太阳能、并网发电，逆变器、转换效率、效益、政策
1绪论 1.1背景
随着全球工业化进程的逐步展开，世界各国对能源的需求急剧膨胀，而煤炭、石油和天然气三大化石能源日渐枯竭，全球将再一次面临能源危机，同时，大量使用化石能源对生态环境造成严重的破坏。能源、环境与发展己成为当今世界殛待解决的问题。因此全球都在积极开发利用可再生能源。在今后的20-30年里，全球的能源结构将发生根本性的变化。专家预测，在下50年里，可再生能源在整个能源构成中会占到50%。
自20世纪50年代太阳能电池的空间应用到如今的太阳能光伏集成建筑，世界光伏工业已经走过了近半个世纪的历史。由于太阳能资源分布相对广泛、蕴藏丰富，光伏发电系统具有清洁、安全、寿命长以及维护量小等诸多优点，光伏发电被认为将是21世纪最重要、最具活力的新能源。在世界各国尤其是美、日、德等发达国家先后发起的大规模国家光伏发展计划和太阳能屋顶计划的刺激和推动下，光伏工业近几年保持着年均30%以上的高速增长。其中，以光伏集成建筑为核心的光伏并网发电市场己经超过离网应用，
近几年的增长速度都在40%以上，成为世界光伏工业的最主要发动机。并网光伏发电已经成为光伏发电领域研究和发展的最新亮点。
我国太阳能资源丰富，全年日照时数大于2000h，太阳能总辐射量高于 25016MJ/(ma)的地区约占全国总面积的三分之二以上。但相对于蓬勃发展的世界光伏工业，中国光伏工业还处于起步阶段。光伏组件产量和安装容量仅为世界1%左右，配套设备的产业化进程也严重滞后于其他国家。国际上方兴未艾的光伏并网集成建筑在国内还几乎是空白。因此，对并网型光伏系统的研究必将成为光伏发电技术研究的重中之重。
光伏并网发电系统可以按照系统功能分为两类:一种为系统中含有蓄电池组的可调度式光伏并网发电系统;另一种为系统中不设置蓄电池组的不可调度式光伏并网发电系统。
并网型光伏发电系统的核心为并网型逆变器。并网型逆变器是影响和决定整个系统是否能够稳定、安全、可靠、高效地运行的一个主要因素，同时也是影响整个系统使用寿命的主要因素。
并网型逆变器按控制方式可分为以下四种:电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制、电流源电流控制。以电流源为输入的逆变器，直流侧串联电感对输入进行滤波，得到稳定的直流输入。但是由于电感的存在使系统的动态性能变差，因此目前大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式。
1.2国内外研究现状
并网逆变器与市电并联运行时，其输出控制对象可为输出电压或者电流。市电系统可视为容量无穷大的交流电压源，若并网逆变器输出采用电压控制，则就相当于两个电压源并联运行，这样就有输出电压不易精确控制、可能出现环流等不足。若采用电流控制，则只需要控制并网逆变器的输出电流以跟踪市电电压，即可达到并联运行的目的。由于控制方法相对简单，因此使用比较广泛。
综上所述，并网逆变器一般都采用电压源输出、输出电流控制的方式。 目前，并网型光伏发电系统用逆变器大体具有以下五个方面的特点: l、并网型逆变器的输出为正弦波。一般情况下为了得到正弦波输出往往使用“伪正弦”或脉宽调制方法。这些方法可以满足大多数负载的要求，而为了满足某些对谐波有特殊要求的负载，其一般是通过电感或工频变压器等方法来提高输出波形的质量，这不可避免地带来低效率和较差的动态特性，而且系统笨重、造价高。目前，国外的并网标准中明确规定并网逆变器的输出波形的总谐波因数小于5%，各次谐波含量小于3%，并且具有较好的动态特性;
2、并网型逆变器应具有高的转换效率，尤其是空载和轻载的损耗。以ADVANCED ENERGY Inc.的MM-5000为例，该产品在额定输出时效率为90%，在一半额定输出时为92%，最大的逆变器效率为93%，在空载时逆变器的损耗要求小于20W:
3、并网型逆变器应具有高可靠性; 4、并网型逆变器的功率因数近似为1;
5、并网型逆变器应具有输入过压、输入欠压、输入过流、输出过流、电网电压跌落、电网电压过压、电网频率故障、输入反接、冷却风扇故障、孤岛效应各种保护功能。
1.2.1国外的研究现状
国外并网型逆变器已经是一种比较成熟的市场产品，例如在欧洲光伏专用逆变器市场中就有SMA,Fronius,Sputnik,Sun Power和西门子等众多的公司具有市场化的产品，其中SMA在欧洲市场中占有的50%的份额。除欧洲外，美国、加拿大、澳大利亚、新西兰以及亚洲的日本在并网型逆变器方面也都己经产品化。以SMA和西门子为例介绍目前光伏并网发电系统用逆变器的发展情况。
SMA 光伏并网逆变器目前具有三大系列产品:支路逆变器、集中逆变器和多支路逆变器，其中以SWR和SB两个系列应用最为广泛。该产品具有如下特点:高效率、高功率因数、低THD;基于微处理器的自动功率点调节，即:基于软件实现的最大功率跟踪:根据电网情况调制工作状态，工作状态自动切换;通过LED显示主要工作状态;故障自诊断;测量数据和工作状态通过总线传输至PC机:多台逆变器可以任意组合构建系统，使系统设计更加简便、扩展更加方便。多支路逆变器是SMA最新推出的产品，该产品采用最大功率跟踪和并网逆变两级能量变换结构，多个不同支路共用同一个逆变环节，中
间设置有内部直流母线，可以使系统的灵活性大为提高;输出端无工频变压器隔离，采用最新的电网阻抗检测和交、直流剩余电流检测来实现有效保护。
与SMA相比较，西门子并网光伏逆变器则采用主从式构建系统，由主逆变器和若干个从逆变器来组建用户要求容量的并网光伏系统，灵活性和系统扩展等均没有SMA的强。西门子SITOP Solar主要分为隔离和非隔离两种支路逆变器，两级能量变换，最大功率跟踪和逆变部分集成在一个机箱内;功率因数高;基本单级式并网型光伏发电系统用逆变器的研究数据本地集中显示;实时发电电能显示;RS232串口连接PC或者调制器:能够外接辐射计和组件温度传感器。
除SMA和西门子外，美国的Xantrex的SunTie XR系列并网逆变器也是根据光伏市场需要推出的产品，系列覆盖了中、大功率范围，也可将多台中功率的逆变器并联构成系统，而且逆变器中也集成了最大功率跟踪环节。
综上所述，目前国外光伏并网逆变器产品的研发主要集中在最大功率跟踪和逆变环节集成的单级能量变换上，功率主要为几百瓦到五千瓦的范围，控制电路主要采用数字控制，注重系统的安全性、可靠性和扩展性，均具有各种完善的保护电路。
1.2.2国内的研究现状
由于我国光伏发电等可再生能源发电技术的研究仍然处于起步阶段，技术水平相对国外还有一定差距。就并网型光伏发电系统的核心技术并网型逆变器而言，合肥工业大学能源研究所、燕山大学、上海交通大学、中国科学院电工研究所等科研单位和大学在这一方面进行了相关的研究，并且在“九五”、“十五”期间，国家科技部投入相当数额的经费进行开发工作。
除此之外，北京索英电气技术有限公司和合肥阳光电源有限公司也在推出了适合并网光伏系统用的逆变器。北京索英电气技术有限公司的三相光伏并网逆变器，采用日本的智能功率模块IPM作为主回路功率器件，运用该公司先进的并网控制技
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