某家庭光伏儲能電站設(shè)計及成本及預(yù)算效益分析計算目錄TOC\o"1-3"\h\u21266某家庭光伏儲能電站設(shè)計及成本及預(yù)算效益分析計算 128277第1章家庭光伏儲能電站的設(shè)計 174491.1設(shè)計原則 1141281.2光伏組件選型 2157671.3逆變器的選型 362261.4蓄電池組的選型 5149721.2家庭光伏儲能電站設(shè)計 621381.2.1光伏方陣傾斜角的設(shè)計 6244151.2.2光伏組件串并聯(lián)設(shè)計 716232第2章家庭光伏儲能電站的成本及預(yù)算效益分析 8151552.1成本預(yù)算 8211392.2發(fā)電量計算 943182.3經(jīng)濟效益分析 11第1章家庭光伏儲能電站的設(shè)計本論文家庭光伏儲能電站的設(shè)計內(nèi)容主要包括：光伏組件的選型、逆變器的選型、蓄電池組選型；通過選擇合理的元器件進行光伏系統(tǒng)的容量配置，使得該光伏系統(tǒng)達到最佳輸出狀態(tài)。1.1設(shè)計原則本設(shè)計在遵循技術(shù)先進、科學(xué)合理、安全可靠、經(jīng)濟實用的指導(dǎo)思想和設(shè)計原則下，著重考慮以下設(shè)計原則[15]：先進性：在光伏電站的設(shè)計過程中，應(yīng)具有一定的先進性，這樣才能保證系統(tǒng)安全、可靠地運行，也會提高電站的使用壽命。實用性：光伏電站的實用性主要表現(xiàn)在電站安裝之后的反饋，光伏組件的實際使用性能和逆變器的使用壽命等因素共同影響著電站性能，因此在電站中安裝的器件應(yīng)該從其穩(wěn)定性、可靠性和可維護性綜合考慮，所以盡量選用維護方便、簡易的器件，同時還需考慮到電站為用戶帶來的收益。經(jīng)濟性：經(jīng)濟性主要體現(xiàn)在在同等規(guī)模電站設(shè)計中在保證系統(tǒng)各項技術(shù)指標(biāo)的前提下，努力降低工程、設(shè)備成本，提高系統(tǒng)的性能價格比，保護用戶的投資效益[11]。1.2光伏組件選型峰值日照小時數(shù)：2.48h，光伏組件選型原則：光伏組件選型時在保證性能參數(shù)合適的情況下，還需要考慮到光伏組件是否易于安裝與搬運，同時應(yīng)選用合理的尺寸和較高性能的光伏組件，組件還應(yīng)該符合一般的性能標(biāo)準(zhǔn)，易于接線和抗強紫外線，符合IEC61215標(biāo)準(zhǔn)，最終就能夠保證每塊光伏組件的質(zhì)量[16]。遵循以上原則選擇的jinkosolar-JKMS255PP-608Maxim電池組件。其參數(shù)如表3-1：表3-1組件參數(shù)表組件類型jinkosolar-JKMS255PP-608Maxim電池片類型156mm×156mm電池片數(shù)量60片峰值功率255w峰值電壓30.8V峰值電流8.28A開路電壓38.0V短路電流8.92A組件效率17.8%工作溫度-40°C至85°C尺寸1650mm×990mm×40mm重量19.4kgjinkosolar-JKMS255PP-608Maxim光伏電池組件有如下優(yōu)點：轉(zhuǎn)換效率高達17.8%；2、尺寸較大，不僅節(jié)省了安裝成本，還增大了單位發(fā)電面積；3、組件功率差為0~5w，進而提高了組件的輸出功率，保證了系統(tǒng)的可靠性，進一步增加了給客戶帶來的收益。1.3逆變器的選型逆變器是組成光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)的一個重要條件，逆變器有很多種類，但一般都選用的是正弦波輸出逆變器，因為此類逆變器不會影響電器電機的使用壽命，還要注意如果是獨立的光伏儲能電站，那就選獨立型光伏逆變器，如果要并到公供電網(wǎng)中，那就得選用并網(wǎng)型逆變器。逆變器的選型要求：（1）轉(zhuǎn)換效率：逆變器是光伏系統(tǒng)中的核心器件，所以在逆變器選型時要特別關(guān)注逆變器的轉(zhuǎn)換效率，要選用較高轉(zhuǎn)換效率的逆變器。（2）海拔因素：青海也是屬于高海拔地區(qū)，所以在選擇時要確定逆變器可以在高海拔地區(qū)正常運行，否則就會影響電網(wǎng)的運行。（3）溫度：根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁氐淖钚≈岛妥畲笾荡_定一個范圍，逆變器的工作范圍盡量不要超過當(dāng)?shù)氐臍鉁胤秶駝t就會影響逆變器的使用壽命。本次設(shè)計所選擇的是Sungrow-SG5KTL-D型并網(wǎng)逆變器，其具體參數(shù)如下表3-2所示：表3-2并網(wǎng)逆變器規(guī)格逆變器型號參數(shù)Sungrow-SG5KTL-D最大光伏組件功率4kWp最大直流輸入電壓600V啟動電壓360VMPPT范圍110-560V最大直流輸入電流20A直流輸入路數(shù)1額定交流功率3kW額定交流電流11.6A交流電流畸變率（THD)<3%@額定功率額定交流電壓220V交流電壓范圍180V~276V（可設(shè)置）交流電壓頻率45Hz～65Hz（可設(shè)置）功率因數(shù)≧0.99@額定功率最大效率97.50%歐洲效率97.00%冷卻方式自然冷卻防護等級IP65過/欠壓保護有過/欠頻保護有防孤島保護有低電壓穿越功能有過流保護有防反放電保護有極性反接保護有工作環(huán)境溫度-25℃~+60℃工作環(huán)境濕度0~100%海拔高度2500m顯示LCD由上表3-2可知，該逆變器的額定交流電壓為220V，而家庭電壓正好是220V；最大直流輸入電壓為600V，滿足所設(shè)計的家庭光伏儲能電站的輸出電壓；工作環(huán)境溫度也比較光，只要在-25℃~+60℃內(nèi)，逆變器就能正常工作；對電路也起到過載和短路保護；逆變器在海拔不超過2500米的地方都可以正常工作，而青海省民和縣的海拔為2100~2500米之間，正好在逆變器的正常工作范圍之內(nèi)。1.4蓄電池組的選型（1）電池選型原則光伏發(fā)電系統(tǒng)配上儲能裝置，可以實現(xiàn)削峰填谷、負(fù)荷補償?shù)墓δ?，以此來提高電能的質(zhì)量。然而儲能系統(tǒng)的設(shè)計在光伏儲能電站中也是非常重要的一部分，所以選擇的蓄電池必須滿足以下要求：1）可以任意結(jié)合，滿足較大的工作電流和工作電壓；2）電池容量與性能的可檢測和可診斷性；3）安全性和可靠性較高：一般情況下，蓄電池的使用壽命在5年左右，在極限情況下，就算發(fā)生了故障，但應(yīng)該在受控范圍之內(nèi)，不其不應(yīng)該危及到光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全運行；4）應(yīng)具有快速響應(yīng)的功能和快速充放電的功能，充放電能力一般為5-10倍；5）較高的充放、電轉(zhuǎn)換效率；6）易于安裝和維護；7）具有較好的環(huán)境適應(yīng)性，較寬的工作溫度范圍；8）符合環(huán)境保護的要求，在電池生產(chǎn)、使用、回收過程中不產(chǎn)生對環(huán)境的破壞和污染；(2)建議方案從儲能系統(tǒng)的技術(shù)方面來看，磷酸鐵鋰電池由于其技術(shù)的成熟，在儲能市場上有較強的競爭力，而鈉硫電池和全釩液流電池技術(shù)相比于磷酸鐵鋰電池還不成熟，也沒有形成產(chǎn)業(yè)化，并且其供應(yīng)渠道受限，價格也比較貴。從后期的運營和維護成本來看，鈉硫電池需要不斷地為其供熱，全釩液流電池需要一個泵對其進行流體控制，從而就會增加運營維護的成本，但鋰電池不需要太多的維護成本。根據(jù)國內(nèi)外儲能電站應(yīng)用現(xiàn)狀和電池特點，建議儲能電站電池選型主要為磷酸鐵鋰電池[17]。其電池參數(shù)如下表3-3：表3-3蓄電池型號電池型號26650額定電壓V容量（Ah）長（mm）寬(mm)高(mm)重量（kg）磷酸鐵鋰1220052222424029.6為了滿足光伏電站配置儲能系統(tǒng)的要求，本論文選用了12V、200Ah的磷酸鐵鋰電池，總共使用了4塊，全部以串聯(lián)的方式連接在一起。充滿需要9.6度電，理論放電9.6度，但電池都有一個放電深度，一般電池的放電深度為0.8，但磷酸鐵鋰電池的放電深度相比于其他電池稍微高一點，達到了0.85，因此實際放電量為8度左右。本論文選用的磷酸鐵鋰電池具有以下優(yōu)點：1、循環(huán)壽命長：循環(huán)壽命比鉛酸蓄電池高5倍，更好的降低綜合使用成本。

2、重量輕：重量相比鉛酸電池輕40%左右，是鉛酸電池最佳的替代品。3、保護功能：具有短路、充放電過壓保護功能，充電電壓均衡，溫控等功能。4、耐高溫：工作溫度范圍寬廣(-20℃—75℃)，有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃。5、環(huán)保：磷酸鐵鋰電池一般不含任何重金屬與稀有金屬，也不污染環(huán)境。1.2家庭光伏儲能電站設(shè)計1.2.1光伏方陣傾斜角的設(shè)計光伏組件的安裝傾角嚴(yán)重影響著光伏組件所接收到的太陽輻照量，進而影響光伏電站的發(fā)電效率和發(fā)電量，一般設(shè)置最佳傾斜角時應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐木暥?，多年月平均輻照度，直射分量輻照度、散射分量輻照度和氣候條件進行設(shè)計，通過PVsyst光伏仿真模擬軟件分析得出，青海省的最佳太陽能傾斜角度為34℃，及朝正南向傾斜34℃安裝。光伏方陣最佳傾斜角如圖3-1所示。圖3-1光伏方陣最佳傾斜角與方位角1.2.2光伏組件串并聯(lián)設(shè)計在光伏電站中將光伏組件按串并聯(lián)的方式連接在一起，其目的就是為了將光伏組件輸出的電流電壓通過變壓器調(diào)至符合逆變器的輸入范圍之內(nèi)。因為本次所設(shè)計的光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量是12.5kWp，青海省民和縣當(dāng)?shù)氐淖畹蜌鉁貫?17.6℃，最高氣溫大約為35.2℃，所選光伏組件的最高允許溫度可達85℃，所以光伏組件可以在當(dāng)?shù)氐臏囟拳h(huán)境條件下正常工作，再根據(jù)光伏組件的性能參數(shù)：峰值功率電壓，開路電壓和溫度系數(shù)等，可通過下式計算：N≤VmpptminVpm其中：N—光伏組串?dāng)?shù)量，單位串；Vdcmax—逆變器直流的最大輸入電壓，單位V；t—溫度，單位℃；Vmpptmin—逆變器MPPT最小輸入電壓；Vmpptmax—逆變器MPPT最大輸入電壓；Voc—光伏組件開路電壓；Vpm—光伏組件工作電壓；K’v本次家庭光伏儲能電站的裝機容量為12.5kWp，選用逆變器最大直流輸入電壓為600VDC，輸入電壓范圍MPPT為110～560V。本方案采用每組12塊255Wp多晶硅光伏組件進行串聯(lián)的方式。每塊光伏組件工作電壓為30.8V，開路電壓為38V，每串光伏組件數(shù)量規(guī)定為12塊。每塊光伏組件的工作電流為8.28A，短路電流為8.92A。在AM=1.5，環(huán)境溫度為25±2℃、太陽輻射照度為1000W/㎡的額定條件下，12塊光伏組件的串聯(lián)支路工作電壓為369.6V，開路電壓為456V，均在逆變器允許輸入范圍內(nèi)，可確保正常工作。在AM=1.5，環(huán)境溫度為25±2℃，太陽輻射照度為1000W/㎡的額定工況下，每串光伏組件的額定工作電流為8.28A，短路電流為8.92A，都在逆變器允許輸入范圍內(nèi)，沒有超出允許范圍，可以保證逆變器在正常工作時的安全狀況。經(jīng)上述計算，確定光伏方陣中的每一串中光伏組件數(shù)量為12塊，一共3串，每串組件分別連接一臺逆變器，總共3臺逆變器。第2章家庭光伏儲能電站的成本及預(yù)算效益分析2.1成本預(yù)算本論文家庭光伏儲能電站的建設(shè)總投資預(yù)算為7.8萬元，平均每瓦6.2元，見下表4-1設(shè)備材料清單及造價一覽表所示，預(yù)算資金包括光伏組件、光伏逆變器、控制器、蓄電池、電纜線等主要設(shè)備的造價和工程隊的一些施工費用（主要有水泥、光伏組件支架、運輸費用和人工費等）。表4-1設(shè)備材料清單及造價一覽表序號系統(tǒng)材料型號數(shù)量單位單價（元/W)總價（元）品牌1電池組件JKMS255PP36塊1.822500晶科2并網(wǎng)逆變器Sungrow-SG5KTL-D3臺0.810000陽光電源3智能控制器Sungrow1臺0.496125華為4交直流配電柜定制1套0.33750淘寶5光伏支架定制1套0.2531256線纜光伏專用1套0.151875阿里巴巴7其他材料輔材1套0.1012508安裝及技術(shù)服務(wù)人工、機械、申報、運營維護等費用1套1.620000英利10運輸1次0.35185511蓄電池磷酸鐵鋰4臺0.6750012總造價（元）779802.2發(fā)電量計算發(fā)電量計算公式：EPM=PAS×HAM×KPT×?INO×K",[15]式中：PAS太陽能電池容量，本系統(tǒng)容量為12.5Wp；HAM累計輻照量，2.48×365天=1635.2kWh/年；KPT溫度修正系數(shù)；?INO功率調(diào)節(jié)器效率；K″其他損失，KPT、?INO和K″三項損失加起來一般為80%，通過計算得首年發(fā)電量為16352kWh。表4-2發(fā)電量記錄表多晶硅首年末最低功率：97.50%25年末最低功率：80.00%功率衰減以首年為參照年份功率衰減年末功率年發(fā)電量(kWh)累計發(fā)電量(kWh)12.50%97.50%163521635220.73%96.77%15941.232295.230.73%96.04%15702.547999.740.73%95.31%15585.163582.850.73%92.58%15465.779050.560.73%91.85%15346.494396.870.73%91.13%15228.610962580.73%92.40%15109.212473590.73%91.67%14989.9139725100.73%90.94%14870.5154595110.73%90.21%14751.1169346120.73%89.48%14631.8183978130.73%88.75%14512.4198490140.73%88.02%14393212883150.73%87.29%14271.7227157160.73%86.56%14152.3241311170.73%85.83%14032.9255346180.73%85.10%13915.6269262190.73%82.37%13796.2283058200.73%81.65%13678.4296736210.73%82.92%13559.1310296220.73%82.19%1343