户用离网光伏发电系统的仿真
户用离网光伏发电系统的仿真[20200408101833]
摘 要
太阳能是一种取之不尽的清洁能源，随着太阳能发电技术的日益成熟，太阳能的发电应用得以迅速推广。随着光伏装机市场需求增加，太阳能光伏发电系统设计的作用越来越被人们所重视。
户用离网光伏发电系统是光伏发电的一种重要方式，具有结构简单和维修方便的特点，适合在偏远农村进行推广，有利于节能减排[1]。本文首先对户用离网光伏系统的定义、构成、研究与应用状况进行了介绍；并针对家庭独立光伏系统设计，提出了基于PVSYST软件的系统技术方案，并研究了相应的关键技术。
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关键字:太阳能光伏发电离网光伏系统仿真
目 录
1. 引言 1
1.1新能源发展背景与光伏发电应用现状1
1.2户用离网光伏发电系统的发展现状与前景2
1.3本文主要工作3
2.户用离网光伏发电系统的组成结构4
2.1系统拓扑4
2.2光伏组件4
2.3储能装置6
2.4直流防雷汇流箱6
2.5控制器与离网逆变器7
2.6支架系统 8
3.光伏仿真软件PVSYST的介绍10
3.1PVSYST的特点10
3.2PVSYST的仿真流程10
4.户用离网光伏发电系统仿真实例12
4.1气象数据导入12
4.2系统初步设计17
4.3详细系统设计18
4.4系统性能分析27
5.户用离网光伏发电系统经济性分析29
结语30
参考文献31
致谢32
1.引言
1.1新能源发展背景与光伏发电应用现状
1.1.1新能源发展背景
我国是一个能源大国，但人均资源占有量少。我国虽然拥有着丰富的化石能源，但是煤炭和水力资源的人均占有量仅为世界人均水平一半，石油、天然气更是仅为世界人均占有量的1/15。同时，我国能源资源分布与需求错位，开发难度较大，能源利用率偏低。随着我国经济高速增长，我国能源的消耗速度远比其他国家快，能源危机将来得更早、更严重[2]。
国际金融危机以来，世界各国家竞相加大能源科技研发投入，高效、清洁、低碳已经成为世界能源发展的主流方向，新能源发展越来越受重视。我国提出建设美丽中国构想，但是传统能源的大量使用造成了严重的生态环境恶化，“雾霾中国”与美丽中国的梦想相差甚远，能源结构优化迫在眉睫。按照“十二五”规划纲要总体要求，2015年能源发展的主要目标是：非化石能源消费比重提高到11.4%，非化石能源发电装机比重达到 30%。
1.1.2光伏发电应用现状
太阳约22 亿分之一的能量照射到地球，每年到达地球表面的太阳能相当于目前全球年消耗能源总量的35000多倍。我国太阳能资源丰富，理论上每年太阳能储量达 17000 亿吨标准煤，全国三分之二以上地区年日照时数大于2000小时，全年太阳能辐射量达5900MJ/m2。
我国将以太阳能、风能、生物质能利用为重点，大力发展可再生能源。加快太阳能多元化利用，推进光伏产业兼并重组和优化升级，大力推广与建筑结合的光伏发电，提高分布式利用规模，立足就地消纳建设大型光伏电站。加快发展建筑一体化太阳能应用，鼓励太阳能发电。
“十二五”期间，我国太阳能光伏相关产业迅速发展，成为我国少数能够达到国际先进水平并参与国际竞争的产业之一。在国务院颁发的《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》政策中，光伏发电产业已经作为战略性新兴产业来重点培植和大力发展。
我国光伏产业规模长期位居世界第一，但光伏消费市场主要在西方发达国家，产业发展长期依赖外贸出口，产品占据了西方绝大多数的市场份额，引发了欧美的光伏“双反”，给国内光伏企业的发展带来了很大的经营压力。但欧美光伏“双反”导致的倒逼效应，却进一步刺激了国内光伏发电市场的开启。随着光伏发电在技术创新和硅料价格下降，发电成本不断下降[3]。预计2020-2030年间,太阳能光伏发电将开始大规模进入主流能源市场。到2015年，太阳能发电装机规模达到 2100万千瓦。
1.2户用离网光伏发电系统的发展现状与前景
光伏发电系统主要有三种：离网光伏发电系统，光伏并网发电系统以及离网、并网混合系统。
离网光伏系统又称独立光伏系统，是一种常见的太阳能应用方式，这种模发电系统，自发自用。离网系统比较简单，而且适应性广，在民用住宅、海岛、野外、边远地区应用环境中，离网光伏发电成为电力来源的首选。离网光伏发电系统具有功率小、结构简单、安装和维修方便的特点，适合在家庭住宅进行推广，利于节能减排。
并网光伏发电系统与公用电网连接，当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向电网购电，而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给电网。由于接入了公共电网，并网系统省掉了蓄电池，降低了造价。大型光伏电站属于并网光伏发电系统。
混合系统有较强的适应性，例如可以根据电网的峰谷电价来调整自身的发电策略，但是混合系统造价和运行成本高。
随着我国一系列光伏扶持政策的出台，新一轮光伏电站投资热潮兴起，各行各业都竞相涌入西部“圈地”建电站。但是，随着集中式光伏电站的大规模建设，一些问题已经有所显现。部分地区用电量低，无法完全消纳所发电量，电力系统接纳能力限制无法大规模发展。因此，鼓励东、中部地区发展分布式发电，鼓励自发自用，成为光伏发电的发展方向。
2013年7月份以来，随着《分布式光伏发电项目管理暂行办法》等政策措施的出台，预示着我国分布式光伏发电政策体系逐渐完善，并为我国分布式光伏大规模建设奠定了决定性基础。
工信部旗下研究机构赛迪智库发布的报告提到，中国2013年新增光伏装机量达10GW，同比增长122%，居全球首位，其中光伏大型地面电站约为7GW，分布式发电约为3GW。而在“十二五”规划的35GW光伏发电容量中，分布式发电有20GW，占一半以上。在2014年光伏建设14GW的指导目标中，8GW为分布式发电。由此可见，分布式光伏在新增装机容量中的占比已超越地面电站，这意味着今年光伏应用的主流模式将从当前的大型地面电站转向分布式发电，光伏产业将跨入一个全新时代[4]。
户用光伏发电系统属于离网型光伏发电系统，是分布式发电的典型应用，具有功率小、 安装方便、维护简单等特点。 我国大部分农村地区太阳能资源丰富，部分贫困地区无电、 缺电，在广大农村地区大力推广小型户用光伏发电系统能够直接促进我国新农村建设[5]。国家十二五能源规划提出：积极推进农村可再生能源综合利用示范工程建设，到2015年，建成1000个太阳能示范村[6]。户用光伏装机市场将逐渐开启，阳光电力将真正走进百姓家。
1.3本文主要工作
由于家庭光伏电站目前还处于市场化的起步阶段，离大规模民用还有一段距离。本文针对户用离网光伏系统设计，提出了基于PVSYST软件的系统技术方案，构建了系统体系结构，并根据场地、负载需求，通过仿真、分析计算发电能力可以预知系统建设后的发电效果，达到节约成本缩短建设周期的效果。这对于户用光伏系统的推广具有重要意义。
本论文首先分析户用离网光伏发电系统的结构组成，主要包括：太阳能电池、储能设备、汇流箱、离网逆变器、控制器等，并对各个部分设备的发展情况进行一定的介绍。其次对光伏系统仿真进行研究，主要根据目前比较流行的仿真软件PVSYST，对仿真流程进行一定的分析，并根据常熟地区的实际条件，运用仿真技术，进行户用离网光伏发电系统的仿真，搭建仿真系统。最后本文将根据仿真结果进行系统可行性与经济性分析。
2.户用离网光伏发电系统的组成结构
2.1系统拓扑
离网光伏发电系统应用广泛，根据国外光伏应用的经验，户用离网光伏电站是我国下阶段光伏发电应用的主要方式。户用离网光伏发电系统主要由五部分组成，分别为：太阳能电池、储能装置、防雷汇流箱、控制器和离网逆变器，如图2.1。
摘 要
太阳能是一种取之不尽的清洁能源，随着太阳能发电技术的日益成熟，太阳能的发电应用得以迅速推广。随着光伏装机市场需求增加，太阳能光伏发电系统设计的作用越来越被人们所重视。
户用离网光伏发电系统是光伏发电的一种重要方式，具有结构简单和维修方便的特点，适合在偏远农村进行推广，有利于节能减排[1]。本文首先对户用离网光伏系统的定义、构成、研究与应用状况进行了介绍；并针对家庭独立光伏系统设计，提出了基于PVSYST软件的系统技术方案，并研究了相应的关键技术。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:太阳能光伏发电离网光伏系统仿真
目 录
1. 引言 1
1.1新能源发展背景与光伏发电应用现状1
1.2户用离网光伏发电系统的发展现状与前景2
1.3本文主要工作3
2.户用离网光伏发电系统的组成结构4
2.1系统拓扑4
2.2光伏组件4
2.3储能装置6
2.4直流防雷汇流箱6
2.5控制器与离网逆变器7
2.6支架系统 8
3.光伏仿真软件PVSYST的介绍10
3.1PVSYST的特点10
3.2PVSYST的仿真流程10
4.户用离网光伏发电系统仿真实例12
4.1气象数据导入12
4.2系统初步设计17
4.3详细系统设计18
4.4系统性能分析27
5.户用离网光伏发电系统经济性分析29
结语30
参考文献31
致谢32
1.引言
1.1新能源发展背景与光伏发电应用现状
1.1.1新能源发展背景
我国是一个能源大国，但人均资源占有量少。我国虽然拥有着丰富的化石能源，但是煤炭和水力资源的人均占有量仅为世界人均水平一半，石油、天然气更是仅为世界人均占有量的1/15。同时，我国能源资源分布与需求错位，开发难度较大，能源利用率偏低。随着我国经济高速增长，我国能源的消耗速度远比其他国家快，能源危机将来得更早、更严重[2]。
国际金融危机以来，世界各国家竞相加大能源科技研发投入，高效、清洁、低碳已经成为世界能源发展的主流方向，新能源发展越来越受重视。我国提出建设美丽中国构想，但是传统能源的大量使用造成了严重的生态环境恶化，“雾霾中国”与美丽中国的梦想相差甚远，能源结构优化迫在眉睫。按照“十二五”规划纲要总体要求，2015年能源发展的主要目标是：非化石能源消费比重提高到11.4%，非化石能源发电装机比重达到 30%。
1.1.2光伏发电应用现状
太阳约22 亿分之一的能量照射到地球，每年到达地球表面的太阳能相当于目前全球年消耗能源总量的35000多倍。我国太阳能资源丰富，理论上每年太阳能储量达 17000 亿吨标准煤，全国三分之二以上地区年日照时数大于2000小时，全年太阳能辐射量达5900MJ/m2。
我国将以太阳能、风能、生物质能利用为重点，大力发展可再生能源。加快太阳能多元化利用，推进光伏产业兼并重组和优化升级，大力推广与建筑结合的光伏发电，提高分布式利用规模，立足就地消纳建设大型光伏电站。加快发展建筑一体化太阳能应用，鼓励太阳能发电。
“十二五”期间，我国太阳能光伏相关产业迅速发展，成为我国少数能够达到国际先进水平并参与国际竞争的产业之一。在国务院颁发的《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》政策中，光伏发电产业已经作为战略性新兴产业来重点培植和大力发展。
我国光伏产业规模长期位居世界第一，但光伏消费市场主要在西方发达国家，产业发展长期依赖外贸出口，产品占据了西方绝大多数的市场份额，引发了欧美的光伏“双反”，给国内光伏企业的发展带来了很大的经营压力。但欧美光伏“双反”导致的倒逼效应，却进一步刺激了国内光伏发电市场的开启。随着光伏发电在技术创新和硅料价格下降，发电成本不断下降[3]。预计2020-2030年间,太阳能光伏发电将开始大规模进入主流能源市场。到2015年，太阳能发电装机规模达到 2100万千瓦。
1.2户用离网光伏发电系统的发展现状与前景
光伏发电系统主要有三种：离网光伏发电系统，光伏并网发电系统以及离网、并网混合系统。
离网光伏系统又称独立光伏系统，是一种常见的太阳能应用方式，这种模发电系统，自发自用。离网系统比较简单，而且适应性广，在民用住宅、海岛、野外、边远地区应用环境中，离网光伏发电成为电力来源的首选。离网光伏发电系统具有功率小、结构简单、安装和维修方便的特点，适合在家庭住宅进行推广，利于节能减排。
并网光伏发电系统与公用电网连接，当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向电网购电，而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给电网。由于接入了公共电网，并网系统省掉了蓄电池，降低了造价。大型光伏电站属于并网光伏发电系统。
混合系统有较强的适应性，例如可以根据电网的峰谷电价来调整自身的发电策略，但是混合系统造价和运行成本高。
随着我国一系列光伏扶持政策的出台，新一轮光伏电站投资热潮兴起，各行各业都竞相涌入西部“圈地”建电站。但是，随着集中式光伏电站的大规模建设，一些问题已经有所显现。部分地区用电量低，无法完全消纳所发电量，电力系统接纳能力限制无法大规模发展。因此，鼓励东、中部地区发展分布式发电，鼓励自发自用，成为光伏发电的发展方向。
2013年7月份以来，随着《分布式光伏发电项目管理暂行办法》等政策措施的出台，预示着我国分布式光伏发电政策体系逐渐完善，并为我国分布式光伏大规模建设奠定了决定性基础。
工信部旗下研究机构赛迪智库发布的报告提到，中国2013年新增光伏装机量达10GW，同比增长122%，居全球首位，其中光伏大型地面电站约为7GW，分布式发电约为3GW。而在“十二五”规划的35GW光伏发电容量中，分布式发电有20GW，占一半以上。在2014年光伏建设14GW的指导目标中，8GW为分布式发电。由此可见，分布式光伏在新增装机容量中的占比已超越地面电站，这意味着今年光伏应用的主流模式将从当前的大型地面电站转向分布式发电，光伏产业将跨入一个全新时代[4]。
户用光伏发电系统属于离网型光伏发电系统，是分布式发电的典型应用，具有功率小、 安装方便、维护简单等特点。 我国大部分农村地区太阳能资源丰富，部分贫困地区无电、 缺电，在广大农村地区大力推广小型户用光伏发电系统能够直接促进我国新农村建设[5]。国家十二五能源规划提出：积极推进农村可再生能源综合利用示范工程建设，到2015年，建成1000个太阳能示范村[6]。户用光伏装机市场将逐渐开启，阳光电力将真正走进百姓家。
1.3本文主要工作
由于家庭光伏电站目前还处于市场化的起步阶段，离大规模民用还有一段距离。本文针对户用离网光伏系统设计，提出了基于PVSYST软件的系统技术方案，构建了系统体系结构，并根据场地、负载需求，通过仿真、分析计算发电能力可以预知系统建设后的发电效果，达到节约成本缩短建设周期的效果。这对于户用光伏系统的推广具有重要意义。
本论文首先分析户用离网光伏发电系统的结构组成，主要包括：太阳能电池、储能设备、汇流箱、离网逆变器、控制器等，并对各个部分设备的发展情况进行一定的介绍。其次对光伏系统仿真进行研究，主要根据目前比较流行的仿真软件PVSYST，对仿真流程进行一定的分析，并根据常熟地区的实际条件，运用仿真技术，进行户用离网光伏发电系统的仿真，搭建仿真系统。最后本文将根据仿真结果进行系统可行性与经济性分析。
2.户用离网光伏发电系统的组成结构
2.1系统拓扑
离网光伏发电系统应用广泛，根据国外光伏应用的经验，户用离网光伏电站是我国下阶段光伏发电应用的主要方式。户用离网光伏发电系统主要由五部分组成，分别为：太阳能电池、储能装置、防雷汇流箱、控制器和离网逆变器，如图2.1。
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