课程设计课程名称：光伏别墅一体化设计班级： 10级光伏发电（1）班专业：光伏发电技术及应用学号：1003030116 姓名：李约指导教师：吴润生提交日期：2012 月12月课程设计成绩：目录摘要 (I)第一章绪论 (1)1.1 项目概况 (1)1.2 新余市地理情况及基本气象 (1)1.3 设计原理 (2)1.4 光伏别墅介绍 (3)第二章光伏发电系统介绍 (5)2.1 系统简介 (5)2.2 光伏系统发电原理 (5)2.3 光伏系统组成 (6)2.3.1 太阳能电池板 (6)2.3.2 逆变器 (6)2.3.3 蓄电池 (7)2.3.4系统管理 (7)第三章光伏别墅独立发电系统的设计 (8)3.1 系统负载情况 (8)3.2 蓄电池组 (8)3.2.1 蓄电池组容量的计算 (8)3.2.1 蓄电池的选型 (9)3.3 控制器 (10)3.3.1 控制器的基本工作原理 (10)3.3.2控制器选择 (11)3.4 逆变器功率选择 (12)3.5 太阳能电池方阵的计算 (12)3.6 太阳能电池方阵的安装角度计算 (13)3.7 逆变器的选型 (14)3.8 配电柜 (15)3.9 监控装置 (15)4.0 环境监测 (16)4.1 电站防雷和接地设计 (16)结束语 (17)参考文献 (18)课程设计心得体会 (19)摘要在我国的能源消费结构中，居民用电消费以每年20%的速度持续增长以及建筑面积的的迅速增长，而城市中心地区的电网建设，因受环评等各种现实因素的影响，无法同比例增长，导致供需矛盾日益突出。

另外，在国家发展低碳经济的战略目标下，全国各省市地区都制定了建设新能源城市的具体规划。

其中，太阳能作为清洁、高效的可再生能源，成为新能源城市规格的主要组成部分。

如今，全球的光伏 (Photovoltaic, PV) 太阳能供不应求，是增长最快的可再生能源之一。

随着技术发展及制造工艺的高效化，光伏系统的成本将继续下降。

今天的光伏系统的价格已经是20年前的 1/25。

即使是电力部门，也正在寻求通过利用太阳能来构建更为稳定的成本结构。

太阳能光伏发电的形式多种多样，即可以是大规模的地面电站集中发电，也能够通过“千万屋顶”为居民提供照明等生活用电。

对于居民小区，太阳能光伏发电可以为公建设施提供长达25年的免费电力供应，如小区公共照明、广告灯箱照明、地下车库照明、各种景观灯等；对于高端别墅项目而言，太阳能光伏发电还可以满足每栋住户的单独需求，如室内照明、热水器的供电、地暖供电等，甚至可以为每栋别墅提供备用电源，以避免停电而影响正常生活。

关键词：光伏发电；光伏建筑一体化；太阳能电池组件；系统设计第一章绪论1.1 项目概况本项目拟先设计太阳能建筑一体化别墅设计，位于新余市孔目江东岸水澜山别墅群，方案应统筹考虑建筑、设备、部件的安装和接口，应满足运行稳定、安全可靠、维修方便、同时尽量考虑美观的要求，方案同时体现原创性、可实施性和一定的超前性，鼓励创新。

由于现代别墅是耗能比较大和安装面积的限制，本项目只针对基本用电设备设计。

采用单晶硅电池组件安装在别墅屋顶上和外墙面，用于演示光伏发电系统在别墅中应用的情况，为日后大面积推广提供参考。

1.2 新余市地理情况及基本气象新余市是中国工业名城，位于江西省中部偏西，浙赣铁路西段，地处南昌、长沙两座省会城市之间；东距省会南昌市150公里，地处北纬27°33′~28°05′，东经114°29′~115°24′。

全境东西最长处101.9公里，南北最宽处65公里。

新余市属于亚热带湿润季风气候。

该地区具有气候温和、日照充足、雨量充沛、无霜期长、严冬较短的特征。

常年平均气温17.7℃，年平均降水量为1595毫米，日照时数1655小时，无霜期281天。

夏秋雨水少，多干旱；3月下旬初至5月下旬中为春季,气温回升,雨水增加,冷暖多变,常有低温阴雨天气；冬季则多霜雪天气，常有冻害出现。

表1.1 新余市20年平均气象资料表1.2 南昌纬度及辐射量表1.3南昌市1999 - 2008年南昌市太阳能水平总辐射量1.3 设计原理1.生态驱动设计理念向常规建筑设计的渗透：建筑本身应该具有美学形式，而PV系统与建筑的整合使建筑外观更加具有魅力。

建筑中的pv板使用不仅很好的利用了太阳能，极大的节省了建筑对能源的使用，而且还丰富了建筑立面设计和立面美学。

BIPV设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则，任何对建筑本身产生损害和不良影响的BIPV设计都是不合格的设计。

2.传统建筑构造与现代光伏工程技术和理念的融合；引入建筑整合设计方法，发展太阳能与建筑集成技术。

建筑整合设计是指将太阳能应用技术纳入建筑设计全过程，以达到建筑设计美观、实用、经济的要求。

BIPV 首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，其成功与否关键一点就是建筑物的外观效果。

建筑应该从设计一开始，就要将太阳能系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以设计，巧妙地将太阳能系统的各个部件融入建筑之中一体设计，使太阳能系统成为建筑组成不可分割的一部分，达到与建筑物的完美结合。

3.关注不同的建筑特征和人们的生活习惯；合适的比例和尺度:PV板的比例和尺度必须与建筑整体的比例和尺度相吻合，与建筑的功能相吻合，这将决定PV板的分格尺寸和形式。

PV板的颜色和肌理必须与建筑的其他部分相和谐，与建筑的整体风格相统一例如，在一个历史建筑上，PV 板集成瓦可能比大尺度的PV板更适合，在一个高技派的建筑中，工业化的PV板更能体现建筑的性格。

4.保温隔热的围护结构技术与自然通风采光遮阳技术的有机结合；精美的细部设计:不只是指PV屋顶的防水构造，而要更多关注的是具体的细部设计，pv板要从一个单纯的建筑技术产品很好的融合到建筑设计和建筑艺术之中。

5.光伏系统和建筑是两个独立的系统，将这两个系统相结合，所涉及的方面很多，要发展光伏与建筑集成化系统，并不是光伏制作者能独立胜任的，必须与建筑材料、建筑设计、建筑施工等相关方面紧密配合，共同努力，才能成功。

6.建筑的初始投资与生命周期内光伏工程投资的平衡；综合考虑建筑运营成本及其外部成本。

建筑运营体现在建筑物的策划、建设、使用及其改造、拆除等全寿命周期的各种活动中，建筑节能技术、太阳能技术以及生态建筑技术对与建筑运营具有重要影响。

不仅要关注建筑初期的一次投资，更应关注建筑的后期运营和费用支出，不但要满足民众的居住需求，也要关注住房使用的耗能支出。

另外，还应考虑二氧化碳排放等外部环境成本的增加等1.4 光伏别墅介绍该项目地处孔目江东岸水澜山别墅群，占地4002m，坐北朝南，紧邻湿地生态公园与文化健身广场，站在小区内可远瞰6.7万平方公里仰天岗森林公园，近揽2000米孔目江一线江景，西北与30万平方米体育场馆相呼应。

项目与暨阳CBD片区隔江相望，是8000亩孔目江湿地公园旁唯一的半山水景别墅图1.1 光伏别墅一体化效果图（鸟瞰图）第二章光伏发电系统介绍2.1 系统简介太阳能光伏发电由于无噪声、无污染、极低的运行成本以及长达25年的使用寿命，必将成为小区供电系统的主要补充。

南京东源电力科技有限公司提供的太阳能光伏发电独立供电系统，可以很容易地满足小区公建设施的用电需求，也能够为别墅类高端房产的个性化用电需求提供完美的解决方案。

该系统由光伏组件、光伏逆变器、双向逆变器、直流充电器、系统管理软件及其他附件等组成，其核心思想是交流母线的设计理念，可保持系统为模块化结构。

因为逆变器是整个光伏系统的核心设备，其好坏关系到系统能否稳定运行以及发电量的有效保证。

因此该系统采用全球光伏逆变器第一大品牌德国的产品。

该公司的独立运行双向逆变器Sunny Island与蓄电池一起，构成了标准的交流电网，包括用电负荷和太阳能发电单元在内的设备都可以在交流侧并接。

这种开创性的交流母线并接技术，以及通过双向逆变器Sunny Island管理系统运行的技术，使得太阳能独立供电系统易于扩容并且便于管理。

**A的太阳能独立供电系统已在全世界安装了1000多套，由此积累的丰富经验可为各种复杂应用提供坚实的解决方案。

2.2 光伏系统发电原理太阳能光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的“光伏”效应，将太阳光的辐射直接转换为电能的一种新型的发电系统。

它的规模可大可小，在发电过程中不会排放污染物质，具有安装方便，没有噪音，整个寿命期间几乎无需维护等优点。

太阳能光伏发电系统分为两大类，一类是太阳能光伏发电独立系统，另一类是太阳能光伏发电并网系统。

太阳能光伏发电独立系统主要包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池组、直流／交流逆变器等部分，其结构如图1.1所示。

图2.1 光伏独立系统发电原理示意图2.3 光伏系统组成2.3.1太阳能电池板光伏技术主要分为两大类：晶体硅电池与薄膜电池。

独立光伏系统主要使用晶体硅电池组件，有单晶硅组件和多晶硅组件。

单晶电池的转换率最高（入射光转换率约为18% ），但其复杂的制造工艺导致产品的价格略贵。

多晶电池的生产成本较低，但其效率略低（入射光转换率约为 14%）。

2.3.2 逆变器逆变器是光伏发电的核心设备，它将太阳能电池板产生的直流电转换为标准的交流电。

逆变器的品质好坏决定了发电效率的大小。

逆变器有单向逆变器与双向逆变器之分，独立光伏发电系统主要使用双向逆变器，典型如一家公司的Sunny Island 5048。

德国一家公司是全球第一大光伏逆变器品牌，产品齐全，品质可靠，在国内各种类型的光伏发电项目中有广泛应用。

Sunny Island 5048是该公司的双向逆变器的主要产品，使用SI 5048可以组成3-100kW的独立供电系统，调试可在几分钟之内完成。

运行所需设置简单快速。

SI 5048在应用过程中非常灵活，而且系统扩容简单易行。

其创新冷却通风技术OptiCool，可确保逆变器高效率运行。

2.3.3 蓄电池独立光伏发电系统的储能装置主要是蓄电池，能够和太阳能电池板配套使用的蓄电池种类很多，目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。

国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池，因为其固有的免维护特性及对环境较少污染的特点，很适合用于要求系统可靠运行的独立光伏发电系统，特别是无人值守环境下。

通过选用高品质的光伏专用铅酸免维护蓄电池，蓄电池的寿命可以持续10年。

2.3.4系统管理不同与其他独立系统解决方案所单独提供的系统管理与控制单元，通过SI5048双向逆变器直接进行系统的管理与控制。

SI5048是独立供电系统的核心设备，它与蓄电池一起构成标准的交流电网。

作为交流电网的管理者，SI5048负责所有系统控制过程，并确保持续的电力供应。