小型光伏发电系统设计
摘要：本文对小型光伏发电系统设计进行了详细阐述，主要包括：太阳能光伏发电系统结构、太能能光伏发电系统容量的选择与计算、太阳能电池组件功率和方阵的设计与计算、蓄电池
容量的设计与计算、控制器和逆变器的选型等内容，最后本文给出了一个装机容量为3kW
的小型光伏发电系统的典型配置。

关键词：小型光伏发电设计；成本分析；小型光伏系统典型配置
一、引言
2013 年以来，中国各地持续加重的雾霾天气，一再引发人们对环境的关注。

2014 年伊始，我国中东部地区因雾霾天气造成中重度空气污染，严重影响了公众的健康，不仅成为社会关注的焦点，而且也已经成为严重的社会问题。

治理雾霾已成为政府工作的重中之重，继国务院出台《大气污染防治行动计划》后，相关部门陆续出台大气治理措施。

当前，以光伏发电为代表的清洁能源为治理雾霾提供了破解路径，并得到了国家高度重视。

然而，当前由于大型光伏电站投资成本过高、对大型光伏发电站的成本测算、
预期投资回收期以及运营费用等各方面的研究还不成熟，导致资本不敢贸然投资光伏发电，当前看似如火如荼进展的光伏发电站则主要还是依赖政府补贴，大型光伏发电站真正进入市场还有较长一段路要走。

小型光伏发电系统相对而言具有投资成本小、技术瓶颈低、成本回收期短等
优势。

在当前各投资资本对大型光伏发电产业持观望态度时期，小型光伏发电系
统无疑会成为各资本进入光伏产业的探路石。

在此背景下，本文提出一种小型光伏发电系统的设计，并对该系统中的各关
键问题进行研究分析。

二、小型光伏发电系统的基本设计思路
太阳能光伏发电系统的负载大小有别、用途各异、发电系统所处的地理位置、
气象条件等都是光伏发电系统需要考虑的因素。

因此要设计一个合理、实用、高可靠性和高性价比的光伏发电系统，协调整个系统的可靠性和系统成本之间的关
系，在满足需要保证质量的前提下，如何尽量节省投资是一个复杂的系统工作。

因此一个小型光伏发电系统的设计应该包含如下步骤和内容：
图1 太阳能光伏发电系统的设计内容和步骤
三、小型光伏发电系统构成
小型光伏发电系统主要由太阳能电池组件、蓄电池组、光伏控制器、逆变器
以及一些测试、监控、防护等附属设施构成。

光伏发电系统有多种拓扑结构，本
文考虑到系统的经济性与实用性，对小型家用光伏发电系统推荐采用如下拓扑结构：
图2 太阳能光伏发电系统的推荐拓扑结构
采用该拓扑结构，能兼顾太阳能光伏系统的实用性与经济性。

使得太阳电能
池板和蓄电池的容量可设计得小一些，基本上是当天有阳光，当天就用太阳能发的电，遇到阴雨天时就用市电能量作为补充。

采用该系统能明显减少太阳能光伏发电系统的一次性投资，是现阶段小型太阳能光伏发电系统推广和普及较为适宜
的一种拓扑结构。

四、光伏发电需求分析
1、用户用电需求分析
普通家庭用户一般负载及全天用电情况如下表所示：
通过以上统计分析，家庭内的一般用电负荷最大约为3.6Kw，日最大用电量约为7.21kWh。

考虑到用电设备的同时系数，对一般家庭用太阳能光伏发电系统本文将以3kW 负荷、日均用电量6kWh作为系统基础数据。

实际设计中，光伏系统用电量需求分析可根据文献【3】进行进一步详细论证。

2、资源条件分析
本文资源条件以天津市为例，天津市位于北纬39.1度，东经117.2度，年平
均日照时间为2477小时，接收太阳辐射量为5240MJ/㎡.a，该地区的平均峰值日照时数为4.65 小时【1 】。

五、蓄电池组容量计算与设计
储能蓄电池的容量应按照下式进行计算：
根据所选择逆变器、光伏组件参数以及系统所在地条件，由式（2）（3）可得光伏组件的串联数。

3、太阳能电池方阵的安装角度计算
根据《光伏发电站设计规范》GB50797-2012附录B，本光伏发电系统最佳倾角为39.1 0+50=44.1 0，在不降低太阳能方阵发电效率的基础上，本设计选择方便安装的440倾角。

七、光伏控制器和逆变器的选型
1、光伏控制器的选型
光伏控制器要根据系统功率、系统直流工作电压、电池方阵输入路数、蓄电池组数、负载状况及用户的特殊要求等确定其类型。

为便于选择现有的光伏控制器以及方便电池单体串并联，光伏控制器直流侧
电压设计为48V，型号为SD4815。

2、光伏逆变器的选型
本文选用3kW 的家庭负荷作为设计基础数据，故逆变器选用型号为SN485KS，额定容量为5kV A的逆变器。

七、3kW 太阳能光伏发电系统典型配置
3kW 太阳能光伏发电系统典型配置如下表所示：
本文通过对天津地区小型家用光伏发电系统进行设计，基本结论如下：
（1）通过对系统的容量设计，当放电深度取80%，损耗率取80%时，对日用电量为6kWh，蓄电池考虑维持一天负荷用电的情况，所需蓄电池容量为9.84kWh。

实际运用中可根据家庭典型日用电量及需要蓄电池持续供电时间，按照本文提供的计算公式进一步核算所需蓄电池容量。

（2）本光伏系统太阳能电池组件功率为2450W。

（3）确定太阳能电池方阵采用10块245Wp的多晶硅组件串联构成，占地面积约为16.33m2，方阵安装倾角为440。

本文对小型光伏发电系统设计进行了详细阐述，并给出了一个装机容量为3kW 的小型光伏发电系统的典型配置，可为小型家用光伏发电系统的设计提供有益参考。

参考文献：
[1]李钟实太阳能光伏发电系统设计施工与应用[M]北京：人民邮电出版社，2012 年
[2]韩学栋小型光伏发电系统设计[J] 电力建设，2014 年1月；104-108
[3]李冬梅小型户用光伏发电系统成本分析内蒙古工业大学学报，2006，33-35
[4]史珺光伏发电成本的数学模型分析太阳能技术与产品，2012，53-58
[5]杨金焕21 世纪太阳能发电的展望[J]. 上海电力学院学报. 2001，17（4）：22—28
[6]李安定太阳能光伏发电系统工程[M]. 北京工业大学出版社. 2001
[7]杨树明独立光伏电源系统设计方法[J]，太阳能学报. 2001，（3）：30—32
[8]发改价格[2011]1594 号太阳能光伏发电上网电价政策的通知
[9]光伏发电站设计规范GB50797-2012
[10]民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范JGJ 203-2010。