光伏發(fā)電系統(tǒng)中固定負(fù)載與峰值負(fù)載模型的應(yīng)用 3 31.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 41.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀 4 6 6a)無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng) 6b)有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng) 7c)交流及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng) 7d)市電互補(bǔ)型光伏發(fā)電系統(tǒng) 7 8(1)太陽能電池 8(2)控制器 8(3)逆變器 (4)儲(chǔ)能系統(tǒng) 12.1光伏電池特性 2.2太陽能電池等效電路 2.2.1太陽能輸出特性曲線 2.3本章小結(jié) 3.1家用光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 3.2太陽能光伏組件容量 a)蓄電池容量 b)蓄電池組輸出電壓 3.4本章小結(jié) 4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1.1項(xiàng)目地資源概況 4.1.2家用負(fù)載的大小 4.1.3光伏電池組件的選擇 4.1.4蓄電池組與逆變器的選擇 4.1.5系統(tǒng)最佳傾角設(shè)計(jì) 4.2.1項(xiàng)目地氣候 4.2.2陣列傾角設(shè)計(jì) 4.2.3家用系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 4.2.4系統(tǒng)仿真與分析 4.3本章小結(jié) 3吳思睿t,從電池容量、太陽能電池板安裝傾角、家用負(fù)載、逆變器選擇、光伏陣列第一章緒論經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展成為了現(xiàn)階段發(fā)展的目標(biāo)(吳俊杰，鄭雅婷，2022)。近年來，光環(huán)境，一定程度上解決用電需求，能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與資源、環(huán)境的和諧發(fā)展(王志勇，謝夢琪，2023)。在我國政策和國際市場的雙重促進(jìn)之下，國內(nèi)的光伏產(chǎn)業(yè)也逐漸形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。根據(jù)歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)EPIA的預(yù)測，本世紀(jì)內(nèi)光伏發(fā)電將逐步取代傳統(tǒng)化石能源作為電能的主要供應(yīng)方式。預(yù)測到2030年，太陽能發(fā)電供給量將在世界總的電能供給量占據(jù)10%上，在22世紀(jì)以前，將會(huì)有總能源結(jié)構(gòu)中的八成以上能源為可再生能源，從這些會(huì)議中看出其中60%上為光伏發(fā)電提供巧 (蔡天宇，蔣詩詩，2021)。無論從能源安全還是環(huán)境要求來看，研究和利用可再生能源必將成為發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的重中之重。其中太陽能作為最重要的可再生能源之一，其發(fā)電技術(shù)受到了各國的重視。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀自從國際能源機(jī)構(gòu)(InternationalEnergyAgency-IEA)開始了光伏計(jì)劃之后，在世界范圍內(nèi)的國家都迎頭趕上，導(dǎo)致光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展越來越好。人類在能源的應(yīng)用中，太陽能作為最清潔的能源被大多數(shù)人所使用，這說明人類對(duì)于太陽能的開發(fā)利用能力在不斷提升，人類對(duì)于新能源的發(fā)展是有一定的期待的(左宇辰，牛博文，2021)。從圖1.1權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)中可以看出，從這些條款中看出預(yù)計(jì)在30年后太陽能光伏發(fā)電的數(shù)量將占據(jù)整體發(fā)電量的百分之十，這個(gè)占比在未來的幾十年內(nèi)有可能會(huì)上升到百分之五十以上2。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在使用的前期，主要依賴離網(wǎng)型系統(tǒng)，而且主要在偏遠(yuǎn)的地區(qū)使用，用以解決當(dāng)?shù)赜脩舻挠秒妴栴}。最近幾年，光伏發(fā)電技術(shù)從原來的獨(dú)立運(yùn)營發(fā)展到了現(xiàn)如今的并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行(蔡志偉，劉雪莉，2020)。199820052010(以百分?jǐn)?shù)表示)各年份分地區(qū)可再生能源發(fā)電量(以百分?jǐn)?shù)表示)中東一非洲亞太地區(qū)中南美洲歐洲及攵亞大陸2C199619982000z002z0042006z00820109寸8料能源，成為能源供應(yīng)體系中的絕對(duì)主力(謝睿思，羅睿龍，2019)。據(jù)歐洲JRC對(duì)未來總能源結(jié)構(gòu)的預(yù)測，到2030年，光伏發(fā)電在世界電力供應(yīng)系統(tǒng)中可占到10%以上，到2050年預(yù)計(jì)可占到20%以上，到21世紀(jì)末更是將占到60%以上，占據(jù)統(tǒng)治地位(胡啟銘，賀博遠(yuǎn)，2020)。1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀為實(shí)現(xiàn)綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展，近年來國家大力推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，并取得了舉世矚目的成就。截至2017年底，我國風(fēng)電、水電和太陽能發(fā)電裝機(jī)分別達(dá)到1.6億、3.4億和1.3億千瓦，均居世界首位。大量清潔能源通過特高壓電網(wǎng)，從西部地區(qū)源源不斷地輸送到東部地區(qū)(申俊杰，孟麗君，2024)。通過實(shí)施清潔供暖、建設(shè)港口岸電等措施，國家電網(wǎng)公司累計(jì)推廣以電代煤、以電代油項(xiàng)目10萬余個(gè)，完成替代電量3600億千瓦時(shí)。在技術(shù)手段上，本文選擇了章教授支持的定量與定性相結(jié)合的研究途徑，為研究提供了穩(wěn)固的數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。就目前來講，國家能源局印發(fā)《關(guān)于可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃實(shí)施的指導(dǎo)意見》,提出了以建立整體規(guī)劃為依據(jù)的可再生能源電力建設(shè)管理機(jī)制，明確2017至2020光伏電站新增建設(shè)規(guī)模方案(梁昊羽，馬茜茜，2019)。這清楚地暴露出國家能源局印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”計(jì)劃實(shí)施和2017年領(lǐng)跑者基地建設(shè)有關(guān)要求的通知》,由于我國太陽能資源豐富，而且分布很廣泛，通過光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”計(jì)劃和基地建設(shè)促進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、市場應(yīng)用和成本下降，某方面表明實(shí)現(xiàn)2020年用電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)目標(biāo)，加速技術(shù)成果向市場應(yīng)用轉(zhuǎn)化，從這些資料中可看出淘汰落后產(chǎn)能，推動(dòng)6.5GW的“領(lǐng)跑者”基地建設(shè)以及光伏產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)基地建設(shè)(付澤墨，周雅琪，2022)。1.3離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)類型離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，由于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)不需要將太陽能電池板轉(zhuǎn)換的電能向公共電網(wǎng)輸出，所以不需要配置并網(wǎng)逆變英光，2022)。從這點(diǎn)可以看出，本文研究具備全面性，理論層面廣泛借鑒了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)成果，確保了研究框架的廣泛和堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為以下幾類：a)無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)顧名思義，是指在整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中未配置蓄電池組，且光伏發(fā)電系統(tǒng)外接負(fù)載為滯留負(fù)載設(shè)備。在該系統(tǒng)中，并未對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電能時(shí)間提出要求，即在太陽福射條件較好時(shí)輸出電能，因而主要在白天對(duì)負(fù)載供電 (馮宇軒，潘夢瑤，2022)。太陽能電池板與直流用電設(shè)備連接，這在一定程度上暗示出有陽光時(shí)就發(fā)電供負(fù)載工作，無陽光時(shí)就停止工作。在系統(tǒng)中未配置控制器和儲(chǔ)能裝置。由于系統(tǒng)中不存在能量通過控制器及在蓄電池的存儲(chǔ)和釋放過程中造成的損失，有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要組成部分為太陽能電池板、系統(tǒng)控制器、蓄電池組和直流負(fù)等(付志軍，成小龍，2020)。隨著探究的持續(xù)深入，本文期待能揭示更多深層次的規(guī)律。鑒于科學(xué)研究的復(fù)雜度與日俱增，單憑一科之力已難以透徹洞察問題全貌。故而，推動(dòng)跨領(lǐng)域協(xié)作與溝通變得尤為關(guān)鍵。在光照條件較好時(shí)，太陽能電池板將太陽福射能轉(zhuǎn)換為電能供外部負(fù)載使用，并同時(shí)在系統(tǒng)中存在剩余電能條件下通過控制器向蓄電池存儲(chǔ)電能。光照條件不足時(shí)，如夜間或陰雨天氣時(shí)，這在一定程度上代表了則通過釋放蓄電池中存儲(chǔ)的電能維持負(fù)載工作。這種系統(tǒng)應(yīng)用較為常見，如草就需要配備額定功率較大太陽能電池方陣和蓄電池組(崔博遠(yuǎn)，趙啟航，2020)。交流及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)與直流光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，交流光伏發(fā)電系統(tǒng)中配置一個(gè)交流逆變器，這在一定程度上暗示了用以把系統(tǒng)中的直流電能轉(zhuǎn)換成交流d)市電互補(bǔ)型光伏發(fā)電系統(tǒng)市電互補(bǔ)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，是指獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中以太陽能光伏發(fā)電為主，以普通外電網(wǎng)交流配電補(bǔ)充電能為輔。在該類型交流發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池板和蓄電池組的容量在設(shè)計(jì)時(shí)可以予以降低(趙啟航，吳夢瑤，2020)3。研究成果為解決實(shí)際問題提供了具體的方法和途徑，使理論知識(shí)能夠更有效地指導(dǎo)實(shí)踐行動(dòng)，增強(qiáng)了決策的科學(xué)性和合理性。在光照條件較好的情況下，使用太陽能電池板輸出電能為負(fù)載提供工作電源，當(dāng)光照條件不足時(shí)，使用外電網(wǎng)電能予以這種系統(tǒng)形式可有效降低系統(tǒng)的建設(shè)成本，有利于光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣和普及(潘梓淇，1.4家用型離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有太陽能電池、控制器、儲(chǔ)能設(shè)備以及逆變器組成。其中太陽能電池用于將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，這在一定程度上暗示是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心；充電器是將太陽能存入儲(chǔ)能設(shè)備的裝置(董嘉偉，李梓涵，2021);儲(chǔ)能設(shè)備用于存儲(chǔ)太陽能電池轉(zhuǎn)換的電能，并在缺少陽光的時(shí)段使用；逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供后級(jí)的交流負(fù)載使用。如圖1.2所示。(1)太陽能電池離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池是接收太陽能并將其轉(zhuǎn)化為電能的裝置。僅有一片單晶硅片的太陽能電池稱為單體，多個(gè)單體組成的構(gòu)件稱為太陽能模塊，多個(gè)太陽能電池模塊或模塊群構(gòu)成的裝置則稱為太陽能電池(鄭浩然，王欣怡，2021)。太陽能電池是根據(jù)電力負(fù)荷需要將若干模塊經(jīng)過并聯(lián)或串聯(lián)，輸出規(guī)定的電壓和電流，進(jìn)而為用戶提供電力。但是太陽能電池的輸出特性與溫度和日照強(qiáng)度等因素有關(guān)，一般不能直接給蓄電池充電(姚遠(yuǎn)帆，陶晶，2021)。從本研究中，本文可以看出其與前期理論驗(yàn)證相契合，不僅驗(yàn)證了研究假設(shè)的合理性，還進(jìn)一步挖掘了研究現(xiàn)象背后的深層機(jī)制和法則。(2)控制器在離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的組成部分中，控制器起著重要的作用，它將太陽能電池與蓄電池連接起來，保證了二者能夠可靠有效的工作，使得發(fā)電系統(tǒng)效率提高，蓄電池也能充分的發(fā)揮其作用(許文強(qiáng)，趙婉如，2020)。在整個(gè)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，控制器處于核心的位置，就其功能上來看，一是控制器中包括蓄電池的充電電路控制，它能有效的對(duì)蓄電池的充電以及放電管理；二是控制器還能根據(jù)系統(tǒng)中負(fù)載的需求，對(duì)太陽電池發(fā)電、蓄電池儲(chǔ)能與放電進(jìn)行控制；三是控制器在系統(tǒng)中還有著蓄電池保護(hù)傘的功能，包括防蓄電池反充、過充和過放電和對(duì)電路的短路、反接、雷電保護(hù)及溫度補(bǔ)償?shù)?。這在一定水平上揭露控制器的加入，補(bǔ)償了對(duì)太陽能電池輸出不穩(wěn)定的控制和對(duì)(3)逆變器逆變器的主要功能是將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源。由于太陽能電池和蓄電池的輸出電能形式均為直流，當(dāng)負(fù)載類型為交流時(shí)，需要配置逆變器以滿足交流負(fù)載的供電要求。參照逆變器是否接入外電網(wǎng)，可將逆變器劃分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器兩種(許嘉偉，劉而，2020)。通過綜合運(yùn)用不同學(xué)科的理論和方法，研究人員能夠更深入地挖掘研究對(duì)象的潛在規(guī)律和機(jī)制。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)4,為獨(dú)立外電網(wǎng)需求的交流電能。根據(jù)逆變器按輸出波型的不同，這在某種程度上指出可將逆變器劃分為方波逆變器和正弦波逆變器，方波逆變器構(gòu)造和原理簡單、經(jīng)濟(jì)性好，但具有較大的諧波分量，一般用于小功率或受諧波影響較小的系統(tǒng)。正弦波逆變器構(gòu)造和(4)儲(chǔ)能系統(tǒng)光伏發(fā)電儲(chǔ)能裝置是光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)或光伏離并網(wǎng)混合發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，大多數(shù)情況下離網(wǎng)光伏系統(tǒng)是以蓄電池作為儲(chǔ)能裝置。鑒于特殊的充放電環(huán)境，光伏系統(tǒng)要求儲(chǔ)能系統(tǒng)具有較強(qiáng)的深放電能力，較長的壽命，較低的自放電率，較低的價(jià)格等(曾慶霖，溫若蘭，2022)。通過本文的研究，本文揭示了跨學(xué)科合作在科學(xué)研究中的巨大潛力和重要價(jià)值，為未來的研究提供了新的方向。在光伏離網(wǎng)系統(tǒng)中，這在一定意義上透露了應(yīng)用最為普遍的是鉛酸蓄電池，其他的諸如堿性蓄電池、裸離子蓄電池、氯鑲蓄電池及超級(jí)電容器等因成本昂貴僅用于特殊場合的光伏系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)選擇蓄電池時(shí)，首先應(yīng)保證蓄電池具有可用時(shí)間長，耐過充過放的能力，其次選擇充放1.5本文主要研究內(nèi)容本文主要介紹了戶用型光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，從緒論開始介紹了本課題的來源與研究背景，同時(shí)有介紹了國內(nèi)和國外最新的研究情況，章節(jié)最后簡介了本文的研究主題(楊宇軒，高晨曦，2022)。這在某種程度上證實(shí)了之后就是對(duì)組成光伏發(fā)電工程的最基本模塊一一光伏電池進(jìn)行了理論概念的介紹，重點(diǎn)分析了應(yīng)用于住宅的光伏電池的性質(zhì)與特點(diǎn)同時(shí)利用變量研究方法，通過改變溫度或亮度模擬出光伏電池在不同環(huán)境下的不同反應(yīng)。其次是針對(duì)戶用型光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、原則以及各種氣候數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比對(duì)，從中選擇最合適的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步的研究實(shí)驗(yàn)(高怡出有益建議，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)更為科學(xué)和可信的參考。從中可窺一斑接下來就是本文的重點(diǎn)部分，主要以內(nèi)蒙古牧區(qū)為例，根據(jù)其具體的地方規(guī)程、地區(qū)氣候條件特點(diǎn)及設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)具體流程，用PV潘梓淇，吳思睿t光伏軟件對(duì)此次戶用型光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了模擬仿真實(shí)驗(yàn)5,確定最優(yōu)方案進(jìn)行仿真。最后對(duì)文章主體第二章光伏發(fā)電基本特性2.1光伏電池特性2.1.1光伏電池工作原理光伏電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。所謂的光電效應(yīng)是指光照射到某些物質(zhì)上時(shí)，物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，光能量被轉(zhuǎn)換成電能6。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)(靳成功，霍雅珍，2021)。本研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了更為詳盡的闡述，不僅驗(yàn)證了前人的觀點(diǎn)，還在一定程度上拓寬了研究的視野與深度，為研究主題提供了新的視角。這一現(xiàn)象是年赫茲在實(shí)驗(yàn)研究麥克斯韋電磁理論時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)的。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵等。現(xiàn)在，這在一定程度上反映出來晶體硅是制作光伏電池的主要材料，其主要有兩種形式，分別是多晶硅和單晶硅。硅資源憑借自身豐厚的儲(chǔ)備和高能量轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)勢獲得了光伏電池板制造商的青睞，市場占有率極高，然而，晶體硅也存在一些不足，例如造 半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體材料和絕緣體材料之間，電阻率在10-?-102?Ω·m范圍內(nèi)。通常把不含任何雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料稱為本征半導(dǎo)體。硅原子的最外層電子層含有4個(gè)電子，為了達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(含有8個(gè)電子),硅原子與相鄰其他原子共享自身文從理論剖析與實(shí)際操作驗(yàn)證兩大維度展開。理論剖析環(huán)節(jié)深入闡述了方案設(shè)計(jì)的基本理念與預(yù)定成效，借助理論架構(gòu)與邏輯推導(dǎo)的搭建，為后續(xù)實(shí)證檢驗(yàn)奠定了穩(wěn)固的理論支撐。通過向本征半導(dǎo)體中摻雜特定的材料，可以極大地改變其電特性。其中摻入材料的種類和數(shù)量決定了摻雜半導(dǎo)體的具體性能(馬瑞敏，林依依，2020)。一般情況的原子數(shù)目比硅原子少得多，因此材料的結(jié)構(gòu)基本不變。在此理論框架基礎(chǔ)上研究可得出如果向本征半導(dǎo)體中摻入硼、鎵等元素(形成P型半導(dǎo)體),由于雜質(zhì)元素的原子核多空穴。相鄰的電子移動(dòng)過來填補(bǔ)這個(gè)空穴，這個(gè)空穴便相當(dāng)于從一個(gè)位置“移動(dòng)”到太陽能電池的面積和入射光的輻射角度，從前文分析來看每平方厘米太陽能電池的Iph值約為1630mA,而且溫度一般每升高1度，Iph值上升78uA;Rsh為等效并聯(lián)電由太陽能電池的等效電路可以得出式中，U?為太陽能電池的最大端口電壓，Is為二極管反向飽和電流，這兩參數(shù)與電池材料自身的性能有關(guān)，一般是常數(shù)，不會(huì)受到光照強(qiáng)度的影響，反映了太陽能電2.2.1太陽能輸出特性曲線太陽能電池是一種非線性電源，在此等境況之中在給定的外部環(huán)境下，隨著輸出電流的變化，太陽能電池的端口電壓和輸出功率都會(huì)出現(xiàn)非線性變化。太陽能電池的輸出隨溫度和光照強(qiáng)度的變化特性曲線分別如圖2.2、2.3所示(鄭瀚，黃婉琳，2023)。00(a)U-I特性曲線(b)U-P特性曲線00本課題所涉及的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)內(nèi)蒙古地區(qū)的環(huán)境條件和系統(tǒng)電第三章家用型光伏發(fā)電系統(tǒng)的分析3.1家用光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析小型家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前提，是在太陽能日照強(qiáng)度、地理位置、居民日均用電量、安裝場地等條件確定的情況下進(jìn)行的(鄭博濤，黃婉婷，2022)。從此點(diǎn)明要義為了保證戶用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)可靠性，第一步是要討論居民家中的用電設(shè)備的負(fù)載類型進(jìn)行分析，其次按照負(fù)載類型及用電量恰當(dāng)設(shè)計(jì)戶用光伏發(fā)電工程中系統(tǒng)容量、儲(chǔ)能裝置、控制逆變?cè)O(shè)備等。當(dāng)前的研究方向及其所得結(jié)論，與現(xiàn)有的成熟理論模型高度契合。在研究進(jìn)程中，本文始終堅(jiān)守科學(xué)研究的規(guī)范流程與嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的精神。3.1.1用戶常用負(fù)載類型分析光伏發(fā)電裝置的配套設(shè)計(jì)需要對(duì)用電負(fù)載進(jìn)行評(píng)估，目的是能保證所設(shè)計(jì)的光伏系統(tǒng)能夠與負(fù)載匹配，由于負(fù)載用電情況的非線性和隨機(jī)性，準(zhǔn)確的評(píng)估負(fù)載是一件由于本文是針對(duì)牧區(qū)居民設(shè)計(jì)的小型離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，由此可看出其用心經(jīng)過相關(guān)調(diào)查，居民的正常生活一般用電設(shè)備有白熾燈、電視、電飯鍋、洗衣機(jī)及智能手機(jī)等，本文簡單介紹下太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的不同類型用電負(fù)載，如圖3.1所示，主要本文運(yùn)用了尖端的統(tǒng)計(jì)方法與技術(shù)手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致解讀，確保研究結(jié)論的科學(xué)性與中立性。由下圖可知，固定負(fù)載模型是適用于那些負(fù)載功率沒有太多變化的場景，如無人值守的氣象站用電設(shè)備、無電地區(qū)的基站通訊設(shè)備、航標(biāo)燈、太陽能路燈等。峰值負(fù)載和正弦負(fù)載的模型這兩種負(fù)載類型變化范圍比較大，這在某個(gè)角度上證明了也是我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中經(jīng)常會(huì)用到的感性負(fù)載和容性負(fù)載類型的用電設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、電冰箱和熒光燈等，在該類系統(tǒng)中我們可以通過測量系統(tǒng)中在不同峰值和谷值來評(píng)定該系2.峰值負(fù)載與用電谷值之比為B,這樣就可以知道每一小時(shí)的負(fù)載需求L(t)為(蔡嘉豪，陸雅3.正弦負(fù)載4.實(shí)際應(yīng)用負(fù)載洗衣機(jī)、空調(diào)等設(shè)備日均工作情況，就可以得到需要安裝離網(wǎng)光伏系統(tǒng)住戶一天的用電量及全年的估略功率消耗。3.2太陽能光伏組件容量光伏電池產(chǎn)生的電能是整個(gè)系統(tǒng)的能量來源，該能量主要為負(fù)載和儲(chǔ)能設(shè)備提供電能量。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中光伏電池板的選取尤為重視，如果光伏系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)不合理不僅會(huì)無法滿足系統(tǒng)負(fù)載用電要求；在這樣的狀況里又會(huì)影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，所以在光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)把離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則(黃俊杰，李欣怡，2020)。通過系統(tǒng)地梳理并對(duì)比分析相關(guān)文獻(xiàn)資料，文章證明了研究框架的科學(xué)性和實(shí)用性。在實(shí)際應(yīng)用中太陽能光伏組件的輸出，在這樣的狀態(tài)中隨著日照、溫度等因素不斷變化的。在工程應(yīng)用中一般用峰值小時(shí)數(shù)來估算實(shí)際情況下太陽能光伏組件的輸出，可以將斜面上的太陽能輻射量轉(zhuǎn)化等同的標(biāo)準(zhǔn)太陽能輻射，1000W.m-2就是用來標(biāo)定太陽能光伏電池組件功率的標(biāo)準(zhǔn)輻射量，從這些動(dòng)作可以意識(shí)到如某地區(qū)平均輻射量為2kWh·m-2相當(dāng)于光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)輻射下照射時(shí)間是2小時(shí)(李佳慧，吳昊宇，2022)。3.3蓄電池主要參數(shù)性能指標(biāo)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，能量的唯一來源是太陽能電池陣列。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，必須配備蓄電池來儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)電能，當(dāng)在夜晚或日光不強(qiáng)等外在條件影響下，太陽能電池不能為負(fù)載提供足夠的能量時(shí)，蓄電池向負(fù)載提供能量以保證電能穩(wěn)定 (蔡天宇，蔣詩詩，2021)。從這些意見中看出當(dāng)日光充足時(shí)，系統(tǒng)輸出多于負(fù)載所需要的能量時(shí)，蓄電池將儲(chǔ)存多余的電能。蓄電池白天接收來自太陽能電池陣列的能量輸入，在夜晚和連續(xù)陰雨天氣下向外對(duì)負(fù)載輸出能量。上述內(nèi)容的創(chuàng)新重點(diǎn)在于視角的創(chuàng)新。首先表現(xiàn)為對(duì)研究對(duì)象的全新看待。常規(guī)研究一般著重于對(duì)象的常見特征與普遍聯(lián)系，本文卻另謀出路，深度探尋研究對(duì)象那些被忽視的邊緣屬性和潛在聯(lián)系。能量為雙向流動(dòng)，于這樣的條件框架內(nèi)可以推知結(jié)果有輸入部分亦有輸出部分。a)蓄電池容量蓄電池的容量是指在完全充電的蓄電池在規(guī)定條件下所釋放的總電量，用字母“C”蓄電池組輸出電壓是指由若干蓄電池組按照一定的串并聯(lián)連接關(guān)系所構(gòu)成方陣定光伏控制器的充電電壓和蓄電池輸入電壓接□的電壓容限值(左宇辰，牛博文，發(fā)生(蔡志偉，劉雪莉，2020)。的容量B,其表達(dá)式如下(謝睿思，羅睿龍，2019):是所在地區(qū)的最長的陰雨天數(shù)，D?為放電深度，鉛酸蓄電池普遍都在0.75左右(胡第四章家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1.1項(xiàng)目地資源概況錫林郭勒盟位于中國正北方，內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，距首都北京640千米，距首府呼和浩特620千米，既是國家重要的畜產(chǎn)品基地，又是西部大開發(fā)的前沿，是距京津冀經(jīng)濟(jì)圈最近的草原牧區(qū)(申俊杰，孟麗君，2024)。屬北部溫帶大陸性氣候，其主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是風(fēng)大、干旱、寒冷。在數(shù)據(jù)評(píng)估階段，本文使用了多種統(tǒng)計(jì)方法來驗(yàn)證數(shù)據(jù)的合理性，并識(shí)別可能存在的異常數(shù)據(jù)點(diǎn)。年平均氣溫0～3℃,根據(jù)當(dāng)前的情景結(jié)冰期長達(dá)5個(gè)月，寒冷期長達(dá)7個(gè)月，1月氣溫最低，平均-20℃,為華北最冷的地區(qū)之一。地處東經(jīng)115°13′117°06′,北緯43°02′44°52′之間。年日照時(shí)數(shù)為28003200小時(shí)，日照率6473%,無霜期110130天。4.1.2家用負(fù)載的大小在內(nèi)蒙古牧區(qū)通過網(wǎng)上搜集資料，抽選了在當(dāng)?shù)刂械壬钏降木用褡鳛楸敬雾?xiàng)目的實(shí)施對(duì)象，其家用負(fù)載參數(shù)如下表1所示，為了便于研究和設(shè)計(jì)假定負(fù)載消耗是功率(w)平均工作時(shí)間(h)日耗電量(kWh)4514電飯鍋1113由于季節(jié)的不同、時(shí)間的不同所耗電量也存在不同，為了減小這種誤差，在仿真中會(huì)給出各個(gè)季節(jié)中不同用電量值，圍繞這狀況展開再經(jīng)過PV潘梓淇，吳思睿t計(jì)為500kWh,日耗電量為1.4kWh。就目前來看，光伏電池組件有很多類型，如“單晶硅”,“多晶硅”,“非晶硅”周雅琪，2022)。通過上述分析，本次設(shè)計(jì)采用技術(shù)與性能都更為成熟的單塊容量為250W的多晶電系統(tǒng)來說，參照已有研究數(shù)據(jù)能夠推導(dǎo)出結(jié)論使用兩太陽能電池組件可以直接滿足本次設(shè)計(jì)中家用系統(tǒng)的光伏總功率為500Wp的需求 (馮宇軒，潘夢瑤，2022)。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的小型家用發(fā)電系統(tǒng)工作電壓為24V,而選擇的蓄電池電壓是12V,計(jì)算，設(shè)計(jì)系統(tǒng)中蓄電池總?cè)萘繛?70.4Ah,依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要選擇容量為250Ah的蓄電池，系統(tǒng)蓄電池組由4塊250Ah/12V的鉛酸電池兩串聯(lián)后再并聯(lián)組成。通過取樣確定抽選該家用負(fù)載總功率為950W,在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用中如果負(fù)載的總?cè)萘縆p是逆變器，考慮到容性負(fù)載所需要余量系數(shù)這里取1.7,功率因數(shù)β取0.8,計(jì)算可得出Pn=2018W,因?yàn)楣夥到y(tǒng)工作電壓是24V,依據(jù)之前的數(shù)據(jù)就可以選擇輸入為本項(xiàng)目安裝地點(diǎn)是內(nèi)蒙古錫林郭勒盟，地處東經(jīng)115°13′117°06′,北緯43°02′44°52′之間，通過到最優(yōu)，轉(zhuǎn)換因子達(dá)到最大值1.29,而光伏板平面所產(chǎn)生的能量也為最大值1981KWh/m2。本文細(xì)致地將本研究得出的關(guān)鍵結(jié)論與領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的理論進(jìn)行根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行查找。本文的戶用型光伏發(fā)電系統(tǒng)的固定安裝確定為正南朝向，傾斜角度為44°,模擬截圖如圖4.2、4.3所示(崔博遠(yuǎn)，趙啟航，2020)。圖4.2光伏板產(chǎn)生能量SystemSpecification×"Results"dialog,acYear圖4.3傾角設(shè)計(jì)界面在確定最佳傾角后，對(duì)于較多的太陽能光伏組件而言就需要科學(xué)規(guī)劃前后排光伏組件陣列的間距，這在一定程度上暗示出由于本系統(tǒng)放置地點(diǎn)在牧區(qū)所以不存在前后遮擋的問題，再加之所選容量較小，在合適地點(diǎn)一排放置就可以(余浩然，高若兮，2021)。這一發(fā)現(xiàn)與理論預(yù)測大體一致，驗(yàn)證了先前研究中的構(gòu)思，進(jìn)一步強(qiáng)化了該領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)。本研究不僅在方法論方面提供了新穎的視角，而且對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。4.2小型家用離網(wǎng)系統(tǒng)的仿真與分析在本文所研究的小型家用離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的仿真軟件是PV潘梓淇，吳思睿t,由于它的強(qiáng)大功能使得該軟件是目前光伏發(fā)電工程行業(yè)內(nèi)比較通用設(shè)計(jì)仿真軟件之一，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中該軟件能夠?qū)φ麄€(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)工程進(jìn)行科學(xué)性的仿真研究、合理性的技術(shù)設(shè)計(jì)和理論化的結(jié)果分析。這在一定程度上代表了該軟件的設(shè)計(jì)模塊涉及并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)、離網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)和光伏水泵澆灌系統(tǒng)(趙啟航，吳夢瑤，2020)。針對(duì)前述方案的調(diào)試工作，本文從理論剖析與實(shí)際操作驗(yàn)證兩大維度展PV潘梓淇，吳思睿t根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段過程主要分為項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)，項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫以及工具，中間這部分是簡要描述，右面分為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，光伏獨(dú)立系統(tǒng)，及光伏水泵系統(tǒng)，如圖4.4所示是PV潘梓淇，吳思睿t的主界面。PVsystV6.72-TRIAL-PhotFilesPreferencesLanguageLicenc-ElectricalbehaviourofPV-用戶負(fù)載、系統(tǒng)損耗、選取蓄電池組、陰影分析及經(jīng)濟(jì)評(píng)估Stand-alonesystempresizingproject"S4.2.1項(xiàng)目地氣候本文所設(shè)計(jì)的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是內(nèi)蒙古自治區(qū)內(nèi)位于地處東經(jīng)115°13′117°06′,北緯43°02′—44°52′之間，在該軟件中導(dǎo)入系統(tǒng)項(xiàng)目地地理位置參數(shù)，所獲得的氣象數(shù)據(jù)和日照參數(shù)都是由METEONORM提供，該款綜合氣象軟件是為太陽能以及應(yīng)用氣象學(xué)的全球氣象數(shù)據(jù)庫，通過本軟件你可以知道地球上任何地方以及時(shí)刻的相關(guān)數(shù)據(jù)(許嘉偉，劉而，2020)。這在一定意義上透露了通過導(dǎo)入相應(yīng)地理位置參數(shù)我們可以到一些相應(yīng)氣象圖表。圖4.7是由METEONORM提供的項(xiàng)目氣象數(shù)據(jù)表，可以選取不同參量模式來得到不同的數(shù)據(jù)。圖4.8是項(xiàng)目所在地太陽軌跡圖，從該圖中我們可以了解該地區(qū)太陽高度情況。GeographicsiteparametersforXilinGol(PVSystoriginaldatabase)DatasourceMeteoNormlnadiationunits SolarpathsatXilinGol,(Lat.43.95°N,long.116.07°E,alt.988m)-LegalSnhuSnhu響P③④4.2.2陣列傾角設(shè)計(jì)分別為0°和44°。這在某種程度上證實(shí)了圖4.9是傾角與方位角設(shè)計(jì)界面。在下圖0%。因?yàn)槲覀円紤]冬季和夏季的發(fā)電量情況及現(xiàn)場安裝等條件，所以該系統(tǒng)的方位角取0°,傾角44°,這里組件陣列安裝方式采取的是固定安裝。Orientation,Variant"NewsimulationvarOrientation,Variant"Newsimulationvar1West4.2.3家用系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置將抽取生活水平一般的居民家用負(fù)荷參數(shù)表4.1導(dǎo)入到系統(tǒng)中，從中可窺一斑如圖4.10所示，在這里要設(shè)置家用電器的數(shù)量、參數(shù)、每天使用時(shí)間，同時(shí)你也可以根據(jù)年平均耗能或每一季度不同能耗或每月不同耗電狀況來設(shè)置系統(tǒng)供電要求，結(jié)合實(shí)際情況該系統(tǒng)選取每星期使用天數(shù)是七天(鄭浩然，王欣怡，2021)。Stand-alonesystempre-sizing-Daily1NumberAppliance?Week-endorWeek0圖4.10家用負(fù)載參數(shù)在設(shè)定好用戶用電概況后，這在一定程度上反映出來就要開始搭建仿真系統(tǒng)，如圖4.11所示，在這里需要說明的是在系統(tǒng)設(shè)置里面自給天數(shù)一般為4天，負(fù)荷率損失又叫LOLP,指的是小型光伏系統(tǒng)不能滿足居民用戶用電負(fù)載要求的時(shí)間比，其值越小系統(tǒng)性能可靠性越高，一般傳統(tǒng)電網(wǎng)該值在0.15左右，在此理論框架基礎(chǔ)上研究可得出如果對(duì)負(fù)載的要求不是特別高的話建議不要把該值設(shè)置為0,這樣可以避免由于軟件計(jì)算出相當(dāng)高的陣列功率而造成的浪費(fèi)(姚遠(yuǎn)帆，陶晶，2021)。在技術(shù)手段上，本文選擇了章教授支持的定量與定性相結(jié)合的研究途徑，為研究提供了穩(wěn)固的數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。在軟件里面離網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器選擇直流變換逆變器，而控制器在系統(tǒng)中是默認(rèn)選擇與其相匹配的型號(hào)，在系統(tǒng)框架圖4.12中已清晰的說明了整個(gè)系統(tǒng)組成及不同的子單元(光伏陣列、系統(tǒng)控制、用戶負(fù)載)。同時(shí)有此框圖可知，在一般離網(wǎng)供電系統(tǒng)中對(duì)供電可靠度要求比較高的項(xiàng)目同時(shí)還可以配備發(fā)電機(jī)。DesignofaStandalonesyst困Detaledpresizing3AllmodulesSizingvoltages:Vmpp(圖4.11系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置DesignofaStandalonesystem,Va圖4.12系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.2.4系統(tǒng)仿真與分析通過上述小節(jié)的內(nèi)容設(shè)置好軟件系統(tǒng)界面中所需的系統(tǒng)參數(shù)后，就能對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行離網(wǎng)光伏模擬仿真，從前文分析來看通過模擬仿真就可以得到仿真結(jié)果的一系列的圖表，以下便是仿真模擬結(jié)果。圖4.13橫坐標(biāo)是當(dāng)日福照度，縱坐標(biāo)是在當(dāng)天福照度情況下對(duì)于的電能產(chǎn)出，該圖表示的是該系統(tǒng)在一年內(nèi)每天的福照度和電能產(chǎn)出概況，其中每一個(gè)點(diǎn)代表每一天輸入與產(chǎn)出情況，在此等境況之中在圖中每一點(diǎn)的斜率表示系統(tǒng)在當(dāng)天的能量效率(許文強(qiáng)，趙婉如，2020)。同樣在圖中我們可以了解到，盡管當(dāng)前研究結(jié)果符合理論預(yù)期，但在應(yīng)用這些結(jié)論時(shí)必須考慮具體場景中的局限性和其他變量的潛在影響，以提供更全面的現(xiàn)象解釋并有效指導(dǎo)實(shí)踐。在一年當(dāng)中有些天數(shù)的福照度很好，而相對(duì)應(yīng)的效率在冬天比夏天高的原因。該系統(tǒng)組件年發(fā)電量是765kWh,通過仔細(xì)分析該參Results,variantVCO"Newsimulationvariant"oEconomicevaluation圖4.13系統(tǒng)整體結(jié)果真結(jié)果圖表能很好的反映整個(gè)系統(tǒng)使用情況和狀態(tài)(蔡天宇，蔣詩詩，2021)。同時(shí)入，本文期待能揭示更多深層次的規(guī)律。鑒于科學(xué)研究的復(fù)雜度與日俱增，單憑一科之力已難以透徹洞察問題全貌。故而，推動(dòng)跨領(lǐng)域協(xié)作與溝通變得尤為關(guān)鍵。4.3本章小結(jié)本章具體講述了以昆明市尋甸縣區(qū)域?yàn)槔囊惶仔⌒蛻粲霉夥l(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，首先是結(jié)合項(xiàng)目場地資源和家用負(fù)載概況進(jìn)行系統(tǒng)初步規(guī)劃與設(shè)計(jì)，其次結(jié)合第四章系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程內(nèi)容，對(duì)以昆明地區(qū)為例的小型光伏系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過仿真分析可知在七月至九月份期間由于天氣及用電情況系統(tǒng)出現(xiàn)小量的虧電狀態(tài)，并結(jié)合實(shí)際情況提出了應(yīng)對(duì)意見。通過分析系統(tǒng)仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)小型離網(wǎng)系統(tǒng)不僅能滿足所選居民正常生活用電需求，由此可看出其用心而且系統(tǒng)性能良好，從而也證明所選設(shè)計(jì)方法的可行性。第五章結(jié)論近年來，由于光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國各個(gè)地域越發(fā)注重光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域。目前，除了大型并網(wǎng)光伏電站外，應(yīng)用最多的就是解決貧困地區(qū)居民日常生活用電問題。由于