家庭光伏储能系统设计.docVIP

摘要 随着美国“百万太阳能屋顶计划”和德国“能源转型”的持续发展，家庭储能系统，尤其政府对民间使用光伏发电给予高额度的补贴，使得大部分民众实现家庭电力的自给自足，还可储存多余的电量，导致了德国乃至欧洲家庭储能市场的兴起。 家庭储能系统类似于一个微型储能电站，其运行不受城市供电压力影响。在用电低谷时间，家庭储能系统中的电池组可自行充电，以备用电高峰或断电时使用。除用作应急电源外，家庭储能系统也因能均衡用电负荷，从而节省家庭电力开支。 虽然当前家庭储能系统的市场需求更多出于民众对应急后备电源的需要，但在业内人士看来，使用家庭储能系统可以组合太阳能等新能源发电系统、推动新能源的推广以及构筑智能电网，市场前景广阔。 关键词 能源；光伏发电；家庭储能系统；智能电网 第1章 绪论 1.1 光伏发电的现状和意义 目前，我国光伏产品的国际市场不断拓展，在传统欧美市场与新兴市场均占主导地位。我国光伏制造的大部分关键设备已实现本土化并逐步推行智能制造，在世界上处于领先水平。我国《太阳能发展“十三五”规划》中提出：实施太阳能产业升级计划“以推动我国太阳能产业化技术及装备升级为目标，推进全产业链的原辅材、产品制造技术、生产工艺及生产装备国产化水平提升。光伏发电重点支持PERC技术、N型单晶等高效率晶体硅电池、新型薄膜电池的产业化以及关键设备研制;太阳能热发电重点突破高效率大容量高温储热、高能效太阳能聚集热等关键技术，研发高可靠性、全天发电的太阳能热发电系统集成技术及关键设备。”太阳能电池制造产业在政策和技术的双重推动下，前景料可持续。 随着太阳能电池结构设计、微纳级激光精密加工等技术的进步，光伏发电的度电成本进入下降通道，未来有望实现平价上网。随着光伏发电技术进步、产业升级、市场规模迅速扩大，光伏发电成本在全球范围内持续下降，2010-2015年光伏发电成本降低了约60%。随着光伏技术的不断进步，光伏发电成本正在迅速下降，2020年左右光伏发电的价格将降低至火电发电的水平，中国有望实现平价上网。平价上网的实现具有里程碑意义，将进一步加快光伏产业的发展速度。 1.2 储能系统在光伏发电领域的作用 通过对光伏发电的特性分析可知，光伏发电系统对电网的影响主要是由于光伏电源的不稳定性造成的，从电网安全、稳定、经济运行的角度分析，不加储能的光伏并网发电系统将对线路潮流、系统保护、电网经济运行、电能质量和运行调度等方面产生不利影响。光伏电站并网，尤其是大规模光伏电站并网隋思安网带来的影响是不可忽视的。目前解决光伏电站对电网影响的途径是提高电网灵活性或为并网光伏电站配置储能装置。 储能系统在光伏电站中的作用主要体现在以下几个方面： （1）保证系统稳定。光伏电站系统中，光伏输出功率曲线与负荷曲线存在较大差异，而且均有不可预料的波动特性，通过储能系统的能量存储和缓冲使得系统即使在负荷迅速波动的情况下仍然能够运行在一个稳定的输出水平。 （2）能量备用。储能系统可以在光伏发电不能正常运行的情况下起备用和过渡作用，如在夜间或者阴雨天电池方阵不能发电时，这时储能系统就起备用和过渡作用，其储能容量的多少取决于负荷的需求。 （3）提高电力品质和可靠性。储能系统还可防止负载上的电压尖峰、电压下跌和其他外界干扰所引起的电网波动对系统造成大的影响，采用足够多的储能系统可以保证电力输出的品质与可靠性。 1.3 论文主要研究内容 本文主要以家庭光伏储能系统为研究对象，全文共分5章，每个章节所做工作和内容如下： 第一章绪论主要介绍了光伏发电的现状和意义；阐述了储能系统在光伏发电领域的作用；概述了本文的研究意义和内容。 第二章主要介绍了家庭光伏储能系统总体设计方案，分析家庭储能系统工作模式，阐述了系统设计流程和注意事项。 第三章主要介绍了光伏发电原理及基本特性，包括组件选型、转换效率、发电成本、使用寿命、光伏抗PID要求等。 第四章主要分析了储能蓄电池系统，包括蓄电池介绍、分类和应用；光伏系统对蓄电池性能要求分析；蓄电池充放电特性分析；电池管理系统概述等。 第五章主要阐述了家庭光伏储能系统容量配置设计，包括设计原则、系统容量配置计算等，最后通过案例分析对全文进行总结。 第2章 家庭光伏储能系统总体方案设计 2.1家庭光伏储能系统总体设计方案 家庭光伏储能系统由五大部分构成，包括太阳能电池阵列、并网逆变器、BMS管理系统、电池组、交流负载五大部分。系统采用光伏与储能系统混合供电。市电正常时， 由光伏并网系统和市电为负载供电；市电断电时,由储能系统和光伏并网系统联合供电。结构示意图2-1如下：  图2-1 家庭光伏储能系统结构示意图 2.2 家庭光伏储能系统工作模式 2.2.1工作模式说明 （1） 太阳能优先模式 （绿色示意路线）如图2-2所示： 图2-2 太阳能优先模式 如上图中绿色通路所示