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光伏陣列與匯流箱設計.doc

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?畢業設計(論文)光伏陣列及匯流箱設計二〇一三年五月二十四日摘要當今世界,隨著生物能源的頻頻告急和環境的日益惡化,發展新的可持續的綠色的能源已經成為大勢。而在眾多新能源之中,太陽能因為儲量巨大、安全、清潔以及較少受地理和氣候因素限制而倍受青睞。由于單體光伏電池的輸出電壓、電流和功率都很小,不能滿足作為電源應用的要求,為了提高輸出功率,需要多個單體電池合理的串、并聯后封裝成電池組件。太陽能本身是一種低密度的平面能源,需要用大面積的太陽能電池來采集。所以在需要更大功率的場合,需要將多個組件組成方陣,以提供數值更大的輸出電流、電壓。為了節約電纜,簡化系統結構,提高可靠性和可維護性等原因,實際安裝中需要把多個方陣的輸出電纜先進行并聯后(一級匯流)通過匯流箱再輸入到逆變器(二級匯流),而不是直接把所有方陣電纜直接接入逆變器。本文第一章介紹了太陽能產業的意義和目的,國外光伏產業的現狀和未來我國發展光伏產業的前景。在第二第三章介紹光伏發電的基本原理,以及高度角、方位角等安裝參數的計算。并著重探討了光伏匯流箱的作用原理和基于ATmega16單片機的光伏匯流箱相關硬件軟件設計。關鍵詞:太陽能 光伏發電 匯流箱 原理;Design of the PV array and the solar photovoltaic junction boxAbstractToday's world, with frequent emergency bioenergy and environmental deterioration, the development of new sustainable green energy has become a trend. And among the many new energy, solar energy because of huge reserves, safe, clean, and less affected by geographical and climatic factors limit the favorites. As single photovoltaic cell output voltage, current and power are very small, can not meet the requirements of the application as a power supply, in order to improve the output power, to a plurality of series of cells reasonable, in parallel battery components packaged. Solar plane itself is a low-density energy, and require large-area solar cells to collect. Therefore, where more power is required, several components need to be square in order to provide greater output current value and voltage. In order to save the cable, simplifying the system structure, improve reliability and maintainability and other reasons, the actual installation requires a plurality of the first phalanx of the output cables be connected in parallel (a bus) through the combiner box and then input to the inverter (two convergence level), rather than all the cable directly to the matrix inverter.The first chapter describes the meaning and purpose of the solar energy industry, domestic photovoltaic industry status and future prospects of the development of photovoltaic industry. In the second chapter describes the basic principles of photovoltaic power generation, and the elevation angle, azimuth and other installation parameters calculations. And focuses on the role of PV combiner box principle and ATmega16 microcontroller based PV combiner box related hardware and software design.Keywords: Solar Photovoltaic power generation the solar photovoltaic junction box Principle ;目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 11.1 課題研究的意義和目的 11.2 國外現狀 21.3 國現狀 31.4 太陽能的發展前景 51.5 論文的主要工作 6第2章 太陽能光伏及匯流箱總體研究 72.1 太陽能光伏發電的特點 72.2 太陽能光伏電池的基本特性 82.3 光伏匯流箱的基本特點 11第3章 光伏陣列及匯流箱設計 143.1. 光伏陣列的基本組成和排列 143.2. 太陽能電池組件選擇 143.3. 光伏陣列方位角、傾斜角、周圍陰影的計算 153.4. 保護用熔斷器的選擇設計 173.5. 設計光伏匯流箱 183.6. 實例 29總結 31參考文獻: 32致 34第1章 緒論1.1 課題研究的意義和目的隨著煤炭、石油等現有能源的頻頻告急和生態環境的惡化,使得人類不得不盡快尋找新的清潔能源和可再生能源以代替。風能、水能、太陽能等就是未來人類探尋和研究發展的主要方向。而太陽能以其儲量巨大、安全、清潔等優勢,必將成為未來的最主要能源之一。目前太陽能發電有兩種形式,一是熱發電,二是光發電,也稱光伏(PV)發電。太陽能光伏產業是指利用光伏效應使太陽能轉化為電能的產業。因為光伏發電具有規模大小隨意、能獨立發電、建設速度快、維護簡單等優勢,所以自20世紀70年代以來。省略部分。芯片的結構和引腳都非常簡單,部含有一個驅動器和接收器。RO和DI分別為接收器的輸出和驅動器的輸入端,與單片機連接時只需分別與單片機的RXD和TXD相連即可;/RE和DE端分別為接收和發送的使能端,當/RE為邏輯0時,器件處于接收狀態;當DE為邏輯1時,器件處于發送狀態,因為MAX485工作在半雙工狀態,所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可;A端和B端分別為接收和發送的差分信號端,當A引腳的電平高于B時,代表發送的數據為1;當A的電平低于B端時,代表發送的數據為0。在與單片機連接時接線非常簡單。只需要一個信號控制MAX485的接收和發送即可。同時將A和B端之間加匹配電阻,一般可選100Ω的電阻。圖 3.12 RS485與RS232之間電平轉換流程圖3.6. 實例3.6.1 KBT-PVX系列光伏防雷匯流箱在太陽能光伏系統中,用戶可以將一定數量、規格相同的光伏電池串聯起來,組成一個個光伏串列,然后再將若干個光伏串列并聯接入KBT-PVX系列光伏匯流防雷箱,在光伏防雷匯流箱匯流后,通過直流斷路器輸出,與光伏逆變器配套使用從而構成完整的光伏發電系統,實現與市電并網。 為了提高系統的可靠性和實用性,該公司在光伏防雷匯流箱里配置了光伏專用直流防雷模塊、直流熔斷器和斷路器等,并設置了工作狀態指示燈、雷電計數器等,方便用戶及時準確的掌握光伏電池的工作情況,保證太陽能光伏發電系統發揮最大功效。該匯流箱具有如下功能:1、可同時接入多路太陽能光伏陣列,每路電流最大可達11A,能滿足不同用戶需求;2、配有太陽能光伏直流高壓防雷器,正極負極都具備雙重防雷功能;3、采用專業直流高壓斷路器,直流耐壓值不低于DC1000V,安全可靠;4、雷電計數功能,方便了解雷電災害的侵入情況及頻率;5、具有工作狀態指示,便于觀察工作狀況;6、裝有耐高壓的直流熔斷器和斷路器共兩級安全保護裝置; 7、可以根據需要配置傳感器及監控顯示模塊對每路的電流進行測量和監控,可以遠程記錄和顯示運行狀況,無須到現場(選配);8、防護等級達到IP65,滿足室外安裝的使用要求;9、安裝維護簡單、方便,使用壽命長。圖3.13即為KBT-PVX系列光伏匯流防雷箱。圖 3.13 科比特系列光伏匯流箱3.6.2 廣凱公司系列防雷匯流箱使用光伏匯流箱,用戶可以根據逆變器輸入的直流電壓圍,把一定數量的規格相同的光伏組件串并聯組成1個光伏組件陣列,再將光伏組件陣列接入光伏防雷匯流箱進行匯流后輸出,方便了后級逆變器的接入。該產品具有如下特點:1、可同時接入多路太陽能光伏陣列,每路額定電流可達10A,最大15A,能滿足不同用戶需求;2、每路輸入獨立配有太陽能光伏直流高壓防雷電路,具備多級防雷功能,確保雷擊不影響光伏陣列正常輸出;3、輸出端配有光伏直流高壓防雷模塊,可耐受最大80KA的雷電流。4、采用高壓斷路器,直流耐壓值不低于DC1000V,安全可靠;5、具有雷電記錄功能,方便了解雷電災害的侵入情況;6、具有電流、電壓、電量的實時顯示功能,便于觀察工作狀況(選配);7、防護等級達IP65,滿足室外安裝的使用要求;8、具有遠程監控功能(選配)。如圖3.14即為廣凱公司生產的光伏匯流箱。圖 3.14 廣凱公司生產的光伏防雷匯流箱總結傳統能源的消耗、環境的惡化和新能源的優劣等多種因素決定了,在未來,太陽能將會成為最主要的綠色新能源之一。開發利用太陽能,從經濟社會走可持續發展之路和保護人類賴以生存的地球的生態環境的多個角度來審視,都是具有重大戰略意義的。本文介紹了國外太陽能發展的歷史和近況和太陽能光伏發電及匯流箱的一些基本原理,并著重研究了基于ATmega16單片機的光伏匯流箱設計。這一匯流箱以主電路以ATmega16單片機為控制中樞,由電流檢測電路、電壓檢測電路、輸出控制驅動部分、CAN總線通訊電路、輸出驅動電路及控制LCD顯示、鍵盤等電路的控制芯片組成。在通訊設計時,選用地平較穩定、抗干擾能力較強的RS485方式。并且在考慮了實際情況之后,設計和選擇了用于防雷的雷擊浪涌器及用于保護線路的熔斷器和保險絲。在最后還引用了一些優秀的匯流箱設計實例來用于對比。參考文獻:[1] 邢運民 永紅《現代能源與發電技術》電子科技大學,2007;[2] 海濤《太陽能建筑一體化技術應用》科學,2012;[3] 牛山·泉《風、太陽與海洋——清潔的自然能源》機械工業,2010;[4] Frank·T·Kryza《光之力量——人類尋求駕馭太陽的歷程》中國青年,2007;[5] 育明《太陽能LED照明系統》化學工業,2011;[6] 高虹 愛黎.《新型能源技術與應用》國防工業,2007;[7] 海濤《現代供配電技術》:國防工業,2010;[8] 建華《太陽能光伏產業—半導體硅材料基礎》化學工業,2012;[9] 德仁《太陽電池材料——電池材料與應用系列》化學工業,2007;[10](德)克勞特《太陽能發電》光伏能源系統,2008;[11] 惠晶《新能源轉換與控制技術》機械工業,2008;[12](?。┡商亍讹L能與太陽能發電系統—設計分析與運行》2009;[13](德)貝林《建筑與太陽能:可持續建筑的發展演變(景觀與建筑設計系列)》理工大學,2008;[14](美)F·丹尼斯《直接利用太陽能》科學,2011;[15] V. 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