家用4KW光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析(光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì))

家用4KW光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析(光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)) 中國占地面積廣，各種資源儲(chǔ)量豐富，但人均水平卻低于世界平均水平，可開采年限也逐漸縮短。據(jù)最新調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，中國的人均剩余能源開釆儲(chǔ)量石油為天然氣為，而相對資經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人口數(shù)量的不斷增多，能源損耗也越來越大?，F(xiàn)在，全世界每年消耗的能源在億噸標(biāo)準(zhǔn)石油，其中絕大部分都是都是不能再生資源。化石能源的不斷消耗，嚴(yán)重的影響到我們的生存環(huán)境，空氣污染逐步加劇，溫室氣體的排放使全球氣候變暖，災(zāi)害性天光伏發(fā)系統(tǒng)的污染比較少，沒有噪聲，并且隨著太陽能產(chǎn)業(yè)化以及技術(shù)發(fā)展，其性價(jià)比以及效率也會(huì)不斷提升，同時(shí)被廣泛的應(yīng)用到社會(huì)生活生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。因此對光伏發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析，對于促進(jìn)光伏發(fā)技術(shù)的發(fā)展具有所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)。前一個(gè)過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清連接器并網(wǎng)發(fā)電第2章家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)的類型連接器并網(wǎng)發(fā)電并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由光伏電纜等一些列元件構(gòu)成，并網(wǎng)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的區(qū)別在于其整個(gè)系統(tǒng)中沒有儲(chǔ)存電能的電池，所發(fā)電量除了直接供電之外，將剩余電量并網(wǎng)銷售的過程。并網(wǎng)系統(tǒng)在設(shè)備連接的環(huán)節(jié)中減少了蓄電池，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以減少電能在往蓄電池中儲(chǔ)存或從蓄電池中釋放產(chǎn)生的損耗電量，同時(shí)也減少了造價(jià)成本，減少了蓄電池的所占空間，比較適合空間受限的地方。同時(shí)，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可以在有剩余電量時(shí)將電量并聯(lián)到電網(wǎng)銷售給電力企業(yè)從中獲利，在發(fā)電量不足時(shí)，通過電網(wǎng)的連接，從電力企業(yè)購得電量進(jìn)行補(bǔ)充，保證自己的正常用電。這一過程通過銷售和購買兩塊計(jì)費(fèi)用電能計(jì)量裝置完成，與供電企業(yè)結(jié)算電費(fèi)也安裝這兩個(gè)計(jì)量裝置所記電量計(jì)算)。并網(wǎng)光伏發(fā)電具體組成及結(jié)構(gòu)如下圖1所示。方陣現(xiàn)階段，許多居住在頂樓的居民或者別墅用戶采用并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)作為家用電源。因?yàn)槠湓靸r(jià)中省略了蓄電池的費(fèi)用，所以相對較低，并且該系統(tǒng)與供電公司的電網(wǎng)相連接，如果發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就會(huì)自動(dòng)切換成市電供電。所以可以在太陽能發(fā)電系統(tǒng)不能正常工作時(shí)，不影響到居民的正常電力使用，用市電作為備用電源以保證了居民的日常生活獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在行業(yè)中也成為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由太陽能電池等基礎(chǔ)設(shè)備組成，將所發(fā)電量用于負(fù)載后，剩余電量儲(chǔ)存到蓄電池中，當(dāng)電量供應(yīng)不足，會(huì)將蓄電池中的電能釋放出來，以便維護(hù)整個(gè)電網(wǎng)的使用。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)小型的發(fā)電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，作為一個(gè)獨(dú)立的控制單元存在它替代了柴油機(jī)等消耗礦物質(zhì)能源的舊型發(fā)電系統(tǒng)，成為獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的清潔環(huán)保、價(jià)格低廉的最佳選擇。具體的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如2所示。交流交流逆變器離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于農(nóng)村、山區(qū)、牧區(qū)等特殊偏遠(yuǎn)地區(qū)，這樣的地方受地理位置的影響，供電條件比較差，電網(wǎng)相對穩(wěn)定性差，而且由于地理位置的影響，導(dǎo)致線路所需敷設(shè)的電纜長度大，進(jìn)而導(dǎo)致造價(jià)成本高，在使用的過程中，由于供電線路長，因此線路損耗會(huì)額外大，非常不符合經(jīng)濟(jì)效益。采用離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以不受距離和供電條件的影響，自發(fā)自用，將多佘電量儲(chǔ)存，一般蓄電池能儲(chǔ)存的電量可以夠用戶正常用電天的電量設(shè)計(jì)，保證用戶在連續(xù)陰雨天是仍可以正常用電。分布式光伏發(fā)電，還可以叫做分散式光伏發(fā)電再或者稱為分布式供應(yīng)電能，主要泛指為適合特殊用戶的特別要求，根據(jù)現(xiàn)場要求設(shè)計(jì)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，并且同時(shí)滿足現(xiàn)行供電企業(yè)配電網(wǎng)絡(luò)輸電要求。運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)，且在配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施。直流匯流箱、交流配電柜等設(shè)備組成了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。并且分布式發(fā)電系統(tǒng)還擁有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置以及環(huán)境監(jiān)控設(shè)備。在太陽直射的情況下，該項(xiàng)發(fā)電設(shè)備可以正常運(yùn)行，通過光伏電池將光能直接變?yōu)橹绷麟?，然后?jīng)過并網(wǎng)逆變器變成交流電，最終供給各種用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。剩下的無用電量經(jīng)過并網(wǎng)線路直接送入電網(wǎng)。分布式電源相對傳統(tǒng)電源具有分散布局、就近利用的原則，其可以因地制泣，具有一定的地區(qū)特點(diǎn)。而且分布式電源作為一種清潔高效的能源，其充分利用源源不斷的太陽光，取代了以前的化石資源，減少了污染。分布式光伏電網(wǎng)系統(tǒng)圖如下3所示通變器柜逗變器象站道變器圖3分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)圖第3章家用4KW光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要本著合理性、實(shí)用性、高可靠性和高性價(jià)比(低成本)的原則。做到既能保證光伏系統(tǒng)的長期可靠運(yùn)行，充分滿足負(fù)載的用電需要，同時(shí)又能使系統(tǒng)的配置最合理、最經(jīng)濟(jì)，特別是確定使用最少的太陽能電池組件功率和蓄電池的容量。協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)工作的最大可靠性和系統(tǒng)成本之間的關(guān)系，在滿足需要保證質(zhì)量的前提下節(jié)省投資，達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效益。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容如圖4所示。用中量的坊計(jì)(括洋性的中格單確定光狀發(fā)電系統(tǒng)的形式收使當(dāng)?shù)夭抨柲艽蓽蜌庀蟮乩斫?jīng)度；年民高常低氣語；全年太2交此迎安整的生與配量計(jì)雷找地系化立置與極計(jì)圖4太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟可靠工作的前提下，達(dá)到成本最低。握日平均太陽輻照量、月平均太陽輻照量和連續(xù)陰雨天數(shù)。方法：依據(jù)各部件的數(shù)理模型，采用計(jì)算機(jī)仿真，可以擬合出太陽能電池方陣每小時(shí)發(fā)通過數(shù)值分析法，可以解析太陽能電池方陣容量及蓄電池組容量之間存在的相互關(guān)系然后在特定的供電可靠性要求下，根據(jù)成本最低化的原則，確定二者各自的容量。在本章中，負(fù)載的總耗電量為4000w·h/d,選擇的逆變器效率為90%,連續(xù)陰雨天數(shù)為4天，蓄電池的放電深度為70%,系統(tǒng)電壓為48V。蓄電池容量={自給天數(shù)*日平均用電量(AH)}/{逆變器效率*放電深度*系統(tǒng)直流電壓}南京地區(qū)全年最低氣溫大約為-4～-6℃,所以在此溫度下，蓄電池的容量會(huì)下降10%左屋頂式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏組件、并網(wǎng)逆變器、監(jiān)控系統(tǒng)、防雷以及計(jì)量裝置等。其中光伏組件包括晶體硅與非晶薄膜兩種電池組件，晶體硅電池組件主要使用的材確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，同時(shí)這種電池組件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染小，在使用基片上，包括活性塑料、不銹鋼薄板等，該種材質(zhì)的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在：非晶薄膜電池組件太陽能電池相比，同樣的發(fā)電量與功率條件下，非晶硅薄膜電池的生產(chǎn)成本要低，被稱作是最有可能實(shí)現(xiàn)發(fā)電成本可以達(dá)到上網(wǎng)電價(jià)的太陽能發(fā)電技術(shù)。變壓器，將其轉(zhuǎn)化為同步交流，并且將其并入電網(wǎng)。該系統(tǒng)需要將太陽能電池組件安裝在屋頂，使其可以接受太陽光照射，進(jìn)而使電池組件產(chǎn)生直流電，系統(tǒng)中的逆變器，便可以將光屋頂式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在：該系統(tǒng)使用的是太陽能資源，由于太環(huán)境污染問題比較嚴(yán)重，因此增加了一定的附加值，進(jìn)而增加了生產(chǎn)的成本，而能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以改善電源結(jié)構(gòu)，提高電源保障，并且可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，利用此系統(tǒng)發(fā)電，不會(huì)產(chǎn)生過多的附加值，綜合而言具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)性的因素，其中自然因素的影響最大，因?yàn)槲蓓敼夥l(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行，需要太陽能輻射支撐，對于太陽能資源不夠豐富的地區(qū)而言，該系統(tǒng)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性則較差，因?yàn)樘柲艿亩嗌?，是由日照天?shù)以及日照時(shí)間等決定的，對于一些地區(qū)太陽能總輻射量小的，則不適合建立太陽能某屋頂式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其電站位置的太陽能資源屬于二類地區(qū)，全年日照小時(shí)器等，光伏電池安裝與布置，采取的是鋁合金支架作為連接，有效的解決了防水問題與抗風(fēng)物燃料，不會(huì)產(chǎn)生污染物，在用時(shí)不需要采取環(huán)保治理措施，加之太陽能屋頂光伏發(fā)電受并且太陽能屋頂光伏發(fā)電，其電能轉(zhuǎn)化的過程非常簡單，可以由光子直接轉(zhuǎn)換為電子，在這期間不需要將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并且不會(huì)出現(xiàn)破損問題，極大程度上節(jié)省了用成第5章題目實(shí)際案例經(jīng)濟(jì)性分析實(shí)地調(diào)研安裝光伏發(fā)電設(shè)施的各個(gè)小區(qū)，考察項(xiàng)目安裝地的實(shí)際情況。采用的數(shù)據(jù)來自國家庭，裝機(jī)容量都為5kW,數(shù)據(jù)包括2014年全年的發(fā)電量、上網(wǎng)電量、國家補(bǔ)貼、上網(wǎng)電費(fèi)等。照浙江省燃煤機(jī)組上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)，2013年江西省為0.4872元/kWh,2014年為0.4555元/kWh,2015年為0.4396元/kWh,呈逐年下降的趨勢。家庭分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的年收入包括國家補(bǔ)貼、余電上網(wǎng)收入以及自發(fā)自用省下的電設(shè)補(bǔ)貼為4元。對于一個(gè)價(jià)格為5萬元的5kW需出3萬元，安裝費(fèi)用、設(shè)備的運(yùn)輸費(fèi)用由當(dāng)?shù)毓╇娋重?fù)責(zé)。本文中上網(wǎng)電價(jià)每度收入按照2014年浙江省的標(biāo)準(zhǔn)0.4555元/kWh,自用電量節(jié)省費(fèi)用按照金華市居民生活電價(jià)0.6元/kWh計(jì)算。收益=自發(fā)自用電量*(用電電價(jià)+0.42)+余量上網(wǎng)電量*(脫硫電價(jià)+0.42)。對于電池板的使用壽命，通常按照25年計(jì)算，考慮到國家補(bǔ)貼年限為20年以及使用20年另外還有企業(yè)的支持以及光伏系統(tǒng)維修相對方便等特點(diǎn)，因此不考慮后期維護(hù)費(fèi)用。根據(jù)調(diào)研得到了7個(gè)裝機(jī)容量為4kW的光伏屋頂發(fā)電設(shè)施一年的發(fā)電量，如表1所示?？梢钥闯?，金華市4kW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際平均年發(fā)電量為4056.7度。由式(2)可以得出年均發(fā)電量為L=5kW*3.5h*365*80%=5110kWh,實(shí)際平均發(fā)電量比估算平均發(fā)電量低1053度，約為估計(jì)值的79%。家庭序號(hào)實(shí)際發(fā)電量/kwh理論發(fā)電量/kwh比值(實(shí)際發(fā)電量/理論發(fā)電量)%實(shí)際發(fā)電量低于理論發(fā)電量的主要因素安裝角度，灰塵安裝角度，灰塵無(發(fā)電量正常)安裝角度，灰塵安裝角度，灰塵安裝角度，有遮擋調(diào)研的7戶分布在該市的多個(gè)小區(qū)，不同小區(qū)的建筑樣式不同，別墅區(qū)的周邊建筑物遮擋較少，能較好地利用太陽能；而頂層復(fù)式樓的一部分水泥橫梁在太陽能板上有陰影，導(dǎo)致接收的太陽能輻射量減少，發(fā)電量偏低。同一小區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率、技術(shù)、產(chǎn)品型號(hào)都相同，但發(fā)電量仍然存在較大差異。研究發(fā)現(xiàn)，屋頂光伏太陽能板的安裝角度并不完全相同，有的甚至差異較大，一方面是屋頂實(shí)際情況的限制，另一方面業(yè)主對發(fā)電設(shè)施與建筑的協(xié)調(diào)美觀的要求使得安裝角度沒有按照最大發(fā)電量設(shè)計(jì)安裝。而組件的安裝角度(方位角和傾斜角)對光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率有直接影響，如果光伏組件安裝的方位角偏離正南30°~60°時(shí)，光伏陣列發(fā)電量將減少約15%~30%[16]。以最佳傾斜角為基點(diǎn)，偏離5°以內(nèi)對發(fā)電量影響為0.2～0.4%,偏離10°左右時(shí)影響為0.7～1.4%,偏離15°左右時(shí)影響為2.8～7.8%[17]。此外，停電導(dǎo)致發(fā)出的電無法使用，還有因停電導(dǎo)致的跳閘等以及運(yùn)行過程中太陽能板件灰塵、線路損耗問題、逆變器問題等也會(huì)影響發(fā)電量。5.4經(jīng)濟(jì)效益分析總收益=自發(fā)自用電量*(用電電價(jià)+0.42)+余量上網(wǎng)電量*(脫硫電價(jià)+0.42),國家補(bǔ)貼=(自發(fā)自用電量+余量上網(wǎng)電量)*0.42,上網(wǎng)售電收益=余量上網(wǎng)電量*脫硫電價(jià)，省下的電費(fèi)=自發(fā)自用電量*用電電價(jià)。圖2顯示發(fā)電量與實(shí)際收益的關(guān)系，一般發(fā)電量越大，總收益越大。因?yàn)榭偸找姘脩羰∠碌碾娰M(fèi)，而用戶自用電的電價(jià)高于上網(wǎng)電價(jià)，當(dāng)發(fā)電量一定時(shí)，用戶自用電量越少，上網(wǎng)電量就越多，上網(wǎng)電量收益占比越高，省下的電費(fèi)占比越小。如果發(fā)電量較低的用戶的用電量較大而發(fā)電量較高的用戶的用電量較小，則可能出現(xiàn)發(fā)電量較低的家庭的總收益大于發(fā)電量較高的家庭的總收益。如第6個(gè)點(diǎn)發(fā)電量3513度，用電量1154度，第7個(gè)點(diǎn)發(fā)電量3576度，但是用電量只有98度，總收益反而低于第6個(gè)點(diǎn)的總收。圖3是按照平均值來計(jì)算的總收益中不同收益來源占比，所占比例最大的是國家補(bǔ)貼，達(dá)46%,其次是上網(wǎng)電量收益，占比41%,而省下的電費(fèi)只占總收益13%,圖是各個(gè)發(fā)電項(xiàng)目中國家補(bǔ)貼。在總收益中的占比，一般都在45%以上。最低的為41%,該用戶發(fā)電量為4082度，低于平均值近500度，而用電量為1271度，比平均值高近400度，省下的電費(fèi)較多，所以在總收益中，國家補(bǔ)貼占比較低，但仍超過40%。因此國家對分布式光伏的扶持政策很重要。計(jì)算得補(bǔ)貼大約為50%的光伏系統(tǒng)成本，所以初步得初期投資由5