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单向太阳能发电系统的设计
一．课题的目的及研究意义
1.
课题的目的及意义
常规化石燃料的无节制使用和二十世纪七十年代发生的
两次石油危机，使得人们越来越
清醒地认识到化石燃料资源迟早会枯竭耗尽。根据我国现
已探明可丌采的化石能源储量的统
计和使用这些能源的速度，可以预计，煤可以应用的时
间约为
54-81
年，石油为
15-2
0
年，
天然气的时间
28-58
年，核燃料使用的时间也不会超过百年，前一个数字是预测的估计，后
一个数字是保守的估计。因此找到一条可持续发展的包括太阳能在内的可再生能源等的新出
路，
将是我们避免人类能源短缺与枯竭的紧迫任务。
八十年代人们进一步认识到，
化石燃料
对环境
的严重污染所导致的生态破坏、地球温室效应等正日趋严重地威胁着人类的生存。能
源短
缺和环境污染是当前经济发展面临的两大问题，制约着经济和社会的发展。
自
20
世纪
50
年代太阳能电池的空间应用到如今的太阳能光伏集成
建筑，世界光伏工业
已经走过了近半个世纪的历史。由于太阳能资源分布相对广泛、蕴藏
丰富，光伏发电系统具
有清洁、
安全、
寿命长以及维护量小等诸多优点，
光伏发电被认为将是
21
世纪最重要、
最具
活力的新能源。在世界各
国尤其是美、日、德等发达国家先后发起的大规模国家光伏发展计
划和太阳能屋顶计划的
刺激和推动下，光伏工业近几年保持着年均
30%
以上的
高速增长。其中，以光伏集成建筑为核心的光伏并网发电市场己经超过离网应用，近几<
/p>
年的增长速度都在
40%
以上，成为世界
光伏工业的最主要发动机。并网光伏发电已经成为光
伏发电领域研究和发展的最新亮点。
八十年代人们进一步认识到，化石燃料对环境的严重污
染所导致的生态破坏、地球温室
效应等正日趋严重地威胁着人类的生存。能源短缺和环境
污染是当前经济发展面临的两大问
题，
制约着经济和社会的发展
。
太阳能作为新能源和可再生能源的一种，
< br>是取之不尽、
用之
不竭的洁净能源。开发利用太阳能，对
于节约常规能源、保护自然环境、促进经济发展和提
高人民生活都有极为重要的意义。<
/p>
2.
国内的研究现状分析
由于我国光伏发电等可再生能源发电技术的研究仍然处
于起步阶段，技术水平相对国外
还有一定差距。就并网型光伏发电系统的核心技术并网型
逆变器而言，合肥工业大学能源研
究所、燕山大学、上海交通大学、中国科学院电工研究
所等科研单位和大学在这一方面进行
了相关的研究，并且在“九五”
、
“十五”期间，国家科技部投入相当数额的经费进行开发工
作。除此之外，北京索英电气技术有限公司和合肥阳光电源有限公司也在推出了适合并网光
伏系统用的逆变器。北京索英电气技术有限公司的
三相光伏并网逆变器，采用日本的智能功率模块
ipm
作为主回路功率器件，运用该公司
先进
的并网控制技术，具有结构简单、效率高、性能优良、电磁干扰小和安全可靠等优点。
全
新的的全数字化
dsp
控制，简化控制回路，提高了系统控制性
能。多项先进的并网发电控
制技术，保证向电网优质送电，还能够追踪太阳能电池板的最
大功率点，检测电网的状态，
并实现对电网供电质量的调节。合肥阳光的正弦波并网充放
电装置虽不是专门为并网光伏设
计，但是也可应用在并网光伏系统中。从这两种成熟的市
场产品可以看出，国内对并网光伏
逆变器的研究比较多的采用最大功率跟踪和逆变部分相
分离的两级能量变换结构，而且市场
产品的种类还相对单一，系统构建死板。
并网型光伏发电系统在我国还没有真正地投入商业化运
行的应用，目前所建并网型光伏
系统都为示范工程。并网型光伏发电系统的核心并网型逆
变器还主要依赖进口或者合作研究
的方式获得，导致并网型光伏系统的造价升高、依赖性
强，从而制约了并网型光伏系统在国
内市场的发展和推广。因此掌握并网型光伏系统的核
心并网型逆变器技术对推广并网型光伏
系统有着至关重要的作用。
2.
国外的研究现状分析
国外并网型逆变器已经是一种比较成熟的市场产品，例
如在欧洲光伏专用逆变器市场中
就有
sma,fronius,
sputnik,sun
power
和西门子等众多的公司具有市场化的产品，
其中
sma
在欧洲市场中占有的
50%
的份
额。除欧洲外，美国、加拿大、澳
大利亚、新西兰以及亚洲的日本在并网型逆变器方面也都
己经产品化。以
sma
和西门子为例介绍目前光伏并网发电系统用逆变器的发展情况。
sma <
/p>
光伏并网逆变器目前具有三大系列产品
:
支路逆变器、集中逆变器和多支路逆变器，
其中以
swr
和
sb
两个系列应用最为广泛。
该产品具有如下特点
:
高效率、
高功率因数、
低
thd;
基于微处
理器的自动功率点调节，即
:
基于软件实现的最大功率跟踪
:
根据电网情况调制工作
状态，
工作状态自动切换
;
通过
led
显示主要工作状态
;
故障自诊断
;
测量数据和工作状态通过
总线传输至
pc
机
:
多台
逆变器可以任意组合构建系统，
使系统设计更加简便、
扩展更加
方便。
多支路逆变器是
sma
最新推出
的产品，该产品采用最大功率跟踪和并网逆变两级能量变换结
构，多个不同支路共用同一
个逆变环节，中间设置有内部直流母线，可以使系统的灵活性大
为提高
< br>;
输出端无工频变压器隔离，
采用最新的电网阻抗检测和
交、
直流剩余电流检测来实现
有效保护。
与
sma
相比较，西门子并网光伏逆变器则采用主从式构建系统，由主逆变器和若干个从
逆变
器来组建用户要求容量的并网光伏系统，灵活性和系统扩展等均没有
sma
的强。西门子
sitop solar
主要分为隔离
和非隔离两种支路逆变器，两级能量变换，
最大功率跟踪和逆变部分集成在一个机箱内
;
功率因数高
;
基本单级
式并网型光伏发电系
统用逆变器的研究数据本地集中显示
;
实时发电电能显示
;rs232
串口连接<
/p>
pc
或者调制器
:
能
够外接辐射计和组件温度传感器。
除
sma
和西门子外，美国的
xantrex
的
suntie xr
系列并网逆变器也是根据光伏市场需
要
推出的产品，系列覆盖了中、大功率范围，也可将多台中功率的逆变器并联构成系统，而
且逆变器中也集成了最大功率跟踪环节。
综上所述，目前国外光伏并网逆变器产品的研发主要集
中在最大功率跟踪和逆变环节集
成的单级能量变换上，功率主要为几百瓦到五千瓦的范围
，控制电路主要采用数字控制，注
重系统的安全性、
可靠性和扩
展性，
均具有各种完善的保护电路。
二、
理论依据、
设计任务、
技术方案及
进度安排
1.
理论依据：
太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电
池（组）组成。如输出电源为交
流
220v
或
110v
，还需要配置逆变器。各部分的作用为：
（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统
的核心部分，也是太阳能发电系
统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为
电能，或送往蓄电池中存储起来，
或推动负载篇二：光伏发电毕业设计开题报告
西南科技大学毕业设计（论文）开题报告
2
、题目难度分为：
a
、
b
、
c
、
d
四个等级。
3
、综合训练程度分为：
a
、
b
、
c
三个等级。篇三：毕业设计
太阳能风光互补发电系统
开题报告
毕
业
论
文
（
设
计<
/p>
）
开
题
报
告
篇四：双轴太阳能跟踪装置开题报告
双轴太阳能跟踪装置
开题报告
班级（学号）
：
----
姓名：
指导老师：
一．综述
1.1
研究意义
依照现今的人类社会发展现状来看，尽管现在科学家们
正在试图普及各类新能源，但目
前人类能够廉价获取和使用的，并且有足够高的能源小效
率的，依旧是化石燃料。但是，随
着世界经济的发展，
进入
21
世纪以来，
各国对能源的消耗与日俱增
，
一个严重的问题也接踵
而至，即能源短缺已成为人类社会面临
的一个非常重大的挑战。
作为世界主要能源的石油，其价格居高不下。虽然人类
的科学技术正在高速发展，但面
对石油这些不可再生性的资源，必须在其耗尽之前寻找到
替代能源，否则未来世界将会因此
而爆发能源危机。资料表明，按照现在已经探明的储量
及开采速度，到
21
世纪
80
年代，石
油、
天然气资源将枯竭。
到
22
世纪
20
年代，
煤资源也将被耗尽。
即使是以铀为燃料的核
电，
抛开价格、政治、泄露等方面的危险因素不谈，也存在资源短缺的问题，已探明储量
的铀矿
资源将在
2030
年前开采完。
为解决我国能源短缺问题，太阳能发电将在中国未来的
电力供应中扮演重要的角色。我
国政府在
《可再生能源长期规划
》
提出，
太阳能光伏发电装机容量发展到
2010
年的
450mwp
，
更有乐观预计实际会达到
600mwp
。而<
/p>
2005
年，全国太阳能发电装机容量仅为
6.5mwp
，这就
意味着在未来的几年内，中国太阳能装机
容量的复合增长率将会高达
38%
以上。根据电力科
学院的预测，
到
2050
年中国可再生能源发电将占到全国总电力装机的
25%
，
其中光伏发电占
到
5%
。光伏并网发电系统
(
约占
4%)<
/p>
以及太阳能商品及其它
(
约占
9%)
。
从地理位置上看，我国太阳能资源非常丰富，理论储量
达每年
17000
亿吨标准煤。我国
大
多数地区年平均日辐射量在每平方米
4
千瓦时以上，
西藏日辐射量最高达每平米
7
千瓦时。
年日照时数大于
2000
小时。
< br>与同纬度的美国相近，
比欧洲、
日本优越得多，
因而有巨大的开
发潜能。近
20
年来，中国光伏产业长期维持在全球市场
1%
左右的份
额。
2003
、
2004
年中国
太阳电池组件的生产量有了大幅度增长，
20
03
年达
1.2
万千瓦，
约占世界份额的
2.2%
，
2004
年达
3.5
万千瓦，约占
3%
。国内太阳能电池产业主要应用在通信和工业领域
(
约占
36%)
、农
村和边远地区领域
(
约占
51%)
。
由此可见，
面对日益严重的能
源危机，
根本出路在于尽快从采用煤石能转而采用太阳能，
即从
地下能时代转向天上能时代，或称太阳能时代。太阳能比起煤石能具有众多优点，具有
不
断再生性，能源分布范围广泛，安全，无污染，可谓取之不尽，用之不竭，能够全面保护
自然平衡与气候温度平衡，
便于开发与使用等。
太阳能每秒钟到
达地面的能量高达
80
万千瓦，
假如把
地球表面
0.1%
的太阳能转为电能，转变率
< br>5%
，每年发电量可达
5.6
×
1012
千瓦小时，
相当于目前世界上
能耗的
40
倍。
因此，
太阳能等可再生能源产业的技术进步及世界各国政府
支持已使可再生能源行业爆
发式发展。根据欧洲、日本等能源机构预测，
2020
年，光伏
发电
将占到全球发电量的
1
％，
2040
年将占到全球发电量的
21
％，
2050
年左右，
太阳能将成为全
球主力替代能源。
1.2
研究的现状
1.2.1
国际技术发展现状
光伏发电是通过太阳能电池实现光—电直接转换的过程
，是太阳能开发利用的重要途径
之一，在世界范围内受到高度重视。在光伏电池及制造技
术方面，晶体硅光伏电池是目前国
际光伏市场上的主流产品，
占
世界光伏电池产量的
80
％以上，
预计
在相当一段时期内晶体硅
光伏电池仍为主角，并将向高效率、低成本和薄片化方向发展。
降低硅材料的生产费用是降
低光伏电池成本的关键。多晶硅光伏电池比单晶硅光伏电池的
材料成本低，是世界各国竞相
开发的重点，它的研究热点包括：开发太阳级多晶硅生产技
术、开发快速掺杂和表面处理技
术、提高硅片质量、研究连续和快速的布线工艺、多晶硅
电池表面织构化技术和薄片化、高
效花电池工艺技术等，以进一步降低成本。非晶硅电池
仍处在发展之中，每年的新增产量在
10mw
以上。
从降低成本角度讲，
薄膜电池大大节省了昂贵的半导体材料，
具有大幅度降低成
本的潜力，因而也是当前国际研究开发的主要方向之一。
国际上已经开发出电池效率在
15%
以上、组件效率
10%
以上和系统效率
8%
以上、使用寿命超过
15
年的薄膜电池工业化生产技
术。目前已实现产业化和正在实现产业化的有多晶化合物半导体薄膜电池（包括碲化镉、铜
铟硒等）
、
非晶硅薄膜电池，
多晶硅薄膜电池也很有发展前景，
但目前尚处于市场化的探索阶
段。
1.2.2
国内光伏产业技术发展现状
经过多年积累，我国在光伏发电技术研发工作上先后通过
863
计划、攻关计划安排，开
展了晶体硅高效电池、非晶硅薄膜电池
、碲化镉和铜铟硒薄膜电池、多晶硅薄膜电池以及应
用系统的关键技术的研究。
特别是十五期间，
国家通过科技攻关和
863
计划安排支持了一批
提高现有装备生产能力的项目，大幅度提高
了光伏发电技术和产业的水平，大大缩短了光伏
发电制造业与国际水平的差距。
特别是无锡尚德，
通过国家十五科技攻关和产业化扶持，
2005
年的生产能力达到了
150mw,
跻身世界五强，
其组建效率达到
16%
以上，
也处于世界先进水平。
通过国家十五科技
攻关计划，还支持了深圳拓日等企业进行非晶硅薄膜电池电池的规模化生
产，
生产能力达到了
10mw
，
使得我国成为世界非晶硅薄膜电池主要供应商之一。
此外，
通过
973
、
863
等高技术计划的支持，我国在碲化镉和铜铟硒薄膜电池、敏化太阳能
薄膜电
池、多晶硅薄膜电池以及应用系统的关键技术的研究方面有重大的进展或突破。其
中碲化镉
和铜铟硒薄膜电池小型电池组件的效率达到了
7%
以上，由国际水平相接近，可望在
2006
年
底之前形成小批量的生产能力，为十一五规模化生产奠定了技术基础。在应用技术方
面，国
家十五期间安排了屋顶并网发电技术、
高压并网发电技术
科技攻关，
建成一批
10-50kw
的屋
顶系统，分别在深圳建成了
mw
级低压并网光伏发电站一座和拉萨建成了
100kw
的高压并网
发电站一座，
在光伏发电并网技术方
面有了坚实的技术积累，
为
2010
年和
2020
年屋顶光伏
并网发电技术和沙漠电站技术的规模化发展积累了经验。
1.3
已有成果
现有的太阳能跟踪装置大体上有四种。他们分别是压差
式太阳能跟踪器，控放式太阳跟
踪器，光电式太阳跟踪器，视日运动轨迹跟踪。
1.3.1
压差式太阳能跟踪器
当入射太阳光发生偏斜时，密闭容器的两侧受光面积不
同，会产生压力差，在压力的
作用下，跟踪器重新对准太阳。根据密闭容器内所装介
质的不同，可分为重力差式，气
压差式和液压式。该机构结构简单，制作费用低，纯机械
控制，不需电子控制部分及外接电
源。但只能用于单轴跟踪，精度很低。
1.3.2
控放式太阳跟踪器
在太阳能接收器的西侧放置一偏重，作为太阳光接收器
向西的转动力，并利用控放式自
动跟随装置对此动力的释放加以控制，慢慢释放此转动力
，使太阳光接收器向西偏转运动。
该机构成本低廉，纯机械控制，不需电子控制部分及外
接电源。但是该机构不能自动复位，
不能满足昼夜更替之后的跟踪需求，
除非另外加复位机构；
而且该跟踪器只能用于单轴跟踪，
精度低。
1.3.3
光电式太阳跟踪器
一种利用光作用使半导体材料的电导率显著变化的光敏
传感器，常见的光电器件有光电
池、光敏二极管和光敏三极管。目前国内常用的光电跟踪
器有重力式、电磁式和电动式，这
些光电跟踪装置都使用光敏传感器。通常在这些装置中
，光电管的安装靠近遮光板，调整遮
光板的位置使遮光板对准太阳。当太阳西移时遮光板
的阴影偏移，光电管因受到阳光直射输
出一定值的微电流，作为偏差信号，经放大电路放
大，由伺服机构调整角度使跟踪装置对准
太阳完成跟踪。一般来说光电跟踪灵敏度高，结
构设计较为方便，但受天气的影响很大，如