太阳能光伏发电课程设计.doc
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1、太阳能光伏发电课程设计332020年4月19日文档仅供参考,不当之处,请联系改正。太阳能光伏发电原理与应用课程设计课题名称: 家用独立型光伏发电系统的优化设计 专业班级: 光电02班 学生学号: 学生姓名: 黄斌 学生成绩: 指导教师: 刘 国 华 课题工作时间: .6.24 至 .6.28 武汉工程大学教务处 一、课程设计的任务和要求要求:1、具备独立查阅光伏发电系统设计的相关文献和资料的能力;具有查阅光伏电池、蓄电池、控制器和逆变器等光伏器件参数和型号的能力;具有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。2、具备独立设计光伏发电系统的能力,能提出并较好地实施方案,能对光伏发电系统的结构和配置进
2、行分析研究和优化设计。3、具备数值计算、仿真、绘图和文字处理等能力。4、工作努力,遵守纪律,工作作风严谨务实,按期圆满完成规定的任务。5、报告内容简练完整、立论正确、讨论充分、论述流畅、结构严谨、结论合理;技术用语准确、符号规范统一、编号齐全、书写工整、图表完备。6、工作中有创新意识,对前人工作有一定改进或独特看法。7、内容不少于3000字。 技术参数:1、光伏发电系统安装地点:成都; 2、使用单晶硅光伏电池; 3、负载表数量功率使用时间荧光灯818w/盏5h/天电视机,电脑2120w/个3h/天洗衣机1600wh/天电冰箱11000wh/天任务:1、选择适当的光伏电池、蓄电池、逆变器和控制器
3、; 2、设计合理的光伏发电系统; 3、利用PVsyst软件和有关理论模拟优化设计,并对结果进行分析和总结。 二、进度安排 1、 .6.24 选题、分析查找相关资料、熟悉PVsyst软件 2、 .6.25 提出设计方案、思路和系统框图、系统的优化设计 3、 .6.26 讨论、修改、进一步优化方案,光伏发电系统各部件的选型 4、 .6.27 写出课程设计报告初稿5、 .6.28 整理课程设计报告、交稿三、参考资料或参考文献1、杨金焕、于化丛、葛亮著. 太阳能光伏发电应用技术. 第1版. 电子工业出版社. 。2、李钟实著. 太阳能光伏发电系统设计施工与维护. 第1版. 人民邮电出版社. 。 3、PV
4、syst软件应用教程。指导教师签字:刘国华 6 月 1 日 教研室主任签字: 6 月 1 日四、课程设计摘要(中文)摘要:以常规能源为寄基础的能源结构随着资源的不断消耗将越来越不适应可持续发展的需要,加速开发利用以太阳能为主题的可再生能源已经成为人们的共识。针对于此,本文设计了一种可行的家用独立型光伏发电系统。首先,概括介绍了独立型光伏发电系统的组成和运行方式,以及影响光伏发电系统效率的因素,重点讨论了独立性光伏发电系统的参数设计和仿真优化结果。主要包括独立型太阳能光伏发电系统的光伏组件数量的计算、蓄电池的数量计算以及安装方式,并经过PVsyst软件模拟出该系统,输出了该系统的优化结果,并对结
5、果做了详细分析,最终确定以24块单晶硅9510RTL-CS 95的太阳能电池板采用“2串12并”的方式组成系统的光伏阵列,以6块12 194 PVX-2120L的蓄电池采取“2串3并”的方式组成蓄电池组,最终优化的结果用户的需求满足率可达97.3%,能量利用率为58%,虽然能量利用率有待提高,但综合各种结果显示这次设计的的系统在实际生活中是可行的。关键词:独立系统,单晶硅太阳能电池板,PVX-2120L蓄电池,PVsyst,独立系统优化结果五、课程设计摘要(英文)Abstract: The conventional energy-mail-based energy structure with
6、 continuous consumption of resources will become increasingly unsuited to the needs of sustainable development, in order to accelerate the development and utilization of solar energy as the theme of renewable energy has become the consensus. In light of this, we design a viable stand-alone photovolt
7、aic systems home. First, an overview of the stand-alone photovoltaic system components and operation, as well as affect the efficiency of photovoltaic power generation system factors, focused on the independence of the PV system design and simulation parameters optimization results. Including stand-
8、alone photovoltaic solar photovoltaic systems calculate the number of components, the number of computing and battery installation, and through PVsyst software to simulate the system, the output of the system optimization results, and the results are analyzed in detail, and ultimately determine in 9
9、510RTL-CS 95 24 a two-string 12 and way as part of the PV array to 6 12 194 PVX-2120L take 2 and series 3) approach the composition of the battery storage portion, the final optimization results meet the needs of users rate of 97.3%, the result proves the design of the system in real life is desirab
10、le.Keywords: stand-alone systems, monocrystalline solar panels, PVX-2120L battery, PVsyst, stand-alone system optimization results六、指导教师评分评价内容具 体 要 求权重得分调查论证能独立查阅文献和从事其它调研;能提出并较好地论述课题的实施方案;有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。10实践能力独立设计、计算、绘图的能力(课程设计);能正确选择研究(实验)方法,独立进行研究的能力(年论文) 15分析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题(课程设计)
11、;或能对课题进行理论分析,得出有价值的结论(年论文)。15工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务,工作量饱满,难度较大,工作努力,遵守纪律;工作作风严谨务实。10质量综述简练完整,有看法;立论正确,论述充分,结论严谨合理(或设计过程完整,设计内容完全);文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,书写工整规范,图表完备、整洁、正确;论文(设计)结果有参考价值。40外语和计算机应用能力在课程设计或年论文中,能够体现外语和计算机的应用能力。5创新工作中有创新意识;对前人工作有改进或独特看法。5综合评语指导教师签字: 年 月 日 七、答辩记录记录人(签字): 年 月 日答辩意见及答辩成绩答辩小组教师
12、(签字): 年 月 日课程设计总评成绩:(指导教师评分80%+答辩成绩20%)目录第1章 绪论10 1.1 世界能源结构和发展新能源的背景10 1.2 太阳能光伏发电的重大优势10 1.3 太阳能光伏发电国内外研究现状与发展趋势11第2章 独立型系统的优化设计132.1 独立型太阳能光伏发电系统简介132.2 光伏发电系统相关参数132.2.1 地理环境及月辐照度统计结果132.2.2 用户负载的相关参数152.2.3 光伏组件和蓄电池的选择152.3 光伏发电系统的设计与计算162.3.1 太阳能电池组件的数量的计算162.3.2 蓄电池组的设计与计算172.4 离网型光伏发电系统逆变器和控
13、制器的选择18第3章 独立型系统仿真结果优化分析193.1 基础设计193.2 倾斜角和方位角193.3 用户负载的输入203.3 蓄电池和光伏组件的选型213.4 逆变器和控制器的选择223.5 系统仿真结果分析233.5.1 太阳能电池日均输入和输出关系233.5.2 产能分析243.5.2 系统能量利用率和用户需求满足率243.5.3 蓄电池平均充电电压263.5.4 组件日输出量27第4章 结束语28 4.1 设计思路总结28 4.2 个人心得28参考文献29第1章 绪论1.1 世界能源结构和发展新能源的背景随着化石能源的逐步消耗以及化石能源的开发和利用所造成的环境污染和生态破坏问题,
14、开发和利用能够支撑人类社会可持续发展的新能源和可再生能源成为人类急切需要解决的问题。新能源与可再生能源是指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的生物质能、太阳能、风能、小水电、地热能以及海洋能等一次能源。研究和实践表明,新能源和可再生能源资源丰富、分布广泛、能够再生且不污染环境,是国际社会公认的理想替代能源。新能源和可再生能源的开发利用不但能够解决当前世界能源紧张的问题,还能够解决与能源利用相关的环境污染问题,促进社会和经济可持续性发展。根据国际权威机构的预测,到21世纪60年代,全球新能源与可再生能源的比例,将会发展到世界能源构成的50%以上,成为人类社会未来能源的基石和化石能源的
15、替代能源。当前世界大部分国家能源供应不足,不能满足经济发展的需要,各国纷纷出台各种法规支持开发利用新能源和可再生能源,使得新能源和可再生能源在全球升温。20世纪90年代以来,以欧盟为代表的地区集团,大力开发利用可再生能源,连续 可再生能源发电的年增长速度都在15%以上。以德国、西班牙为代表的一些国家经过立法方式,促进可再生能源的发展,1999年以来可再生能源年均增长速度均达到30%以上。西班牙 风力发电装机占到全机总量的4%,德国在过去 间,风力发电增长21倍, 占全的3.1%。瑞典和奥地利的生物质能源在其能源消费结构中高达15%以上。中国拥有丰富的新能源与可再生能源可供开发利用,近十年来的高
16、长使中国迫切需要加大对新能源和可再生能源的开发利用,以解决能源题,保障能源供应安全。近年来,由于各级政府和社会各界的高度重视可再生能源的开发和利用方面取得了较快发展,并于 2月28日经过了再生能源法,该法已于 1月1日起实施。1.2 太阳能光伏发电的重大优势太阳能是一种能量巨大的可再生能源,据估算,太阳能传送到地球上每40秒钟就有相当于210亿桶石油的能量传送到地球,相当于全球一天的能源。在当前的几种新能源技术中,太阳能以其突出的优势被定位为的未来能源,有无尽的潜力。当前太阳能利用的方式有:太阳能光伏发电,太阳能热利用,太阳能动力利用,太阳能光化利用,太阳能生物利用和太阳能光-光利用。其中太阳
17、能光伏发电以其优异的特性近年来在全世界范围得到了快速发展,被认为是当前具有发展前景的新能源技术,各发达国家均投入巨资竞相研究开发,并产业化进程,大力开拓太阳能光伏发电的市场应用。太阳能光伏发电是利用太阳能电池将太阳光能转化为电能的一种模式,光电池是光电转化的最小单位,将太阳能电池单元进行串并联能够做成太阳能电池组件,其功率一般为几瓦到几百瓦,这种太阳能电池组件能够单独作为电源使用的最小单元,将太阳能电池组件进行进一步的串并联,构成太阳能电池方阵,以满足负载所需要的功率输出。太阳能光伏发电之因此发展如此迅速,是因为其具有以下优点(l)取之不尽,用之不竭。地球表面所接受的太阳能约为1.071014
18、,是全球能量年需求的35000倍,能够说是一种无限的资源。(2)无污染。光伏发电本身不消耗工质,不向外界排放废物,无转动部件,不产生噪声,是一种理想的清洁能源。(3)资源分布广泛。不同于水电受水力资源限制,火电受到煤炭资源及运输成本等影响,光伏发电几乎不受地域的限制,理论上讲在任何能够得到太阳能的地方都能够利用太阳能进行发电。(4)建设周期短,建造灵活方便,运行维护费用低。光伏发电系统能够按照需要将光伏组件灵活地串并联,达到所需功率,因此其建设周期短,扩容方便;安装于房顶,沙漠,还可与建筑相结合,从而节约占地面积,节省安装成本;太阳能光伏发电所消耗的太阳能无需付费,一年中往往只需在遇到连续阴雨
19、天最长的季节前后去检查太阳能电池组件表面是否被污染,接线是否可靠以及蓄电池电压是否正常等,因而太阳能光伏发电的运行费用很低。(5)光伏建筑集成。光伏产品与建筑材料集成是当前国际上研究及发展的前沿,这种产品不但美观大方,还节省发电站使用的土地面积和费用。(6)分布式。光伏发电系统的分布式特点将提高整个能源系统的安全性和可靠性,特别是从抗御自然灾害和战备的角度看,更具有明显的意义。1.3 太阳能光伏发电国内外研究现状与发展趋势当今世界各国特别是发达国家对于太阳能光伏发电十分重视,针对其制定规划,增加投入,大力发展。20世纪80年代以来,即使是在世界经济从总体上处于衰退和低谷的时期,太阳能光伏发电产
20、业也一直以10%-15%的递增速度在发展。90年代后期,发展更为迅速,成为全球增长速度最快的高新技术产业之一。到 ,世界太阳能光伏发电装机总容量达到964.9,到 底,达到4961.69MW。己经商业化、实用化的太阳能光伏电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、聚光电池、带状硅电池以及薄膜电池等几类。在国际市场上当前太阳能光伏电池的价格大约为3.15,并网系统价格为6,发电成本为0.25。光伏电池的发电转化效率也不断提高,晶体硅光电池转化率达到15%,单晶硅光电池转化率是23.3%,砷化镓光电池转化率是25%,在实验室中特制的砷化嫁光电池转化率己达35%-36%。太阳能光伏电池/组件使用
21、寿命大大增长,可使用30多年。当前,太阳能光伏发电主要集中在日本、欧盟和美国,其太阳能光伏发电量约占世界光伏发电量的80%。今后太阳能光伏发电系统主要围绕高效率、低成本、长寿命、美观实用等方向发展。专家们预测到2050年,太阳能光伏发电在发电总量中将占13%-15%,到21 将约占64%。20世纪90年代以来是中国太阳能光伏发电快速发展的时期,在这一时期中国光伏组件生产能力逐年增强,成本不断降低,市场不断扩大,装机容量逐年增加, 累计容量达35,约占世界份额的3%。10多年来,中国太阳能光伏产业长期平均维持了全球市场1%左右的份额。到2020年前,中国太阳能光伏发电产业将会得到不断的完善和发展
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