太阳能风帽设计 毕业(设计)论文.doc
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1、武威职业学院毕业(设计)论文 太阳能风帽设计毕 业(设计)论 文题目 太阳能风帽设计系 别: 能源工程系 专业班级: 11级农村能源与环境技术 学生姓名: 指导教师: 提交日期: 2013年 12 月 5日17摘要 太能光伏发电是一种零排放的清洁能源, 也是一种能够规模应用的现能源, 可用来进行独立发电和并网发电。以其转换效率高、无污染、不受地域限制、维护方便、使用寿命长等诸多优点, 广泛应用于航天、通讯、军事、交通、城市建设、民用设施等诸多领域1。本文对光伏发电系统的结构特点及其原理进行了详细的阐述。针对太阳能光伏板输出功率受件制约的问题, 并实测了太阳辐射及光伏板的输出功率等数据, 探讨了
2、太阳能光伏板的最佳倾角和温度对光伏输出功率的影响。研究结果表明, 太阳能光伏板在最佳季节倾角下, 与水平放置太阳能光伏板相比, 其输出功率提高 12%左右;同时, 光伏板表面温度每升高 10 功率减少 5% 左右。通过对太阳能光伏系统结构原理的研究,探索了帽子结构设计的原理和方法,获得了一种简便灵活、科学合理、准确实用的帽子结构设计方法.使太阳能风帽更好的利用在人类的日常生活中。关键词:太阳能风帽 独立光伏发电系统 光伏组件 设计制作目 录第一章 绪论11.1 课题研究背景11.1.1 资源与环境要求11.1.2 太阳能发电的特点11.2 太阳能风帽的现状及前景21.3 光伏发电系统概述21.
3、3.1 光伏发电系统的分类21.4 本文主要工作2第二章 独立光伏发电系统的组成42.1独立光伏发电系统的结构42.2太阳能电池及其特性及性能参数42.2.1开路电压max42.2.2短路电路Imax42.2.3最大功率点电流 Im42.2.4最大功率点电压 Vm42.3太阳能电池的工作原理52.4 光伏电池的输出特性分析52.4.1 光伏电池的等效模型52.4.2太阳能电板最佳倾斜角的选择62.4.3 最佳倾角的计算62.4.4太阳能硅电板的温度特性62.5 PV 电板的温度特性62.6负载62.6.1负载的分类7第三章 太阳能风帽的设计与制作83.1太阳能风帽的工作原理83.2太阳能风帽的
4、构造和特点83.2.1太阳能风帽的构造83.2.2太阳能风帽的特点83.3太阳能风帽的用途83.4太阳能风貌的总体设计83.4.1太阳能风帽的设计思路83.4.2总体设计步骤:83.5太阳能风帽组件的设计93.5.1电池板的设计93.5.2风扇的设计93.5.3帽子的设计103.8电路图的设计113.5.4太阳能风帽标志的设计113.6太阳能风帽的制作113.6.1制作过程113.6.2关键技术的实现113.6.3太阳能风帽各种参数的计算12第四章 太阳能风帽的实践论证和前景展望144.1太阳能风帽的调试与运行144.2太阳能风帽的前景展望14小结15致谢16参考文献17附 太阳能风帽成品图1
5、7第一章 绪论1.1 课题研究背景帽子是一个社会政治、经济、科技、文化等的综合体,体现着人的价值观、伦理观、审美观、民族风貌和时代精神,浓缩着人类发展史和文明史,是社会的一面镜子。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。世纪之交,各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点,在包括西藏在内的我国部广裘严寒、地形多样的农牧民居住地区,发展太阳能有着得天独厚的条件和非常现实的意义。在能源日益紧缺的今天, 太阳能的利用越来越受到人们的重视, 特别是太阳能电池, 其应用已经广泛拓展到电力、通信、交通等各个领域2。同
6、向阳跟踪的太阳能光伏系统相比, 固定式太阳能光伏系统有着安装方便、控制简单的优点, 因此在各个应用领域一直占据着主流。长远来看,随着太阳能技术的不断发展,在不久的将来,太阳能光伏发电会成为世界上可再生能源发展的亮点之一,光辉灿烂的太阳能新时代必将到来。1.1.1 资源与环境要求继上世纪出现的两次能源危机之后,能源紧缺环境污染等问题日渐尖锐,据测算,按照现在的需求和开采速度,世界已探明石油储量可供开采 45 年,天然气 61%! 年,煤炭 230 年3传统能源即将消耗殆尽,与之相随的是石油、煤炭等能源价格的不断上涨,这将制约社会经济的发展,太阳能等新能源大规模的开发,其次,传统能源造成了气候变暖
7、环境恶化等一系列的问题。1.1.2 太阳能发电的特点与化石能源、风能、核能和生物质能发电技术相比,太阳能发电具4如下:(1)太阳能是取之不尽用之不竭的,其储量非常大。相对于短暂的人类历史来说,太阳具有几亿年的寿命,其辐射的能量是目前地球能源需求总量1万倍。太阳能发电不存在能源危机和燃料不足等问题,是解决常规能源危机的有效途径,且没有任何国家可以对其进行垄断。(2)太阳能的分布具有广泛性。虽然在不同的地区太阳能辐射强度具有一定的差异性,但是其在各个地区都是普遍分布的,这就为缺乏常规能源的国家带来解决能源问好希望。(3)太阳能资源利用的清洁性。人类在利用常规能源的过程中,会释放出很多有害气体,造成
8、环境污染,危害人类健康,但是太阳能却是一种清洁能源,其在运用的过程中,不会排放出任何危害环境的物质,是一种理想的绿色能源。(4)利用太阳能资源所带来的经济性。太阳能发电不需要远距离运输,其可以实现就地取材、随地取用,节省了远距离运输的费用,并且在使用的过程中不会被征收任何的税收。1.2 太阳能风帽的现状及前景我国生产、应用太阳电池已有20多年的历史,恃别是八十年代初期,从国外引进了若干条单硅太阳电他生产线,使我国太阳电池的生产能力大大加强。但由于价格贵,封装工艺复杂,推广应用受到较大限制。非晶硅太阳电池价格低(约为单晶硅太阳电池的一半),可任意切割,组装工艺简单,所以易于推广应用。今年我国大约
9、有70万顶太阳能风帽上市,但还不够人口的千分之一,你和许多人都可能还没有见到过这种产品。如在炎热夏天,你外出旅游、上学、办事,在太阳下观看体育比赛,我相信你一定乐于戴上这么一顶太阳能风凉帽,替你遮阳扇风。由此可见,太阳能风帽的潜在市场之大。1.3 光伏发电系统概述1.3.1 光伏发电系统的分类太阳能光伏发电系统是一种将太阳能转化为电能的系统,通常可以将其分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合型光伏发电系统(1)独立光伏发电系统将不与公共电网相连的光伏发电系统称为独立式光伏发电系统。根据负载类型的不同,独立光伏发电系统包括直流系统、交流系统和交直流混合系统。独立光伏发电系统一般分为光伏电池
10、、蓄电池组、控制器和逆变器四个部分。(2)并网光伏发电系统将与公共电网相连的光伏发电系统称为并网光伏发电系统一般包括光伏电池、DC/DC变换器、逆变器和负载等。在该系统中,逆变器的作用是将直流电转化为与公共电网同频同相的交流电。根据能否将剩余电能输入到电网,将并网发电系统分为可逆流并网发电系统和不可逆流并网发电系统。其中,可逆流系统能够将剩余电能输入到电网中去,而后一种则不能。(3)混合型光伏发电系统将其它系统如风力发电、水利发电等与光伏发电系统混在一起组成的系统称为混合型光伏发电系统,常见的有风光互补发电系统、光柴混合发电系统、风光柴混合发电系统等,混合型光伏发电系统与上述两种发电系统的区别
11、在于当光伏系统发出的电能不充足时,可以利用其它发电系统来补充。1.4 本文主要工作论文的主体主要包括四个部分:第一部分是独立光伏发电系统介绍;第二部分是系统的总体设计,第三部分是制作太阳能风帽;第四部分是关键技术的实现; 第五部分是测试与结论;全文章节的分布如下:第一章:简要阐述了论文的研究背景和意义,并对太阳能风帽的发展现状、光伏系统分类、应用等进行了介绍。第二章:分析了独立光伏发电系统的相关内容。主要内容包括:光伏发电系统的结构特点及其原理进行了详细的阐述,阳能光伏板的最佳倾角和温度对光伏电板输出功率的影响,第三章:太阳能风帽的设计与制作(总体设计、组件的设计、各种参数的计算、关键技术的实
12、现)。第四章:太阳能风帽的实践论证和前景展望。第五章:结束语,总结全文,提出下一步工作。武威职业学院毕业(设计)论文 太阳能风帽设计第二章 独立光伏发电系统的组成2.1独立光伏发电系统的结构如图 2.1所示,光伏发电系统一般由光伏阵列、系统控制电路、蓄电池组、直流负载或者 DC-AC 变换器和交流负载构成6光伏阵列是把太阳能转换成电能的器件,蓄电池组储存光伏发电产生的电能。当负载直接与光伏组件相连时,蓄电池组也有稳定输出电压的功能,蓄电池组可通过 DC-DC 变换器(也可直接接直流负载)为外接直流负载供电或者经过 DC-AC 变换器供交流负载使用。系统控制电路连接着光伏阵列、蓄电池组和负载,是
13、独立光伏发电系统中的核心部件。一个良好的系统控制电路既可以提高系统的率,又可以延长蓄电池的使用寿命;既能控制、监测蓄电池的充放电过程,保护蓄电池;又能对光伏组件的输出进行调节,使其输出更多的能量。2.2太阳能电池及其特性及性能参数太阳能电池的基本特性有太阳能电池的极性、太阳电池的性能参数、太阳能电环保电池的伏安特性三个基本特性。2.2.1开路电压max开路电压为电路在开路状态下电池板两端的电压,即太阳能电池板所能提供的最大电压V max,开路电压与光照强度E有关。2.2.2短路电路Imax短路电流为短路状态下外电阻为零时电路中的电流,它是太阳能电池板所能提供的最大电流Imax,短路电流一般等于
14、太阳能电池板的光生电流,而光生电流与入射光的强度成正比,因此短路电流也与光照强度E有关2.2.3最大功率点电流 Im当光照温度和强度一定时,最大功率点的电流值;2.2.4最大功率点电压 Vm当光照温度和强度一定时,最大功率点的电压值。光伏电池的输出参数是在一定的外界环境条件下通过实验测试-得到的,其输出特性受外界环境强烈影响,尤其受光照强度和光照温度的影响;另外光伏电池还受自身的转换效率影响。当光伏电池表面的温度变化时,其输出电压和输出电流也会有一定的变化;在一定的测试条件下,Isc=I(1+aT);Uoc=U(1+bT);其中 a 和 b分别为电流温度系数和电压温度系数,a=(0.060.1
15、)%/,=-(0.30.4)%/,因此,光照温度对太阳能电池的开路电压影响很大72.3太阳能电池的工作原理光伏发电的主要原理是光生伏打效应,最重要的部分是半导体材料层它的基本构造是由 P-N 结组成的。太阳能电池的表面接受阳光照射时,照射到太阳能电池上的那些能量大于半导体禁带宽度的光子,可以激发半导体中产生光生电子空穴对,即光生载流子,光生载流子立即被内建电场分离。在 N 区,光生电子空穴产生后,空穴受内建电场的作用,在电场力的作用下越过 P-N 结,进入 P 区;而光生电子(多数载流子)则被留在 N 区。在 P 区,光生电子空穴产生后,电子受内建电场的作用,在电场力的作用下越过 P-N 结,
16、进入 N 区;而光生空穴(多数载流子)则被留在 P 区。因此,在 P-N 结两侧产生了正、负电荷积累,这样对外就能形成一种特殊的电场即光生电场,这种电场的方向与 P-N 结势垒电场方向相反。光生电场的一部分抵消势垒电场,其余部分使 P 型区带正电、N 型区带负电,于是就使得 P 区与 N 区之间的薄层产生了电动势,即光生伏打电动势。此时如果接通外接电路,光伏电池便可以在光生电场的作用下输出电能8。如上所述便是光伏电池发电的基本原理。在生产制造时,按照实际需求,通过串联、并联的方式将多个光伏电池单元组合在一起,组成光伏电池组件,这样能在太阳光照下输出电能。2.4 光伏电池的输出特性分析2.4.1
17、 光伏电池的等效模型单片硅太阳电池的工作电压与电池的尺寸无关,大约为 0.40.5V 左右(路电压 0.6V),但输出电流与光伏电池的面积大小有关,因此在相同条件下,面积大的光伏电池输出电流大9。与负载连接的光伏电池接受到光照时,可以看作是一个光生电流 Iph的恒流源,其等效电路如图 2-2 所示。2.4.2太阳能电板最佳倾斜角的选择一般情况下,方阵朝向正南(即方阵垂直面与正南的夹角为0)时,太阳电池发电量是最大的。在偏离正南(北半球)30度时,方阵的发电量将减少约1015;在偏离正南(北半球)60时,方阵的发电量将减少约2030。但是,在晴朗的夏天,太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后,因此方
18、阵的方位稍微向西偏一些时,在午后时刻可获得最大发电功率。2.4.3 最佳倾角的计算以武威为例, 当地的地理纬度 = 37.93b 计算得到的最佳倾角 By= 20b。B分别为0b、20b和30b时, 电池板板上接收的太阳辐射的情况如图 2-3所示。图2-3不同倾角下电板表面接收的辐射能同水平放置的太阳能电板相比, B= 20b的太阳能电板的表面年辐射量可以提高 8% 左右。2.4.4太阳能硅电板的温度特性不仅太阳能电板倾角对电板输出功率有着重要的影响, 电板表面的温度也同样有着重要的影响,我们在实测太阳能数据的基础上对太阳能电板温度因素加以分析。2.5 PV 电板的温度特性PV电池的工作电压随
19、温度的升高而降低, 温度每升高 1, PN 节的导通电压约减少2. 5 mV; 对一块由32个 PN 节组成的太阳能方阵来说, 温度上升 10电压就下降 0. 8V左右。2.6负载 把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载。对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。电动机能把电能转换成机械能,电阻能把电能转换成热能,电灯泡能把电能转换成热能和光能,扬声器能把电能转换成声能。电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都叫做负载。晶体三极管对于前面的信号源来说,也可以看作是负载。 负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件。电路中不应没有负载而直接把电源两极相连,此连接称为短路。常用的负载有电阻、引擎和灯泡等
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