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1、精品毕业论文 摘 要 本文对沈阳工程学院风光互补体育馆系统设计进行设计和研究 整个设计 包括独立太阳能光伏系统设计和风光互补系统设计 最终通过技术经济分析确 定风光互补系统为本设计最终方案 风光互补系统是一种能充分利用太阳能和 风能这两个在季节上具有互补性的可再生自然资源 风光互补系统将为整个馆 内的照明系统供电 其中照明系统是采用纳米陶瓷恒功率技术灯具 风光互补 发电是太阳能和风能电源的发展方向 代表了 21 世纪最具吸引力的能源利用技 术 现在 大规模利用太阳能和风能发电在许多发达国家已经成为现实 关键词 太阳能 风能 光伏发电系统 风力发电 风光互补系统 精品毕业论文 ABSTRACT
2、精品毕业论文 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 太阳能光伏及风能知识 1 1 1 太阳能电池及风能的应用 1 1 2 太阳能电池及风能的现在和将来 2 1 2 1 太阳能电池的现在和将来 2 1 2 2 风能的现在和将来 3 1 3 风光互补发电的研究 4 1 3 1 国外风力与太阳能互补发电研究现状 4 1 3 2 我国风力与太阳能光伏发电研究现状 5 1 4 沈阳工程学院风光互补体育馆项目建设的意义 5 1 4 1 地理优势 5 1 4 2 示范意义 6 1 4 3 项目建设设想 7 第 2 章 太阳能光伏及风力发电系统概要 8 2 1 太阳能光伏发电系统的工作原理及
3、组成 8 2 1 1 太阳能电池方阵 8 2 1 2 防反充二极管 11 2 1 3 蓄电池组 12 2 1 4 充放电控制器 12 2 1 5 逆变器 12 2 1 6 测量设备 12 2 2 太阳能光伏发电系统的分类 13 2 2 1 独立光伏系统 13 2 2 2 并行运行光伏系统 14 2 3 风力发电系统的工作原理及组成 14 2 3 1 风轮 14 2 3 2 发电机 15 2 3 3 调向机构 15 2 3 4 塔架 15 2 3 5 限速安全机构 15 2 3 6 贮能装置 15 2 3 7 测量设备 16 2 4 风力发电系统的分类 16 2 4 1 独立风力发电系统 16
4、2 4 2 并网运行风力发电系统 16 第 3 章 太阳能光伏发电及风力发电系统的设计原理 18 3 1 太阳能光伏发电设计原理 18 精品毕业论文 3 1 1 解析设计方法 18 3 1 2 模拟设计方法 20 3 2 风力发电设计原理 20 3 2 1 贝茨 Bet 20 第四章 沈阳工程学院风光互补体育馆系统的设计 22 4 1 太阳能光伏发电系统的设计 22 4 1 1 负载的计算 22 4 1 2 蓄电池容量的确定 23 4 1 3 独立光伏发电系统的设计步骤 24 4 2 风力发电系统的设计 29 4 2 1 风的形成及其特性 29 4 2 2 风能资源 31 4 2 3 风力机
5、32 4 2 4 风场选择 37 4 2 5 风力机发展现状 39 4 3 沈阳工程学院风光互补体育馆系统的设计 39 4 3 1 沈阳工程学院风光互补体育馆系统的设计的基本指导思想 39 4 3 2 沈阳工程学院体育馆 2008 的供电负荷和 2011 年负荷预测 40 4 4 沈阳工程学院风光互补体育馆系统的技术及工程设计 40 4 4 1 总体技术方安及基本工作原理 40 4 4 2 光伏系统设计 40 4 4 3 风光互补系统设计 49 第五章 沈阳工程学院风光互补体育馆系统技术经济分析 54 5 1 沈阳工程学院体育馆光伏系统与风光系统建设投资对比 54 5 1 1 光伏系统建设投资
6、分析 54 5 1 2 风光互补系统建设投资分析 55 5 2 沈阳工程学院风光互补体育馆系统效率分析 56 5 3 沈阳工程学院风光互补体育馆系统的技术经济评价 57 5 3 1 评价方法 57 5 3 2 费用分析 57 5 3 3 风光互补系发电系统供电收益 57 5 3 4 风光互补发电系统寿命期净现值 58 5 3 5 风光互补发电系统投资回收期 58 5 3 6 综合经济效益分析 59 致谢 60 参考文献 61 附录 A1 2 62 附录 A1 1 63 精品毕业论文 第 1 章 太阳能光伏及风能知识 太阳能电池是一种对光有响应并能将光能转化成电力的器件 能产生光生 伏打效应的材
7、料有许多种 如单晶硅 多晶硅 非晶硅 砷化钾 硒铟铜等 硅 是地球上储存量最丰富的材料之一 自从上个世纪科学家们发现了 晶体硅的半导体特性后 它几乎改变了一切 甚至人类的思维 20 世纪末 人 类生活中处处可见 硅 的 身影和作用 晶体硅太阳能电池的 产业化是近 15 年来形成的 生产过程大致可分为提纯 拉棒 切片 制电池 封装等五个步 骤 目前实际应用 的太阳能电池有三种类型 即单晶硅 多晶硅及非晶硅 太阳能电池基本性质 1 光电转化效率 评估太阳能电池好坏的重要因 素 目前 实验室 24 产业化 15 20 2 单体电池电压 V 0 4V 0 6V 由材料物理特性决定 3 填充因子 FF
8、评估太阳能电池负载能力的 重要因素 4 标准光强与环境温度 地面 AM 1 5 光谱 1000W M2 t 25 5 温度对电池性质的影响 把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式 风力发电机一般由风 轮 发电机 包括传动装置 调向器 尾翼 塔架 限速安全机构和储能装置等 构件组成 当风轮在风力的 作用下旋转时 它把风的动能转变为风轮轴的机械 能 发电机在风轴轮的带动下旋转发电 风能 太阳能都是无污染的 取之不尽用之不竭的可再生能源 六五 七五 期间 小型风电和太阳光电系统在我国已得到初步应用 这两种发电 方式各有其优点 但风能 太阳能都是不稳定的 不连续的能源 用于无电网地 区 需要配备
9、相当大的储能设备 或者采取多能互补的办法 以保证基本稳定 的供电 我国属季风气候区 一般冬季风大 太阳辐射强度小 夏季风小 太 阳辐射强度大 正好可以相互补充利用 风光互补联合发电系统有很多优点 1 利用太阳能 风能的互补特性 可以获得比较稳定的总输出 提高系统供电的稳定性和可靠性 2 在保证同 样供电的情况下 可大大减少储能蓄电池的容量 3 对混合发电系统进行合 理的设计和匹配 可以基本上由风光系统供电 很少启动备用电源如柴油发电 机等 并可获得较好的社会经济效益 所以综合开发利用风能 太阳能 发展 风 光互补联合发电有着广阔的前景受到了很多国家的重视 1 1 太阳能电池及风能的应用 太阳能
10、是一种清洁 可再生的能源 而太阳能光伏发电因为实现了直接将 太阳能转化成电能而受到世界各国的重视 在光伏发电系统应用中 没有燃料 成本或不存在燃料的供给问题 设备运行可以无人职守 加上它的高可靠性和 非常低的维护费 因此光伏发电系统在各国具有广泛的应用 上世纪 60 年代 科学家们就已经将太阳能电池应用于空间技术 通信卫星 精品毕业论文 供电 上世纪末 在人类不断自我反省的过程中 对于光伏发电这种如此清洁 和直接的能源形式已愈加亲切 不仅在空间应用 在众多领域中也大显身手 如 太阳能庭院灯 太阳能发电用户系统 村寨供电的独立系统 光伏水泵 饮 水或灌溉 通信电源 石油输油管道保护 阴极保护 光
11、缆通信电源 海水淡 化系统 城镇中路标 高速公路路标及最近几年大量使用的森林防火检测报警 系统等 在世纪之交前后期 欧美等发达国家把光伏发电并入城市用电系统及 边远地区自然村落供电系统纳入发展方向 太阳能电池于建筑系统的结合已经 形成产业化趋势 风能是太阳能的一种转化形式 是一种不产生任何污染物排放的可再生的 自然能源 风能的开发利用已有数千年的历史 自从 1973 年发生石油危机以后 美国 西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源 投入大量经费 动员高科 技产业 利用计算机 空气动力学 机构力学和材料科学等领域的新技术研制 现代风力发电机组 开创了风能利用的新时期 经过 30 年的努力 世界风
12、力发电发展取得了引人注目的成就 2003 年全 世界风电的电能约 822 亿度 占当年各种电源总电量 16 7x104 亿度的 0 5 根 据 2004 风力 12 Wind Force 12 发表的 2005 2020 年世界风电和电力需求 增长的预测报告 到 2020 年风电装机 12 45 亿千瓦 风电电量 3 05x104 亿度 占当时世界总电消费量 25 58x104 亿度的 11 9 根据国际能源署 IEA2003 年 发表的研究报告 根据风力资源和采用的技术不同 低风力发电成本将由目前 的 3 5 美分 度降至 2 4 美分 度 高风力发电成本将由目前的 10 12 美分 度 降
13、至 6 9 美分 度 1 2 太阳能电池及风能的现在和将来 1 2 1 太阳能电池的现在和将来 太阳能发电具有充分的 清洁性 资源的 相对广泛性 充足性 长寿命以 及免维护性等其它常规能源所不具备的优点 是 21 世纪最重要的新能源之一 在美 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 世界光伏工业近年来保持着年均 30 以上的高速增长 是 比 IT 发展还快的产业 目前世界光伏发电累积装机量已近超过 1500 兆瓦 提高光伏材料的转换效率和降低太阳能电池的制造成本是光伏工业一直追 求的两个目标 半个世纪以来 太阳能电池的效率和制造成本持续下降 在不 少领
14、域已经具有相当强的竞争力 尽管晶硅电池在很长一段期内仍将是太阳能 电池的主导产品 但是高效低成本的薄膜电池代表了未来电池工业的发展方向 市场份额会逐年增大 在美 日 德三国大规模太阳屋顶计划德推动下 以光伏集成建筑为主德 光伏并网发电市场已经超过离网应用 近几年德增长速度都在 40 以上 成为 世界光伏工业德最主要发动机 世界光伏工业德应用市场和制造市场也主要由 精品毕业论文 这三个国家所主导 在有近 20 亿无电人口德广大发展中国家 光伏市场潜力巨 大 未来 20 年世界光伏产业有望保持 30 以上德增长速度 目前 世界上太阳能电池德 实验室效率最高水平为 单晶硅电池 24 4cm2 多晶硅
15、电池 18 6 4cm2 InGaP GaAs 双结电池 30 28 AM1 非晶 硅电池 14 5 初始 12 8 稳定 碲化镉电池 15 8 硅带电池 14 6 二氧 化钛有机纳米电池 10 96 中国于 1985 年开始太阳能电池德研究 40 多年来取得不少成果 目前 中国太阳能电池德 实验室效率最高水平为 单晶硅电池 20 4 2cmx2cm 多 晶硅电池 14 5 2cmx2cm 12 10cmx10cm GaAs 电池 20 1 1cmx1cm GaAs Ge 电池 19 5 AM0 CulnSe 电池 9 1cmx1cm 多晶硅薄膜电池 13 6 1cmx1cm 非活性硅衬底 非
16、晶硅电池 8 6 10cmx10cm 7 9 20cmx20cm 6 2 30cmx30cm 二氧化钛纳米有机电池 10 1cmx1cm 国际上目前很难确定哪一种太阳能电池是最佳选择 虽然目前晶体硅电池 销量最大 但各国公认今后薄膜电池最具有潜力 另外 不同电池的特性各不 相同 在光伏市场中各有其不同的应用领域 例如非晶硅电池主要应用在商务 电子方面 多晶硅电池主要应用于光伏屋顶 单晶硅电池主要在高功率应用上 最近几年国际上对多晶硅薄膜电池的研究较活跃 但采用哪一种工艺方案较佳 尚难断定 近几年有机纳米太阳电池的效率有较大提高 受到一定的关注 在 锗片上用 MOCVD 法制作砷化镓空间太阳电池也取得了一定的进展 绿色和平组织和欧洲光电联合会最新发布的一份市场调查报告显示 到 2020 年太阳能将可解决大约 10 亿人的能源需求 这份报告指出 到 2020 年前 全球的太阳能发电量将从目前地 270 兆瓦提高到 5 4 万兆瓦 太阳能业的飞速 发展将能解决大约 230 万人的就业问题 但前提必须是关方面为此提供充足的 有利发展条件 目前国际上从多晶硅原料变成适合制造太阳能电池硅片
