《非晶硅太阳电池应用系统设计和的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《非晶硅太阳电池应用系统设计和的研究（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、论文摘要随着人们对非晶硅材料、 电池的自 身特性的深入研究和了解， 使得非品硅太阳电池的应用日益普及。 但至今尚未有一套成熟的关于非晶硅太阳电池应用系统的设计方案。 本论文就是针对这一现状， 结合对非晶 硅太阳电池特性的 研究， 提出了 一套完整的、 系统的非晶硅太阳电 池应用系统的设计方案。 在方案中， 首先提出了一个关于太阳总辐射量的计算模型， 在缺乏气象资料的情况下， 该计算模 型能 有效的 估算出 太阳电 池方阵 所能 接收的 太阳 总 辐 射量。 其次， 给出了 关于非 晶 硅 太 阳 电 户 占 设 计的 详 细 步 骤， 并 仔 细 分 析了 非 晶 硅 太阳 电 池 方 阵 设
2、 计中 一 些 必 须考虑的问 题。 最后， 针对整个设计过程编写出了 实用设计程序， 并实际设计了一 个单片机监控系统，以实现对整个应用系统的监视与控制。关键字:非晶硅太阳电池，太阳总辐射AB S T RACTWi t h p e o p l e s s t u d y o f t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f a m o r p h o u s s i l i c o n a n d a - S i s o l a r c e l l ， t h e a p p l i c a t i o n s c o p e o f a - S i s o
3、 l a r c e l l b e c o m e w i d e r a n d w i d e r . B u t , c o m p a r e d w i t h c - S i s o l a r c e l l ， t h e r e i s n t a r i p e m e t h o d o f t h e d e s i g n o f a - S i s o l a r c e l l p h o t o v a l t i c s y s t e m t i l lnow .T h e p u r p o s e o f t h i s t h e s i s i s
4、 t o p r e s e n t a c o m p l e t e p r o c e d u r e o f d e s i g n i n g a n a - S i s o l a r c e l l p h o t o v a l t i c s y s t e m， I n t h i s t h e s i s , f i r s t , I g i v e a c a l c u l a t i o n m o d e l o f t h e i r r a d i a n c y o n t h e s o l a r c e l l p a n e l .U n d e
5、 r t h e c i r c u m s t a n c e o f l a c k i n g s u f f i c i e n t m e t e o r o l o g i c a l d a t a ， t h i s m o d e l i s p r o v e d t o b e e ff e c t i v e i n c a l c u l a t i n g t h e i r r a d i a n c et h a t t h e s o l a r c e l l p a n e l s r e c e i v e . S e c o n d , t h e d
6、 i s c u s s i o n o fs e v e r a l f a c t o r s t h a t s h o u l d b e t a k e n i n t o a c c o u n t i n t h e d e s i g n i s p r e s e n t e d. F i n a l l y， I s y s t e m a t i z e t h e w h o l e d e s i g n， a n d m a k e a n f u n c t i o n a l p r o g r a m t o c o n v e n i e n t t h e
7、 d e s i g n . T h i s t h e s i s a l s o i n c l u d e s t h e d e s i g n o f a i n t e l l i g e n t s y s t e m w h i c hc a n i n s p e c t t h e s t a t u s o f t h e p h o t o v a l t i c s y s t e m a n d c o n tr o l i t .K e y w o r d : a - S i s o l a r c e l l ， i r r a d i a n c y ， i
8、n s p e c t i o n引言能源与国民经济的发展有着密切的关系。近一个世纪以来，随着经济的增长， 和技术的进步， 以及人口的增加， 对能源的需求量及消耗量也在不断的增长。现有的 煤碳、 石油、 天然气等常规能源己 越来越不能满足需求， 甚至有日 益枯竭的趋势， 在这种现状下， 寻求新能源已 经成为社会发展进程中I待解决的首要问题。 在诸多的 替代能源中， 太阳能作为一种可再生能 源， 备受人们关注。 太阳能有着诸多的优点: 它是一种巨 大的能源， 每天到达地表面的太阳辐射能大约相当于2 .s 亿万桶石油; 它具有取之不尽、 用之不竭的 特点; 在工业越来越发达而污 染越来越严重的 今
9、天， 太阳能却是一种非常干净的能源; 而且， 太阳能无所不在，可在当 地取得， 这为解决地广人稀的山区和偏远地区的能源问 题提供了 可能性。但太阳能也存在着一些缺点: 太阳能的能量密度低;太阳能是一种间 歇性的能源， 而且它的稳定性差; 此外， 太阳能能量的分布还受波长的限制; 基于这些这些特点 ， 对太阳能的收 集与应用也提出了 提出 更高的要求。在太阳能的 诸多利用形式中， 光电转换是非常有前途的一种形式。目 前， 运 用太阳电 池将太阳 光能转化为电能的技术也日 趋成熟。但价格昂 贵、 转换效率不高 等问 题仍旧 制约着太阳电 池的 推广应用。 为此， 要想使光伏发电 系统能 够与 其他
10、发电 系统相竞争， 关键问 题就是必须降 低太阳电 池本身的 价格及提高转换效 率。 利 用 非晶 硅制 成 的 非晶 硅 薄 膜 太 阳电 池， 由 于 具 有制 造 工 艺 简单( 在 基 板 上 直 接生长的同 时就能形 成P N结 ) 、 生 产过程中能 量及 材料消 耗 少、 可利用 廉价 的衬底材料等特点， 可以 较大幅度的降低成本价格， 加之随着研究的深入， 转换效率也在不断的提高。 尽管非晶硅薄膜太阳电池有着这些优点， 但在实用技术方面， 与传统的 单晶硅电 池相比， 还有很多问 题没 解决，目 前绝大部分应用系 统的设计也只是单纯的沿用单晶 硅应用系统的设计方案， 忽略了 非
11、晶硅材料及电 池与单晶硅不同的地方，因而有许多不完善的地方。本论文就是从这一现状出发， 旨 在提出一套非晶硅太阳电 池应用系统的设计方案 ， 为今后非晶 硅太阳电 池应用系统的设计 提供一套完整的思路。本论文共分为六章， 第一章的主要内容为太阳电池方阵的设计， 从计算太阳辐射量入手， 给出了非晶硅太阳电池方阵设计的详细过程; 第二章的主要内容为系统用蓄电 池、 逆变器的选择及蓄电池容量的确定; 第三章介绍了太阳电池应用系统安装时需要注意的问 题; 为了 今后的设计方便， 我将整个设计过程编写为 应用程序，在第四章中 将介绍该程序的使用方法; 除了应用系统的设计之外，我还设计了一套监控系统， 以
12、实现对整个太阳电池应用系统运行情况的 监视及控制。 有关该监控系统的硬件及软件部分的设计将在第五章中介绍; 最后， 在第六章，针对在实际使用中可能发生的阴影效应及光伏发电并网运行的问题加以讨论。第一章:太阳电池方阵的设计太阳电池方阵是太阳电池发电系统的核心部分， 合埋的确定太阳电池方阵的容量， 对太阳电池发电系统来说是至关重要的。 本章内容将就非晶硅太阳电池应用系统中， 所须非晶硅太阳电 池方阵容量的计算， 及非晶 硅太阳电 池串并联数目的确定等问题加以详细讨论。第一节 太阳总辐射通量的计算太阳能电池是一种光电转换器件， 太阳能电池发电装置输出功率多少， 完全 依赖于当时当 地的 太阳 光强度
13、。 因 而， 在设计太阳电 池发电 系统时 ， 首先应确定出太阳电 池方阵所能实际接收的太阳辐射量。太阳总辐射通量包含以下三个部分: 到达地表的太阳直接辐射; 到达地表的散射辐射及地表的反射辐射。在实际设计时， 最好是利用当地气象台 提供的太阳辐射能量数据， 这些气象数据应取积累几年或几十年的平均值， 但对于一些偏远地区， 或一些小规模的气象站， 由于地理位置， 或设备与技术等方面的限制， 所能提供的气象数据可能不很完全， 也不很准确， 这时就须利用理论计算方法， 确定出 入射到太阳电 池方阵的辐射量。本节将讨论一种计算太阳总辐射通量的数学模型。、太阳总辐射的公式计算. 直接辐射在计算水平面上
14、的直接辐射通量时有一个公式:卜 7 I s c P S i n a s( 1 - - 1 ) 式中7 一日 地距离 变化引 起大气层上界太阳 辐射通量的修正 值= 1 + 0 . 0 3 4 c o s ( 2 n n / 3 6 5 ) , n 一 距离1 月1 厂 的 大数【太阳常数。 定义为平均日地距离日 于太阳辐射的表面上， 在单位面积和单位时间内所接收到的太阳辐射能 。太阳高度角，在地平坐标系中，表示太阳在地平圈以上的角距离。人 乞 透明 系数; 是表征太阳 辐射通过大气层时衰减程度的一个参量口衰减程度与大气中的空气分子、水蒸气和灰尘的 散射作用以及大气中氧、 臭氧、水汽和二氧化碳的
15、，在地球大气层外， 垂0图 ( 1 一 1 ) 地平坐标吸收作用有关。大气质量。 定义为太阳光线穿过地球气的路径与太阳光线在天顶方向的 路径比。 不同的 太阳高 度角a s 对应着不同的 大气质量。哪P-m使用公式 1 - 1 ) ， 如果把一天当中 各个时 刻的m值换算出 来， 就可以得到任意时刻的直接辐射。 若对某一时段进行积分， 还可以求出不同时段的辐射通量口但通过 实际 计 算发 现， 用 式 ( 1 - - 1 ) 计算 得出 的 结果 往 往比 统计出 的 实际量大很多。 经分析， 式 ( 1 - - 1 ) 的 推导过程中 存在一些问题: 公式 ( 1 - - 1 ) 是将单 色
16、光通过大气时的 衰减情况， 在整个波长范围内 积分， 而 得出的 全色太阳辐射，_而未考虑P随 波长的变化，当 太阳 辐射通过大气层时， 能被吸收的 都己 经被吸收掉，所剩下的是难于吸收的、 但却更易透射的部分，因而显得大气更加透明了， 这就会与实际 情况 产生较大差异， 计算出 的直接辐射也与实际 有较大的出入。2 散射辐射所谓散射辐射，就是地球大气及云层的反射和散射作用改变了方向的太阳辐射计算散射辐射的公式很多，每种公式都其使用的局限性，例如有的公式侧重于考虑云量对散射辐射的影响，但在计算晴天的辐射量时，就有较大的出入。既然公式计算难于拟合出实际的情况， 解决这一问题较好的办法就是利用一些经前人整理出的实测数据。 由此引入了我的计算模型。 我的计算模型就是以 这些实测记录为基础， 通过累计的方法， 得出实际周期内的 太阳直接辐射量、 散射辐射量，最后得出太阳辐射总量。二、 计算模型的 使用I直接辐射和散射辐射的 计算前面己 提过， 我的计算模型是以 实测记录数据为基础的， 为了使计算更加精确， 我利用内 插值法将较为粗略的实测数据整理为更为详细的、 不同大
