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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）太阳能发电系统分析与简易设计摘 要目前，太阳能正经历着由补充能源向替代能源发展的历史阶段。由于电力电子技术的快速发展以及人们对太阳能光伏并网发电重视程度的增加，使得太阳能光伏并网发电发展非常迅速。其中并网逆变器技术的发展在很大程度上提高了太阳能光伏并网发电的效率，降低了其发电成本。本文介绍了光伏发电的背景,研究了光伏发电的基本原理,在此基础上针对项目要求设计出一款符合要求的独立光伏系统,包括控制器基本功能的实现、控制器的保护功能和逆变器的主要电路设计及主程序流程。该设计主要适合中小型光伏系统，具有电路简单、功能较全等优点。关键词：光伏系统，控制器，逆变器The an
2、alysis and simple design of solar power systemABSTRACTAt present, it is the historical stage that solar energy is changing from additional energy to alternative energy. As the rapid development of power electronics and increasing attention of solar photovoltatic making the development of solar photo
3、aoltaic power generation is very fast. The grid inverter technology has greatly improved the solar photoaoltaic power generation efficiency and reducing their cost of electricity. This paper describes the background of the photovoltaic power generation, and studies the basic principles of photovolta
4、ic power generation. On this basis, there is a project designed to meet the requirements of an independent photovoltaic system, including the realization of the basic functions of controller, controller of protection Inverter and the main circuit design process and the main program. This design is s
5、uit for small and medium-sized photovoltaic system, with the advanges of simple circuit, and completed function. KEY WORDS: Photovoltaic systems, Controller, Inverter目 录前言1第1章 绪论21.1研究背景21.2太阳能光伏发电的实用价值和意义31.2.1清洁能源技术经济性研究现状31.2.2我国太阳能资源的分布51.3光伏发电的研究应用现状和前景61.3.1国外研究应用现状61.3.2国内研究应用现状81.3.3太阳能光伏发电的
6、前景91.4 课题的研究内容与目标9第2章光伏并网发电系统及基本原理102.1太阳能光伏电池的发电原理102.2太阳能光伏电池的特性112.2.1太阳能光伏电池的等效电路112.2.2太阳能光伏电池的外特性曲线122.3太阳能光伏发电系统的组成142.4太阳能光伏发电系统的分类152.5太阳能光伏发电系统的特点16第3章太阳能光伏系统设计183.1太阳能光伏系统总体设计原则183.2太阳能光伏发电系统的容量设计193.2.1蓄电池设计方法193.2.2太阳能电池阵列设计233.2.3蓄电池和光伏组件方阵设计的校核243.2.4太阳能电池方阵倾角的确定253.2.5太阳能电池方阵平面上的辐射量计
7、算263.2.6太阳能电池方阵前后间距的计算263.3控制器设计263.3.1最大功率跟踪点控制设计263.3.2充放电控制设计273.3.3保护措施293.3.4控制器的几个重要指标293.4逆变器设计303.4.1 逆变器原理303.4.2 SPWM产生电路323.4.3 保护电路343.4.4功率器件IGBT的驱动及保护原理353.5线路设计363.6光伏系统的其它硬件设计36结 论37谢 辞38参考文献39外文资料翻译40I 前言在地球资源日渐枯竭的今天，太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全、节能、环保型新能源越来越受到世人的关注，各国政府或企业纷纷把可持续发展的目光投向太阳能这
8、一新型能源领域。目前，随着太阳能应用技术的不断提高，国家政府的大力扶持，太阳能的应用也越来越广泛，目前我们国内太阳能的应用主要在以下几个方面：通信和工业应用，包括微波中继站、光缆通信系统等；农村和边远地区的独立光伏发电系统，主要包括太阳能户用系统、太阳能照明等；独立太阳能光伏发电在民用范围内主要用于边远的乡村，如家庭系统、村级太阳能光伏电站；在工业范围内主要用于电讯、卫星广播电视、太阳能水泵，在具备风力发电和小水电的地区还可以组成混合发电系统，如风力发电/太阳能发电互补系统等。并网光伏发电系统，主要包括城市与建筑结合的并网光伏发电系统和大型的荒漠光伏电站，目前这类应用尚处于试验示范阶段。光伏发
9、电可以从根本上解决人类的能源问题，清洁无污染、太阳能也是可再生能源。专家预言，太阳能将是21世纪最理想的新能源之一。而我国幅员辽阔，太阳能资源也很丰富，这对我国普及太阳能光伏技术和利用新能源提供了有利保障。因此，光伏发电具有非常广阔的前景。第1章 绪论1.1研究背景切尔诺贝利核电站的创伤还未抚平，福岛核电站的几次爆炸又把人们的心提到了嗓子眼。在中东局势推高油价之后，核电危机来临之际，我们需要什么样的新能源?美国伯恩斯坦研究公司分析师表示：“日本本州地震可能会成为一个催化剂，从根本上改变我们解决全球能源问题的方法。”国家已经将“节能、减排”项目列入政府的工作范围。中国政府郑重承诺到，到2020年
10、，单位国内生产总值碳排放比2005年减少4045%。清洁能源的研究和应用，是我们珍爱地球、保护资源，实现可持续发展的重要途径和手段。作为排放大户，电力企业任重道远。清洁能源不能等同于“新能源”。新能源系指风能、太阳能、核能等；而清洁能源也可包括可以被清洁化的的那些“不洁能源”一传统的化石能源。在化石能源的清洁化方面，我国己经取得了长足进步。如清洁煤技术，在脱硫和粉尘治理方面已经大有改善，但主要是解决当地污染问题，对二氧化碳减排贡献不大。要发展低碳经济，还必须少用些煤。水电的开发会对生态造成负面影响；核能会引起人们对安全的疑虑；地热能发电陆续出现了引发地震的报道；生物质能在争议中前行。风能在世界
11、新能源格局中的重要性不言而喻，人们对风能的研究已经相当广泛，风能的应用技术也日趋成熟。太阳能，作为伸手可得的温暖，其实是人类最钟情的新能源。资料显示，太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤。如何把这些能量转化成能源体系中重要的替代能源可以说是人类能源战略上的终极理想。智能化的大电网，电动汽车和大规模的使用太阳能风能的结合，应该是最经济、最有效、最环保和最可持续的能源解决方案。中国是最有条件实现此方案的国家。本文选择太阳能作为对象来进行清洁能源应用研究探讨。1.2太阳能光伏发电的实用价值和意义1.2.1清洁能源技术经济性研究现状l)先说风能，从目前美国、欧盟、中国风能产业的迅速发展情况来
12、看，风能在世界新能源格局中的重要性不言而喻。目前，在清洁能源技术经济性研究中，风力发电是当今世界清洁能源开发利用中技术成熟、最具备开发条件、发展前景良好的项目，自90年代以来，风电的年增长率一直保持了两位数的百分比水平。目前风力建设投资最低己降至1000美元/千瓦左右，低于核电投资且建设时间可少于一年，其成本逐步与煤电成本接近，因而具有很大的竞争潜力。据世界气象组织(WMO)和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿千瓦，是地球上可利用水能的20倍。一个世界范围内的风力发电高潮己经到来。2002年欧洲风能协会(EWEA)与绿色和平组织发表了一份标题为“风力”的报告，勾画了
13、风电在2020年达到世界电量12%的蓝图。太阳能发电是清洁能源中增长速度最高和最稳定的领域之一，估计今后10年将以每年20%一30%甚至更高的递增速度发展，其作用也将逐步由作为农村和边远地区的补充能源向全社会的替代能源过渡。位于美国波特兰的 CleanEdge公司于2011年3月巧日发布的报告显示，自2000年以来，太阳能光伏市场增长了20倍，安装的太阳能电池板价格下降了近一半。现在，太阳能的利用已扩展到科学研究、航空航天、国防建设和日常生活的各个方面。据世界能源组织(IEA)、欧洲联合研究中心、欧洲光伏工业协会预测，2020年世界光伏发电将占总电力的1%，到2040年光伏发电将占全球发电量的
14、20%，按此推算未来数十年，全球光伏产业的增长率将高达25%-30%。太阳能不仅仅拥有现在更拥有将来，太阳能将在21世纪取代原子能作为世界性能源。燃料电池技术将进一步发展，容量增大、性能提高、寿命延长、价格下降是其发展趋势。燃料电池发电的低噪声、高效率、无污染性能符合未来社会的发展趋势，其优越的运行稳定性和简单的运行方式是火力发电难以比拟的，燃料的多样性和来源的方便性使燃料电池不存在应用上的障碍。海洋能、地热能发电产业将快速发展，城市垃圾发电技术将得到高度重视，并在世界范围内快速、普遍推广。清洁能源包括太阳能、风能等许多形式，各种发电方式的技术要求都是不同的。我国应该以发展太阳能发电为重点方向
15、，加大对其的技术经济研究。这是因为太阳能资源分布基本上不受地域限制，而且不会有风力发电的噪声干扰，所以，其优势是其他发电方式所无法比拟的。2)在节能减排、低碳经济的主题下，中国的火电、水电、核电、风电、光伏发电等在过去的两年里都有不同寻常的表现。截至2010年底，我国风电装机容量超过4000万千瓦，居全球第一。中国的光伏发电产能量居世界先进行列。一个不容忽视的事实是，在中国当前的能源结构中，清洁能源所占比重依然微不足道。国家统计局发布的数据显示，在2008年中国一次能源消费量构成中，煤炭依然占了69%的比重，煤炭、石油、天然气等化石能源共占91%的比重；除水电所占7.4%外，风电、太阳能、核能等所占份额不足2%。仅就太阳能光伏发电现状和近期国家发展规划来看，我国的清洁能源所占比例与世界发达国家相比仍有不小差距。表1-1为我国与一些国家当前和未来太阳电池的累计安装容量。表1-1当前和未来太阳电池的累计安装量(单位：GWp )年200420102020日本1.21430
