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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）青海海东市50MW并网光伏电站方案研究及设计摘要随着常规能源越来越少，以及其燃烧造成的环境恶化，使人们不得不考虑使用新型能源来代替常规能源。太阳光伏发电以其环保，节能，低碳的特性成为世界各国竞相发展的产业。本设计报告通过对青海省海东市地形地貌，气候环境和政策条件进行综合分析，包括当地太阳辐照量、全年平均日照时数等内容。并根据以上数据选择海东市乐都区寿乐镇西南方位的弃耕地作为建站地址，并对此地址进行了可行性分析,电站占地面积约为1654亩。然后选择适合当地条件的光伏发电设备，对太阳能电池组件和逆变器的电压和电流进行匹配，再通过计算结果得到合适的太阳能电池组件串并联数量
2、为18个组件串联，16个串联组件再并联。通过对太阳电池组件数量，逆变器数量，土地价格等进行估算，得出本光伏电站建造成本约为15.19亿元。最后估算未来25年内本光伏电站发电量，结合当地的电价和政府补贴政策，算出成本回收年限约为89年。关键词：环境保护；太阳能；光伏电站；太阳电池组件； Research and design of 50MW grid connected photovoltaic power station in Haidong City of Qinghai Province ABSTRACTWith the reduction of conventional energy,
3、and environmental degradation caused by burning, people have to consider the use of new energy sources to replace conventional energy. Solar photovoltaic with that environmental protection, energy saving, low carbon characteristics become the worlds development of the industry. Based on the comprehe
4、nsive analysis of the topography, climate, environment and policy conditions in Qinghai Province, this design report includes the local solar radiation, the annual average sunshine hours and so on. And according to the above data, we choose the abandoned farmland in the southwest of Ledu District, t
5、he city of, as the site address, and the feasibility of this address is analyzed. Choose to suit local conditions of photovoltaic power generation equipment, to match to the solar cell module and inverter of voltage and current, by calculating the appropriate solar cell module parallel number 18 com
6、ponents series strings, 16 series components connected in parallel. Finally, we estimate the next 25 years the photovoltaic power generation capacity, combined with the price of local and government subsidy policy, calculated the cost recovery period of about 8 9 years.KEY WORDS: solar energy ；solar
7、 module；the low carbon；environmental protectionIV目录第1章 绪 论51.1 光伏发电发展历史71.2 光伏发电原理71.3 光伏发电国内外发展情况8第2章 项目选址102.1 项目选址原则102.2 项目选址地点概况112.3 项目选址地点可行性研究12第3章 太阳能资源分析143.1 我国太阳能资源的分布情况143.2 选址地气候资料统计15第4章 光伏发电系统简介及设备选型194.1 光伏发电系统194.1.1并网光伏发电系统原理194.1.2并网光伏发电系统组成194.2 光伏发电系统设备选型204.2.1太阳能电池组件选型204.2.2
8、逆变器选型204.2.3汇流箱选型214.2.4直流配电柜选型214.2.5交流配电柜选型214.2.6其他设备选型21第5章 光伏阵列排布及计算255.1 太阳能电池阵列排布255.2电池组件串联的串联电压匹配计算285.3电池组件并联的并联电流匹配计算315.4光伏发电系统设备数量计算32第6章 光伏电站效益分析336.1 项目投资预算336.2 经济效益分析346.3 环境效益分析346.4 社会效益分析35结论36谢 辞37参考文献38附录39外文资料翻译40第1章 绪 论1.1 光伏发电的发展历史 光伏发电这个词汇发展到今日，大家已经耳熟能详。光伏发电技术是将光能直接转变为电能的一种
9、技术1，其原理是利用半导体界面产生的光生伏特效应。其技术的关键元件是光伏电池片。光伏电池片经过串联后进行包装，装框保护就变成了太阳电池组件，再配合上逆变器，控制器等部件就形成了光伏发电装置2。在1876年，英国科学家亚当斯发现：当硒半导体材料被太阳光照射时，就像伏特电池一样，会产生电流，因此将其称为光生伏特电，简称“光电”。但是由于硒产生光电效应很弱,转化效率仅有1%左右，所以不能用以制造太阳能电池。1954年，美国贝尔实验室制造出了世界上第一块光伏硅太阳能电池，其光电转化效率达到6%左右，并且很快达到10%，从此拉开了现代太阳能光电的研究、开发和应用的序幕。几乎同时，薄膜太阳能电池也被开发，
10、成为研究太阳能薄膜电池的开端3。 起先，硅太阳电池的成本比常规能源贵1000倍以上。因此只用于国家投资项目的太空卫星和航天器上。1958年美国首次将太阳能电池应用到了卫星上；1958年5月，前苏联也在其人造卫星上使用了太阳能电池；我国在1971年也在自己的第二颗人造卫星上使用了太阳能电池。20世纪50年代以后，国际上大部分的人造卫星、空间站、航天飞机等太空飞行器。都使用了太阳能电池作为主要的电力能量来源。伴随着航天的发展，太阳光伏材料和器件制造技术都得到了快速发展，逐渐成熟的技术使太阳能光伏发电逐渐走向民间产业和居民日常用电4。 现在，太阳能光伏产业基本上是在硅材料研究的基础上建立的，世界上的
11、大部分太阳能光伏器件基本上是由晶体硅为原材料制造的5。晶体硅属于间接禁带半导体材料，用它制造的电池理想光电转换效率稍微大于30%。最新研究表明，单晶硅在实验室中的光电转换效率已经达到了24.7%，在生产中，比较高效的太阳光伏电池的转换效率已经超过20%6。对于常规的商用直拉单晶硅太阳电池，其光电转换效率可以达到13%16%，在未来可能接近17%20%。但是，因为单晶硅是间接禁带半导体，用其制造的太阳光伏电池就必须具有一定的材料厚度，从而使其能够吸收足够的太阳光，并且单晶硅材料的提纯和加工需要大量的成本，使得单晶硅太阳光伏电池的成本较高。自20世纪70年代铸造多晶硅的发明以来，在80年代末期多晶
12、硅只占太阳光伏电池材料的10%左右，并且在90年代迅速发展，在1996年底占整个太阳光伏电池材料的36%左右，在2001年接近50%7。铸造多晶硅以其相对低成本、高效率的优势不断冲击着单晶硅电池的市场，成为最有竞争力的太阳光伏电池材料。到现在为止，多晶硅的晶锭质量已经达到400kg，其在实验室中光电转换效率达到19.8%；在生产中，它的太阳能光电转换效率一般为13%16%。为了扩展太阳能光伏电池的应用，增加其实用性和可靠性，人们在始终追求着更高效率和更低成本的目标。随着新工艺和技术的发展和材料提纯技术的提高，太阳光伏电池的发电效率将会继续增加，制造成本也将会不断降低，太阳光伏电池的应用也将不断
13、扩大。最终会称为市场中的主要新能源。1.2 光伏发电原理半导体材料导电是因为电子和空穴的定向移动而实现的。但是在低温状态下，价电子被完全束缚在原子核周围，并且不能在晶体中运动，这时在能带中，价带是充满的，而导带是全空的8。随着温度的上升，由于晶格热振动等原因，一小部分的电子脱离了原子核的束缚，产生了价电子共有化，又变成自由电子，可以在整个晶体中自由运动。而在原来电子的位置上留下了一个电子的空位，称为空穴。在半导体中，因为有电子和空穴两种载流子，半导体才能够导电。把P和N极结合在一起时，这时会产生多数载流子，多数载流子会不断的扩散，形成一个不断增强的从n型半导体指向p型半导体的内建电场，在PN结
14、中形成了空间电荷区，导致多数载流子反向漂移。如果扩散的多数载流子和少数载流子在空间电荷区数量相同，则多数载流子漂移产生的电流和少数载流子扩散产生的电流相同。如果此时有太阳光照在p-n结上，而且太阳光的能量大于P-N结的禁带宽度9。将在P-N结附近将产生电子空穴对。又因为内建电场的存在，产生的不平衡电子载流子将向空间电荷区两端漂移，产生光生电势，破坏了原来的平衡。如果此时将P-N结和外电路相连，则电路中出现电流，因此称为光生伏特现象或光生伏特效应，这是太阳能光电池的基本原理10。1.3 光伏发电国内外发展现状2015年，随着全球光伏电池需求的增加，新的光伏电池装机容量将超过50GW，增长16.3
15、%，总的光伏发电量将超过230GW。依然有较高的发展前景。新兴市场不断出现，光伏电池产业在东南亚、拉丁美洲诸国的发展势头迅猛，印度、泰国、智利、墨西哥等国装机规模也在快速增加。我国光伏产业新增加装机容量即将到达16.5GW，继续居于全球首位，并且呈现快速发展的势头，总装机有可能超过43GW，未来或将成为拥有世界最大光伏产业的发展中国家11。由于当今常规能源的短缺，各国都加快了发展新能源的步伐。美国为了降低太阳能光伏电站的发电成本，提出了“太阳能先导计划”，并使其2015年能够达到同商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量的计划；欧洲光伏产业协会提出了“setfor2020”的规划，计划在2020年让欧洲的光伏发电产业能够做到商业化竞争12。在可持续发展的大背景下，各国政府对光伏发电越来越重视。政策推动着光伏产业的发展。2015年，我国光伏产业获得国家大力扶持。在国家能源局下发的2015年光伏发电建设实施方案中，计划新建光伏发电容量 17.8GW，屋顶分布式光伏发电及全部自发自用地面分布式光伏发电项目将不限制建设规模。随着我国加工铜铟镓硒技术的提高，在其太阳能电池制造成本上也可能比多晶硅更便宜。并且由于我国铟、镓资源丰富，在原材料的成本方面有较强的竞争力，所以我国在国家光伏产业发
