畢業(yè)論文--論光伏系統(tǒng)的設(shè)計與安裝

1、<p>　　學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（?？普撐模?lt;/p><p>　　題　　目 論光伏系統(tǒng)的設(shè)計與安裝 </p><p>　　學(xué) 院　 光伏工程學(xué)院　　　　 　</p><p>　　?！　I(yè)　光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù) </p><p>　　班 級　 2010級光伏（7）班　 </p><p>　　姓　　名

2、　　 　　 　 </p><p>　　學(xué)　　號　　 </p><p>　　指導(dǎo)教師　 　　　　　</p><p>　　完成日期 2012-2-8 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><

3、b>　　摘 要3</b></p><p><b>　　引 言4</b></p><p>　　第1章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理與分類.......................... 5</p><p>　　1.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理6</p><p>　　1.3太陽能光伏發(fā)電

4、系統(tǒng)的分類7</p><p>　　第2章 太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計及安裝8</p><p><b>　　2.1事前調(diào)查9</b></p><p>　　2.2系統(tǒng)設(shè)計10</p><p>　　2.3太陽能電池陣列的安裝設(shè)計11</p><p>　　2.4施工安裝中的注意點12</p>

5、;<p>　　第3章 光伏發(fā)電系統(tǒng)實例分析13</p><p>　　3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)實例14</p><p>　　3.2工程簡述15</p><p>　　3.3環(huán)境效益與經(jīng)濟效益分析----------------------------------------16</p><p><b>　　4 結(jié)論17&

6、lt;/b></p><p><b>　　5 致謝18</b></p><p><b>　　6 參考文獻19</b></p><p><b>　　7 附錄20</b></p><p>　　太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計與安裝</p><p><b

7、>　　摘要</b></p><p>　　能源是人類社會存在與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的大量使用，在不久的將來必將消耗待盡，并且給自然環(huán)境帶來嚴重的破壞。能源成為未來人類社會發(fā)展的關(guān)鍵。</p><p>　　太陽能—— 取之不盡用之不竭的綠色能源，成為了人類社會關(guān)注的焦點。太陽能是一種開發(fā)利用清潔、干凈的新能源和可再生能源，隨著全世界眾多科學(xué)

8、家的研究與探索，是太陽能利用取得了突出的成果，它的應(yīng)用正在世界范圍內(nèi)迅速增長。利用太陽能光伏發(fā)電是一種使用太陽能的方式，可是目前建設(shè)一個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本還是比較高，不能接近人民大眾的生活，從而限制了光伏產(chǎn)業(yè)的市場發(fā)展范圍和規(guī)模。因而，世界整個太陽能光伏行業(yè)都在至力于研究如何提高太陽能的利用效率，人們發(fā)現(xiàn)在不斷提高太陽能電池組件轉(zhuǎn)換效率時也應(yīng)考慮不同地區(qū)、不同環(huán)境、場合對使用太陽能光伏發(fā)電影響。了解太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所需的各種材料

9、的性能，合理搭配，并根據(jù)安裝地點的地理環(huán)境，因地制宜的安裝施工，使太陽能電池方陣和太陽能發(fā)電系統(tǒng)達到最佳</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　能源是社會和經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)和重要保障，目前的世界能源結(jié)構(gòu)是以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主體的能源機構(gòu)。而化石能源是不可再生能源，大量耗用終將枯竭，并且在生產(chǎn)和消費過程中有大量的污染物排

10、放。大力可再生能源是解決能源危機的主要途徑。太陽能光伏發(fā)電是一種最具可持續(xù)發(fā)展理想特征的可再生能源發(fā)電技術(shù)。近幾年，我國政府在新能源開發(fā)、環(huán)境保護和資源節(jié)約方面相繼出臺了一系列方針政策和法律法規(guī)，實施了“金太陽”、綠色照明等一批重點工程，收到了重大成效。2009年5月全國財政新能源與節(jié)能減排工作會議指出，國家財政要全力支持新能源發(fā)展和節(jié)能減排工作，重點抓好風(fēng)電規(guī)?；l(fā)展、加快啟動國內(nèi)光伏發(fā)電市場、開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點等十項工

11、作。</p><p>　　太陽能光伏應(yīng)用作為一種新型的綠色可再生能源，必將取代煤炭、石油、天然氣等常規(guī)不可再生能源，太陽能可轉(zhuǎn)換成電能、熱能和化學(xué)能，可是目前建設(shè)一個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本還是比較高，不能接近人民大眾的生活，從而限制了光伏產(chǎn)業(yè)的市場發(fā)展范圍和規(guī)模。</p><p>　　從我國現(xiàn)階段的太陽能發(fā)電成本來看，其花費在太陽能電池組件的費用大約在60﹪～70﹪，因此，如何更加有效的

12、利用太陽能，提高其利用效率成為了問題的關(guān)鍵所在，提高太陽能光伏發(fā)電的利用率不僅僅要提高光伏組件的轉(zhuǎn)換效率，還應(yīng)考慮如何合理的設(shè)計太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，如何使太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)附和周圍的環(huán)境，并合理的為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進行選材、安裝施工和調(diào)試使用。 </p><p>　　第1章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理與分類</p><p><b>　　1.太陽能電池組件</b>&l

13、t;/p><p>　　太陽能電池組件也叫太陽能電池板，是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，并送往蓄電池中儲存起來，也可以用于直接推動負載工作。當(dāng)發(fā)電容量較大時需要用多快太陽能電池組件竄聯(lián)、并聯(lián)后構(gòu)成太陽能電池方陣。目前使用的的太陽能電池主要是晶體硅電池，分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池等幾種。在設(shè)計太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)時可根據(jù)實

14、際情況和用戶要求選用不同規(guī)格、功率的材料。</p><p><b>　　2.蓄電池</b></p><p>　　蓄電池的作用主要是儲存太陽能電池發(fā)出的電能，并可隨時向負載供電。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池的基本要求是：自放電率低、使用壽命長、充電效率高深放電能力強、工作溫度范圍寬、少維護或免維護以及價格低廉。目前光伏系統(tǒng)配套使用的主要是免維護鉛酸電池，在小型、微型系統(tǒng)中

15、，也可使用鋰電池或超級電容器。當(dāng)需要大容量電能儲存時，就需要將多只蓄電池串聯(lián)、并聯(lián)起來構(gòu)成蓄電池組。</p><p><b>　　3.光伏控制器</b></p><p>　　太陽能光伏控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，其主要功能有：防止蓄電池過充電保護、防止蓄電池過放電保護、系統(tǒng)短路保護、系統(tǒng)極性反接保護、、夜間防反充保護等。在溫差較大的地方，控制器還具有溫度補償

16、的功能。另外控制器還有光控開關(guān)、時控開關(guān)等</p><p>　　光伏控制器一般分為并聯(lián)型控制器、串聯(lián)型控制器、脈寬調(diào)制型控制器、多路控制型控制器、智能型控制器、最大功率跟蹤型控制器6類。在設(shè)計和選材時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的需要選配相應(yīng)型號的功率的控制器。</p><p><b>　　4.交流逆變器</b></p><p>　　交流逆變器是把太陽能電池組件

17、或蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供應(yīng)給電網(wǎng)或者交流負載使用的設(shè)備。逆變器按運行方式可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用與獨立運行的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　5.光伏發(fā)電系統(tǒng)附屬設(shè)施</p><p>　　光伏系統(tǒng)的附屬設(shè)施包括直流配線系統(tǒng)、交流配電系統(tǒng)、運行監(jiān)控和檢測系統(tǒng)、防雷和接地系統(tǒng)等。不同地區(qū)，不同環(huán)境對

18、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計也相應(yīng)不同，可根據(jù)系統(tǒng)的需要加入必要的輔助材料。</p><p>　　1.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)從大類上可分為獨立（離網(wǎng)）光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類。</p><p>　　太陽能發(fā)電的核心部件是太陽能電池板，他將太陽光的光能直接轉(zhuǎn)換成電能，并通過控制器把太陽能電池產(chǎn)生的電能儲存與蓄電池

19、中。獨立（離網(wǎng)）光伏發(fā)電系統(tǒng)是當(dāng)負載用電時，蓄電池中的電能通過控制器合理的分配到各個負載上。太陽能電池所產(chǎn)生的電流為直流，可以直接以直流形式應(yīng)用，也可以用交流逆變器將其轉(zhuǎn)換成交流電，供交流負載使用。太陽能發(fā)電的電能可即發(fā)即用，也可以蓄電池等儲能裝置將電能儲存起來，在需要時使用。</p><p>　　并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組件方陣將光能轉(zhuǎn)換成電能，并經(jīng)直流配線箱進入并網(wǎng)逆變器，有些類型的并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)還需要

20、配置電池組儲存電能。并網(wǎng)逆變器由充放電控制、功率調(diào)節(jié)、交流逆變、并網(wǎng)保護切換等部分構(gòu)成。經(jīng)逆變器輸出的交流電供負載使用，多余的電能通過電力變壓器等設(shè)備饋入公共電網(wǎng)。當(dāng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)因天氣原因發(fā)電不足或自身用電量偏大時，可由公共電網(wǎng)向交流負載供電。系統(tǒng)設(shè)備有監(jiān)控=測試及顯示系統(tǒng)用于對整個系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控、檢測及發(fā)電量等各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，還可以利用計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)遠程傳輸控制和顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　1.3 太陽

21、能光伏系統(tǒng)的分類</p><p>　　太陽能光伏系統(tǒng)按大類可分為獨立（離網(wǎng)）光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)兩大類。其中，獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為直流光伏系統(tǒng)和交流光伏系統(tǒng)以及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)。而在直流光伏發(fā)電系統(tǒng)中又分為有蓄電池的系統(tǒng)和沒有蓄電池的系統(tǒng)</p><p>　　在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，也分為逆流光伏系統(tǒng)和發(fā)、無逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)，并根據(jù)用途也分為有蓄電池系統(tǒng)和無蓄電池系統(tǒng)等。光伏

22、發(fā)電系統(tǒng)的分類及具體應(yīng)用可參看表1—1</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及用途</p><p>　　第2章 太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計及安裝</p><p>　　2.1.事前調(diào)查（現(xiàn)場調(diào)查）</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電池組件受到許多條件的制約，因為安裝點的區(qū)域不同安裝地點及周圍的環(huán)境、承載光伏系統(tǒng)建筑物的結(jié)構(gòu)等因素千差萬別，

23、而這些因素對光伏發(fā)電系統(tǒng)的利用率、設(shè)計安裝、抗風(fēng)抗壓及防雷保護等方面都有影響。所以在設(shè)計和安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)時要了解的事項如表2—2所示。</p><p>　　表2—2 事前調(diào)查事項</p><p><b>　　2..2系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　設(shè)計太陽能光伏系統(tǒng)時的標(biāo)準步驟如圖所示。對于系統(tǒng)設(shè)計，首先以事前調(diào)查為基礎(chǔ)，根據(jù)安裝施

24、工地點周圍的環(huán)境及安裝部位的結(jié)構(gòu)和強度進行太陽能電池陣列的安裝設(shè)計；其次，選擇符合安裝設(shè)計的太陽能安裝設(shè)計的太陽能電池組件，計算出陣列的發(fā)電量；最后，根據(jù)陣列的發(fā)電量選擇合適的功率調(diào)節(jié)器和其它配置。</p><p>　　2.3太陽能電池陣列的安裝設(shè)計</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的最佳安裝方位為正南方（方位角），實際上也有偏東西方向的場合正南方的日照量的差別也給太陽能電池的傾斜角

25、產(chǎn)生影響，東南和西南的場合發(fā)電量降低10﹪，正東、正西方向的場合降低百分只二十。傾斜角越小，與正南的差別越小。再與東西向相比，一般東向得到的日照量多。但是，在晴朗的夏天，太陽輻射能量最大值是在中午稍后，因此，太陽能電池陣列向西微偏一些時，在午后可獲得最大發(fā)電功率。</p><p>　　太陽能電池安裝的最佳傾斜角根據(jù)各地區(qū)的經(jīng)緯度的不同而存在著差別（我國30個主要城市平均日照及最佳安裝傾角見附錄一），一般在安裝場所

26、的緯度±15度范圍內(nèi)，用這種范圍的傾斜角得到的年累計日照量比最佳值相差最大為10﹪以下。</p><p>　　一般情況下，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能電池是在完全沒有陰影的情況下正常運行發(fā)電。因此，如果太陽能電池不能被陽光直接照射，那么只有吸收散射光用來發(fā)電，此時的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量比無陰影時的發(fā)電量要減少10﹪～20﹪。所以，在設(shè)計太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的情況，盡量避免把太陽能電池

27、安裝在周圍有高于電池板的建筑物或高山遮擋陽光的地方。如果實在無法避開，應(yīng)從太陽能電池的接線上進行調(diào)整，使陰影對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的影響降到最低。</p><p>　　2.4設(shè)計施工中的注意點</p><p>　　關(guān)于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與安裝施工有以下事項應(yīng)注意</p><p>　　對太陽能電池陣列不僅要進行耐風(fēng)壓、抗地震等強度計算，</p>

28、<p>　　支架、支撐金屬件以及它們的連結(jié)部分，根據(jù)建筑基準法要具有抵抗固定荷重以及風(fēng)壓、積雪、地震等外部荷重對系統(tǒng)及安裝建筑物的破壞能力。</p><p>　　支架、支撐金屬件和其它安裝材料，須由能夠在室外長期使用的耐用防腐材料構(gòu)成。</p><p>　　對于鹽霧、雷擊，不同的安裝區(qū)域和安裝場所要采取必要的措施，選擇符合使用要求的材料及部件。</p><p

29、>　　對于建筑物構(gòu)造材料和支撐金屬見的結(jié)合部位進行防水處理，確保建筑物的防水性。</p><p>　　太陽能電池組件到室內(nèi)的配線性能保護方法，必須滿足電氣設(shè)備技術(shù)基準的規(guī)定。</p><p>　　第3章 光伏發(fā)電系統(tǒng)實例分析</p><p>　　3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)實例</p><p>　　圖3—1 深圳市玉龍坑固體廢棄物綜合利用中心

30、50KW并網(wǎng)光伏電站</p><p>　　圖3——2上海世博會</p><p>　　圖3—3 深圳市泉順通工業(yè)園 8400WP光伏屋</p><p><b>　　3.2 工程簡述</b></p><p>　　圖3—1至圖3—3太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實例的設(shè)計與施工建設(shè)均由深圳市嘉普通太陽能有限公司承擔(dān)（更多實例見附錄二

31、），并通過竣工驗收，投入使用效果優(yōu)良。</p><p>　　圖3—2為上海世博會彩色光伏版并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　3.3環(huán)境效益與經(jīng)濟效益分析</p><p><b>　　3.3.1環(huán)境效益</b></p><p>　　太陽能是完全清潔、可再生的能源，太陽能發(fā)電不耗用不可再生的、資源有限的含碳化石能源，使用中

32、沒有溫室氣體和污染物排放。</p><p>　　本太陽能電站系統(tǒng)一年可發(fā)電17958000Wh，與火電比較，一年可節(jié)約7.5噸標(biāo)準煤，減排CO219.58噸，減排SO2、NOX、煙塵等2.54噸，環(huán)境效益顯著。</p><p><b>　　計算依據(jù)：</b></p><p>　　（1）、我國目前發(fā)電仍以火電為主，火電供電煤耗以0.41千克標(biāo)煤/

33、kWh計。</p><p>　　（2）、深圳市每增加1Kw的供電負荷，需要社會總投入1萬元。</p><p>　　（3）、1噸標(biāo)準煤，相當(dāng)于減少污染物排放量為：</p><p>　　3.3.2 經(jīng)濟效益</p><p>　　本太陽能電站系統(tǒng)一年可發(fā)電17958KWh，按0.8元/度的現(xiàn)行市電價格計算，太陽能發(fā)電一年節(jié)省電費支出金額：</

34、p><p>　　17958KWh×0.8元/度 = 14366.4元。</p><p>　　太陽能電站使用壽命達30年，整個壽命周期內(nèi)，可節(jié)省電費430992元。</p><p>　　太陽能光伏應(yīng)用是國家“十一五”規(guī)劃重點要求發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一，安裝使用太陽能光伏系統(tǒng)響應(yīng)了國家乃至世界發(fā)展新能源和節(jié)能減排工作，符合了社會發(fā)展的潮流與趨勢，從而大大的提高了安裝使用者

35、的形象。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　在社會、科技高速發(fā)展的二十一世紀，能源危機成了人類社會穩(wěn)定和發(fā)展的絆腳石，同時也推動了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在科技落后的昨天，人們只能依賴那些不可再生且破壞自然環(huán)境的化石能源。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)并利用了取之不盡用之不竭的綠色能源——太陽能。在眾多專家學(xué)者不斷的探索和研究下，太陽能行業(yè)向成長邁開

36、了步子，雖然還存在諸如轉(zhuǎn)換效率低，成本價格偏高導(dǎo)致光伏市場推廣困難等問題，但隨著當(dāng)今科技水平的不斷提高，解決這些問題的途徑已慢慢的顯現(xiàn)出來，好無疑問，合理的設(shè)計和安裝太陽能光伏系統(tǒng)就是途徑之一。</p><p>　　從合理的設(shè)計和安裝太陽能光伏系統(tǒng)，實地現(xiàn)場調(diào)查，因地制宜，合理布置；到以現(xiàn)場調(diào)查和用戶需求為前提，科學(xué)設(shè)計，合理選材，不鋪張浪費；到最后因地制宜的安裝調(diào)試系統(tǒng)，使系統(tǒng)和材料效率最大化運行，合理的設(shè)計和

37、安裝太陽能光伏系統(tǒng)，使光伏系統(tǒng)與環(huán)境和建筑物相結(jié)合，不僅美觀大方、安全可靠，而且能合理的運用每一份材料，不鋪張浪費，減少不必要的開支，從而降低了太陽能光伏系統(tǒng)的價格。進一步促進太陽能光伏行業(yè)的發(fā)展，讓太陽能行業(yè)能夠得到大眾的認可，走進廣大的人民群眾的生活。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　感謝我身在遠方的父母！你們給我生活上的關(guān)懷和精

38、神上的鼓勵是我學(xué)習(xí)的動力。另外，我還要感謝我的同學(xué)給予我的關(guān)心和無私的幫助。謝謝你們陪我走過這樣的一段青蔥歲月，在論文的寫作過程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議，在此一并致以誠摯的謝意。謝謝你們一路給我的支持和幫助。</p><p>　　在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧兩年多來的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對現(xiàn)在的收獲，我感到無限欣慰。為此，我向母校表達由衷的敬意和謝意。</p><p>　　最后，衷心地感謝

39、各位老師能在百忙之中參加我的論文評閱和答辯！</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　?。?］太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計施工與維護 李鐘實編著——北京：人民郵電出版社，2010.1</p><p>　　［2］太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù) 王長貴，王斯成主編.—2版.—北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.9</p&g

40、t;<p>　?。?］太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與施工 （日）太陽能光伏發(fā)電協(xié)會編；劉樹民，宏偉譯.—北京：科學(xué)出版社，2006</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄1 我國主要30個城市平均日照及最佳安裝角度</p><p><b>　　附錄2</b></p>