太阳能光伏发电系统结构布置改进及发电性能研究

摘要

在能源危机和环境污染日益严峻的形势下，光伏发电技术以其清洁、安全的特点得到了广泛的应用和快速的发展，然而其依然存在发电效率低、发电成本偏高的问题。针对此问题，本文从改变光伏发电系统结构布局的角度出发，以屋顶光伏发电系统为研究对象，在光伏阵列的布置间距中增设反光板，在保证成本低廉的情况下，增加照射到光伏组件上的太阳光辐射量，以提高系统的总体有效发电量，降低发电成本，实现对光伏发电系统性能的改进和优化。
　　本文设计了屋顶光伏发电系统实验台和实时数据采集系统，分别进行了平面、非平面、不同材料和布置方式的反光板实验，研究发现在光伏阵列的安装间距中增设倾角为28.7°，斜边长为1236mm，最低缘与后排光伏组件水平距离为339mm，与地面垂直距离为396mm，材料为银镜的平面反光板时，光伏组件的有效发电量可提高20％左右，具有最佳布置效果，该反光板增加的成本仅为0.4元/W（约为建设总成本的4％），性价比极高。此外，本文分别从实验数据和光路模拟两个方面，对增设反光板后光伏组件发电量提高的原因进行分析。研究发现，在光照不好的条件下，增设反光板可使光伏发电系统发电量有较大幅度的提高，效果较好;反光板对光伏组件发电量提高幅度的影响与太阳辐射量中散射辐射量份额的变化趋势相吻合，这表明反光板使组件发电量提高的主因是散射光的反射。
　　基于对光伏发电系统一年实验数据的采集，本文从年、月、日等不同时间尺度对光伏组件的发电输出特性进行分析。研究发现，光伏组件年发电输出特性的不连续性和突变性较为明显。月发电输出的差别较大，在南京地区光伏组件发电输出较大的时间段一般出现在春季、初夏和秋季，发电输出较小的时间段出现在冬季和雨水较多的夏季。各种不同天气条件下的日发电输出也表现出各自的特点，晴天条件下光伏组件的发电输出曲线较为圆滑，发电输出峰值较大，整体发电输出较高;阴天条件下发电输出曲线波动较大，呈现多峰的特点;多云条件下光伏组件发电输出曲线呈现出间断性的特点;而降雨条件下，发电输出曲线波动较大，且发电输出时间段短、出力峰值低。此外，分析了太阳辐照度、大气温度、风速等环境因素对光伏组件发电输出特性的影响，研究发现，太阳辐照度对光伏组件输出功率影响最大，基本可以决定输出功率的大小;光伏组件的输出功率也受到大气温度的影响，在大气温度到达某一值之前，光伏组件输出功率与大气温度呈现出正相关性，当超过该值后大气温度的增长反而会抑制光伏组件输出功率的增加;风速与光伏组件输出功率之间几乎没有明显的规律性。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 太阳能光伏发电的背景及意义

1．1．1 人类所面临的环境污染及能源危机

1．1．2 我国太阳能资源的分布

1．2 太阳能光伏发电现状

1．2．1 国内外光伏产业发展现状

1．2．2 光伏发电技术研究现状

1．2．3 光伏发电技术存在的问题

1．3 选题背景及主要研究内容

1．3．1 本课题研究背景

1．3．2 本课题主要研究内容

第二章 屋顶光伏发电系统实验台设计

2．1 太阳能光伏发电系统的组成

2．2 太阳能光伏发电系统的分类

2．2．1 独立光伏发电系统

2．2．2 并网光伏发电系统

2．3 屋顶光伏发电系统实验台设计

2．3．1 光伏组件的选型

2．3．2 光伏组件的方位角和安装倾角的确定

2．3．3 光伏阵列的安装间距的确定

2．3．4 太阳能光伏发电系统负载的选择

2．3．5 电缆选择

2．3．6 防雷系统设计

2．3．7 支架设计

2．3．8 屋顶光伏发电系统实验台

2．4 本章小结

第三章 光伏电站实时数据采集系统设计

3．1 数据采集系统的设计思想

3．2 数据采集系统硬件设计

3．2．1 数据采集仪

3．2．2 电流检测电路

3．2．3 电压检测电路

3．2．4 电池板温度及大气温度检测电路

3．2．5 太阳总辐射量检测电路

3．2．6 太阳光散射辐射测量装置

3．2．7 风速监测电路

3．2．8 采集系统硬件整体安装

3．3 数据采集系统

3．4 本章小结

第四章 反光板结构布置的优化及其对光伏组件发电性能的影响

4．1 研究思想

4．2 实验系统

4．3 光伏组件有效发电量提高的百分比计算

4．4 反光板的实验研究

4．4．1 光伏组件发电量的误差校正实验

4．4．2 平面反光板对光伏组件有效发电量的影响

4．4．3 非平面反光板对光伏组件有效发电量的影响

4．4．4 反光板材料对光伏组件有效发电量的影响

4．4．5 反光板布置方式对光伏组件有效发电量的影响

4．4．6 反光板与后排光伏组件间距离对光伏组件有效发电量的影响

4．5 反光板使光伏组件发电量提高的原因分析

4．5．1 反光板提高有效发电量的机制分析

4．5．2 反光板提高有效发电量的光路分析

4．6 光伏组件发电输出特性分析

4．6．1 数据来源

4．6．2 年发电输出特性分析

4．6．3 月发电输出特性分析

4．6．4 日发电输出特性分析

4．6．5 环境因素对光伏组件发电输出特性的影响分析

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 本文的创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

硕士研究生期间发表的论文