宁夏地区光伏建筑一体化工程研究与设计

摘要

随着一次能源的日益匮乏和新能源发电技术的不断突破，我国宁夏地区依靠当地丰富的太阳能资源建立起一大批光伏发电项目，以缓解当前的能源困境。但当前大规模的集中式电站建设逐渐暴露出弊端，而将新能源发电设备和城市建筑学有效结合在一起的建筑光伏一体化(简写为 BIPV)技术，定义了城市建筑光伏化的发电新模式，为光伏发电工程的发展指明了新方向。 宁夏位于我国西北地区，该地区太阳能较为丰富，且当地气候和城市电网环境均满足建设BIPV项目的要求。本文以宁夏吴忠地区万达广场光伏项目设计为主体内容，将研究集中在BIPV工程的电气方案设计上，同时探讨了光伏接入配电网的关键技术，对该领域进行了以下深入研究： 1）宁夏地区的太阳能资源及开发前景分析。 本文从气象数据角度对宁夏地区的气候特征和太阳能资源丰富程度进行分析，同时对目前宁夏地区太阳能资源开发的现状和存在问题进行了研究，并深层次探讨宁夏地区太阳能资源进一步开发的可行性和必要性，明确在该地区建设BIPV工程的意义。 2）宁夏吴忠BIPV工程总体设计。 通过对BIPV技术的研究，包括BIPV技术的内容及实现形式、BIPV技术的应用实践及应用前景研究，本文对宁夏吴忠BIPV工程的土木基础、建设条件、系统组成及设备布局进行了介绍及相关设计，根据以上信息确定吴忠BIPV系统布局的整体方案。 3）吴忠BIPV工程光伏电源部分设计。 在对光伏发电原理、光伏板输出特性及光伏控制技术介绍的前提下，本文根据该工程的建设实际，对光伏发电元件选型、光伏元件安装角度、光伏组件串联方案等内容进行了详细设计，完成了该工程电源部分的相关设计。 4）宁夏吴忠BIPV工程并网运行设计。 本文针对光伏系统并网进行了相关设计，设计内容包括并网设备的选型，如逆变器选型、汇流设备介绍、二次监控系统规划等，并进一步研究该光伏系统的并网运行模式、并网接入方式以及对系统并网点进行选择，从而形成完整的BIPV工程并网结构的初步设计。 本文的主要工作主要集中在对吴忠万达广场BIPV项目的设备选型、结构布局及接入方式接入点的设计上，以实现本论文充分利用当地太阳能资源发电，并接入配电网保证可靠经济运行的目标。该设计将成为日后吴忠万达广场 BIPV项目中电气部分的初步方案，同时为其他分布式光伏项目的设计和建设提供宝贵经验。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.1.1 传统能源的弊端和光伏发电技术的发展

1.1.2 宁夏地区光伏开发需求及存在问题

1.1.3 光伏发电与建筑相结合的发展方向

1.2 研究现状

1.2.1 光伏发电技术发展历程

1.2.2 国外光伏发电及光伏一体化技术的发展

1.2.3 国内光伏发电及光伏一体化技术的发展

1.3 本文主要研究内容

第2章 宁夏光照资源分析及太阳能应用现状

2.1 宁夏光照资源分析

2.2 宁夏地区电网现状

2.3 宁夏地区太阳能资源开发现状

2.4 本章小结

第3章 宁夏吴忠市BIPV工程设计

3.1 光伏建筑一体化技术

3.2 宁夏吴忠BIPV工程介绍

3.3 吴忠BIPV系统结构

3.4 光伏电池板输出特性及控制方法

3.4.1 光伏电池板数学建模

3.4.2 光伏电池板输出特性曲线

3.5 光伏组件选型与安装方式设计

3.6 光伏电池板安装倾角确定

3.6.1 光伏板直接太阳辐射量计算

3.6.2 天空散射辐射量计算

3.6.3 最佳倾角确定

3.7 光伏组件串联方案

3.8 本章小结

第4章 宁夏吴忠市BIPV工程配网接入设计

4.1 逆变器工作原理及设备选型

4.2 汇流设备介绍

4.3 二次监控系统结构

4.4 光伏并网运行方式选择

4.4.1 光伏全部上网运行方式

4.4.2 光伏并网不上网运行方式

4.4.3 光伏自发余量上网运行方式

4.5 光伏并网接入方式选择

4.5.1 专线接入公共电网

4.5.2 T接入公用电网

4.5.3 用户电网接入公用电网

4.6 光伏并网接入位置选择

4.7 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢