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南昌航空大学自学考试毕业论文题目太阳能并网光伏发电系统专业光伏材料及应用学生姓名准考证号指导教师2012年04月I光伏发电并网控制技术设计摘要随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。能源问题已经成为关系到人类生存和发展的首要问题。所以，迫切需要对新的能源进行开发和研究。而太阳能的利用近年来已经逐渐成为新能源领域中开发利用水平高，应用较广泛的能源，尤其在远离电网的偏远地区应用更为广泛。本文主要对光伏并网发电系统作了分析和研究。论文首先介绍了太阳能发电的意义以及光伏并网发电在国内外的应用现状。其次，对太阳能发电系统的特性和基本原理分别做了具体分析，并对系统各组成部分的功能进行了详细的介绍。接着，对光伏并网中最重要部分——逆变器进行研究。再次，提出光伏并网发电系统的设计方案。最后，对光伏并网发电系统的硬件进行设计。并网光伏发电充分发挥了新能源的优势，可以缓解能源紧张问题，是太阳能规模化发展的必然方向。我国政府高度重视光伏并网发电，并逐步推广＂屋顶计划＂。太阳能并网发电正在由补充能源向替代能源方向迈进。关键词：能源；太阳能；光伏并网；逆变器II目录第一章太阳能光伏产业绪论................................................................................................................11.1光伏发电的意义.....................................................11.2光伏并网发电.......................................................1第二章太阳能光伏发电系统................................................................................................................52.1太阳能光伏发电简介.................................................52.2太阳能光伏发电系统的类别...........................................52.3太阳能光伏发电系统的发电方式.......................................62.4影响太阳能光伏发电的主要因素.......................................7第三章并网太阳能光伏发电系统组成...........................................................................................103.1并网光伏系统的组成和原理..........................................103.2光伏电池的分类及主要参数..........................................123.3光伏控制器性能及技术参数..........................................143.4光伏逆变器性能及技术参数..........................................15第四章发展与展望................................................................................................................................184.1发展与展望........................................................18全文总结....................................................................................................................................................19参考文献....................................................................................................................................................20致谢...........................................................................................................................................................21南昌航空大学自考本科毕业论文1第一章太阳能光伏产业绪论1.1光伏发电的意义随着人类社会的不断发展，人们的经济及文化活动需要大量的能源。目前，人类利用的电能主要有三种，即火电、水电和核电。但是由于化石燃料的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济、社会发展的需要，并且由于蕴藏量有限，矿物能源正面临着枯竭的危险。另外，由于燃烧煤、石油等化工燃料，每年有数十万吨硫等有害物质排向天空，使大气环境遭到严重污染，同时由于大量排放二氧化碳等温室气体而使地球产生明显的温室效应，引起全球气候变化；水力发电受到水力资源的限制和季节的影响，并且有时会破坏当地的生态平衡；核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样十分严重，并且核废料的处理直至今天仍然是一个全球性待解决的问题。因此，随着社会的进步和经济的发展，以及人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源己经是当前人类面临的迫切课题。太阳能以其清洁、无污染，并且取之不尽、用之不竭等优点越来越得到人们的关注。全球能源专家一致认定:太阳能将成为21世纪最重要的能源之一。据欧洲JRC预测，到未来的2100年时，太阳能在整个能源结构中将占68%的份额。20世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大突破:一是在光伏利用方面，1954年美国贝尔实验室研制出效率为6%的实用型单晶硅电池；二是在光热利用方面，1955年以色列的Tabor提出选择性吸收面表概念和理论，并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项突破既是人类利用太阳能进入高技术阶段的标志，也是又一代新能源变革的划时代标志。随着太阳电池研究的快速进程和转换效率的不断提高，发电成本已经呈现快速下降趋势，可以预料，太阳能光伏发电在人类社会的未来发展中必将占据越来越重要的地位。1.2光伏并网发电1.2.1并网发电是太阳能光伏利用的发展趋势光伏发电有离网和并网两种工作方式。过去，由于太阳电池的生产成本居高不下，光伏发电多数被用于偏远的无电地区，而且以户用及村庄用的中小系统居多，都属于离网型用户。但是近年来，光伏产业及其市场发生了极大的变化，开始由边远农村地区逐步向城市并网发电、光伏建筑集成的方向快速迈进，太阳能己经全球性地由“补充能源”南昌航空大学自考本科毕业论文2的角色被认可将是下一代“替代能源”。1998年7月6日－1O日在奥地利维也纳召开的“第二届国际太阳能光伏会议”上，有关光伏发电的论文共313篇，其中专门论述“光伏并网发电系统”的论文竟达161篇，占论文总数的51.44%，由此也可窥见一斑，光伏并网发电系统的研究已经成为世界之热点和需要，表明太阳能并网发电技术己经进入了一个新的历史阶段，它同时也是光伏发电领域研究的前沿。光伏发电的这种迅猛发展是必然的，只有进入电力系统的规模应用，才能真正对于缓解能源紧张和抑制环境污染起到积极的作用。同时，光伏产业的规模发展还将为社会提供可观的社会就业机会。1.2.2国外光伏并网发电的发展和现状光伏并网发电开始于80年代初，美国、日本、德国、意大利都为此作出了努力。按照当时认识，建造的都是较大型的光伏并网电站，规模从1OOKW到1MW不等，而且都是政府投资的试验性电站。试验结果在发展相应的技术方面是成功的，但在经济性方面却并不十分令人鼓舞，主要是由于太阳电池成本过高，虽然具有明显的减排等环境效益，但其发电成本却很难让电力公司接受。90年代以来，国外发达国家重新掀起了发展光伏并网系统的研发高潮，这次的重点并未放在建造大型并网光伏电站方面，而是侧重发展“屋顶光伏并网系统”.人们认为，屋顶光伏并网系统不单独占地，将太阳电池安装在现成的屋顶上，非常适应太阳能能量密度较低的特点，而且其灵活性和经济性都大大优于大型并网光伏电站，有利于普及，有利于战备和能源安全，所以受到了各国的重视。许多其他发达国家也都有类似的光伏屋顶并网发电项目或计划，如荷兰、瑞士、芬兰、奥地利、英国、加拿大等。属于发展中国家的印度也在1997年12月宣布到2020年将建成150万套太阳能屋顶并网发电系统。许多统计资料表明，近几年世界光伏并网发电市场发展迅速，光伏并网发电的装机容量从1996年的7MWp已上升到2000年14OMWp，光伏并网发电在光伏行业中的市场比例也从1996年的1O%上升到2000年的50%。随着光伏并网发电系统技术的不断完善和经济性的提高，其市场占有率将始终保持在50%左右。据比较权威的世界能源年鉴报道，2000年光伏并网发电占世界光伏产业总产值的比例如图1-1所示。南昌航空大学自考本科毕业论文3在技术方面，专用逆变设备和相关系统的最佳配置涉及到多项技术。美国、德国、荷兰、日本、澳大利亚等国家在光伏屋顶计划的激励下，许多企业和研究机构成功地推出了多种不同拓朴结构的逆变器。据1998年世界可再生能源企业年鉴报道，世界上能提供屋顶光伏并网服务的企业已经超过200家(我国和印度未有企业被列入)，其中有如美国的Trace、SOlarex，荷兰ECN和Mastervolt，日本的Kyoeera、Fuji，澳大利亚的AEG，德国的Siemens，意大利的Enel等，这些都明示着光伏并网发电系统产业已经是世界范围内一个蓬勃发展的高新技术产业，它和光伏器件(主要是太阳电池)同时并列为光伏产业的两大支柱.在光伏并网发电的行业标准方面，虽然现在还没有IEC(国际电工委员会)标准，但各国都颁布了相应的试行标准，如美国SANDIA国家实验室的光伏并网发电系统标准等。总之，从能源利用的国际发展趋势来看，光伏发电最终将以替代能源的角色进入电力市场，而并网发电将是光伏发电进入电力市场的必由之路。1.2.3我国迫切需要发展光伏并网发电技术我国太阳能资源非常丰富，大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，理论储量达每年1.7万亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带均为太阳能资源丰富或较丰富的地区。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔。第一，我国有荒漠面积100余万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西北地区，如果利用荒漠安装并网太阳能发电系统则可以提供非常可观的电量。第二，太阳电池组件不仅可以作为能源设备，还可作为屋面图1-12000年光伏并网发电占世界光伏产业总产值的比例南昌航空大学自考本科毕业论文4和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，具有良好的经济效益。第三，迄今我国边远地区仍有较多居民尚未用电，如果单纯依靠架设电网供电，则成本高，建设周期长，不经济。太阳能发电无需架设输电线路，且建设周期短，可以有效解决边远地区用电的难题。我国政府对太阳能产业也给予了充分的扶持。2006年1月，《中华人民共和国可再生能源法》正式实施，此法在资源调查与发展规划、产业指导与技术支持、推广与应用、价格管理与费用分摊、经济激励与监督措施、法律责任等方面做出了规定。随后，国家又