1、I本科毕业论文（20 届）光伏电池板倾角对输出功率的影响研究所在学院专业班级 电气工程及其自动化学生姓名指导教师完成日期II目 录摘要 .IIIAbstract.IV1 绪论 .11.1 课题研究背景和意义 .11.1.1 世界能源需求 .11.1.2 能源需求以及电能组成 .21.1.3 光伏发电的优点 .31.2 光伏发电的国内外现状及发展 .41.2.1 国外光伏发电现状 .41.2.2 我国光伏发电的现状和发展 .62 光伏电池板工作原理 .72.1 太阳能发电方式 .72.2 太阳能光伏电池的工作原理及数学模型 .72.3 最大功率点跟踪技术的研究 .92.3.1 扰动观察法 .92
2、.3.2 电导增量法 .103 辐射边界条件 .123.1 单元表面吸收的太阳辐射 .133.2 单元表面吸收的辐射器自身辐射能 .143.3 滤波器反射辐射能 .154 光伏电池安装板倾角优化 .184.1 概述 .184.2 太阳能辐射量的计算模型 .184.3 Hay 模型 .214.4 倾角优化方法 .235 基于 PVSYST 软件的测量及数据分析 .255.1 Pvsyst 软件测量 .255.2 光伏电池板的实际数据及曲线分析 .296 总结与展望 .326.1 总结 .326.2 展望 .32参考文献 .33致 谢 .34IIIContentsAbstract.IV1 Intr
3、oduction.11.1 The research background and significance.11.1.1 The worlds energy needs .11.1.2 Demand for energy and electric energy .21.1.3 The advantages of photovoltaic power generation .31.2 Photovoltaic situation and development at home and abroad .41.2.1 Photovoltaic situation abroad .41.2.2 St
4、atus quo and development of photovoltaic power generation in China .62 Working principle of photovoltaic cell plate .72.1 Solar power mode .72.2 Working principle and mathematical model of solar photovoltaic battery .72.3 Research on maximum power point tracking technology .92.3.1 Perturbation metho
5、d.92.3.2 Conductance increment method.103 Radiation boundary conditions .123.1 Solar radiation absorbed by unit surface.133.2 Radiator unit surface absorption of radiation energy itself.143.3 Filter reflecting radiation energy .154 Tilt angle optimization for photovoltaic cell mounting plate .184.1
6、Summary.184.2 Calculation model of solar radiation quantity.184.3 Hay model.214.4 Dip angle optimization method.235 Measurement and data analysis based on PVSYST software.255.1 Pvsyst software measurement.255.2 Actual data and curve analysis of photovoltaic panels .296 Conclusion and Prospect.326.1
7、Conclusion .326.2 Prospect.32Reference .33Acknowledgement .34IV光伏电池板倾角对输出功率的影响研究【摘要】 太阳能是非常理想的一种清洁能源，近年来由于人们对环境、能源问题越来越关注，太阳能的应用与普及越来越受到人们的关注。随着不可再生能源的快速消耗，光伏发电得到越来越广泛的运用 ，因此如何提高光电转化效率和降低成本已经是各大研究机构的研究热点，也是有待攻克的难题。研究光伏电池板倾角与输出功率特性，对于提升光电转化效率和加快推广光伏技术大规模的应用具有十分重要的意义。太阳能电池不板是太阳能发电的核心部分，具有将太阳能转换为电能的功效，
8、但是由于器材本身的复杂特性，迄今为止光伏电池的转换效率仍然很低。而且，光伏电池的输出特性具有非线性，这种非线性受到外部环境（包括日照强度。温度、负载）以及本身技术指标（如输出阻抗）的影响，使得光伏电池的输出功率发生变化，实际的转换效率受到进一步的限制。国内外许多学者对最佳倾角均进行了探索研究，提高效率和降低成本是制约光伏发电的难点问题。全国各地经纬度不同，每个月份太阳辐射量有差异。在实际工程应用中，对于固定式安装的光伏电池板，最佳安装倾角的确定是保证全年接收太阳辐射总量最大进而提高光伏发电效率的首要问题。关键词：光伏电池板 倾角 效率VThe study on the influence of
9、 the angle of the photovoltaic cell board on the output powerAbstract Solar energy is an ideal clean energy, in recent years due to the environment, people are more concerned about the problem of solar energy, the application and popularization of more and more attention. With the rapid consumption
10、of non renewable energy, photovoltaic power generation has been used more and more widely, so how to improve the photoelectric conversion efficiency and reduce the cost has been a hot topic of major research institutions, but also to overcome the problem. Study on the photovoltaic cell plate angle a
11、nd output power characteristics, has very important significance to improve the photoelectric conversion efficiency of photovoltaic technology and accelerate the promotion of large-scale application.Solar panel is the core part of solar power generation, can convert solar energy into electric energy
12、 effect, but due to the complex characteristics of the equipment itself, so far the photovoltaic efficiency is still low. Moreover, the output characteristics of photovoltaic cells is nonlinear, the nonlinear by the external environment (including the intensity of sunlight. Temperature, load) and it
13、self technical indicators (such as the influence of output impedance), the output power of photovoltaic battery changes, the actual conversion efficiency further restricted. Many scholars at home and abroad on the best angle were studied, to improve the efficiency and reduce the cost of photovoltaic
14、 power generation control is a difficult problem. Latitude across the country are different, each month the amount of solar radiation are different. In practical application, for photovoltaic panels fixed, to determine the optimal installation angle is to ensure that the annual amount of solar radia
15、tion received the largest L and most important issue to improve the efficiency of photovoltaic power generation.Keywords: photovoltaic panels; dip Angle; the efficiency11 绪论1.1 课题研究背景和意义能源是人类生活和发展必要组成部分。由于社会的不断进步，生活、生产水平越来越高，需要的能源不断扩大，特别是对电能。由此引起了全球能源价格的不断高涨，并且煤和石油等能源引起一系列的污染：酸雨、温室效应、雾霾天气等等。这些使得人类必须
16、要开发绿色无污染的替代能源，主要包括风能、太阳能、地热能和海洋能等。其中太阳能因其清洁、储量大、分布广和安全等优点，在进入 21 世纪愈来愈受到全世界的重视，未来将成为最可能开发利用的可持续能源之一。1.1.1 世界能源需求据美国能源信息署(EIA)发布信息，在 2010 以后的三十年里，预计世界总能源需求将增长 56%。全世界的能源需求量从 2010 年的 524Btu 增长到 2040 年的820Btu（英制热量单位 Btu）。研究指出，近年来，以中国等为新兴经济体国家对能源消耗不断扩大，到 2040 年世界 50%的能源消耗增长量将来自发展中国家。非经合组织（OECD）以外国家的能源消耗
17、增长将近 90%。如图 1-1 所示。图 1-1 世界能源需求图一直到 2040 年，近全球能源需求的 80%还将继续由化石燃料提供。但是由能源产生的 CO2 将由目前的 31 亿公吨到 2020 年的 36 亿公吨，然后再到 2040年的 45 亿公吨，增长近 46%。所以使用化石燃料是温室效应的主要原因。因为化石燃料不是在世界各地均勾分布，且储量有限，必然枯竭，如果我们的经济2仍严重依赖于它们，可能会引发域性乃至全球性冲突的能源危机，所以要想可持续发展必须开发新能源。1.1.2 能源需求以及电能组成2010 年，我国超过美国成为全球能源需求的第一大国。从 2000 年起，我国对能源的消耗增
18、长加快，到 2040 年将是美国的 2 倍，印度的 4 倍。能源的需求量与 GDP 相辅相成，所以，未来能源供给能力将会严重影响我国经济的发展，如图 1-2。图 1-2 中，美，印三国能源需求目前我国主要有两种发电方式分别为火力发电和水利发电。由图 1-3 可知，火力发电是我国的主要的发电方式，虽然我国对煤炭资源的进行了各种洁净技术的开发，减少二氧化硫了的排放，但是对二氧化碳的大量排放仍然是束手无策，从图 1-4 可以看出，自 2000 年到 2010 年，我国二氧化碳排放量不断增加，且为排放量第一大国。水利发电作为第二大发电方式在我国得到了充分的应用，然而，水利受到地理位置、环境以及气候等的
19、制约，且不当的水利发展会造成局部生态环境的破坏，以至引发各种自然灾害。核电是一种相对清洁的能源，但是一旦核物质泄漏则会造成不可挽回的后果，核能的开发需慎重。那么，应该选择哪种能源来代替之。我们所熟知的太阳能清洁且可再生，将成为未来主要理想能源之一。3图 1-3 2014 年我国发电比例图 1-4 2000-2010 年我国二氧化碳排放量1.1.3 光伏发电的优点光伏发电有许多显著的优点，主要列为以下几点：（1）能源供应充足：就我国来说，太阳能的年均理论储量达到 吨标准1207.煤，大部分地区的均辐照数达到 以上，太阳能是为我们所熟知的可再2/4mkWh生能源，所以光伏发电能源供应充足；（2）无
20、污染：光伏发电几乎是零排放，没有任何形式污染，式光伏发电绿色环保；（3）分布广泛：太阳能在同等纬度上几乎均匀分布，没有任何的地域限制，所4以光伏发电可以缓解化石能源匮乏地区供电紧张局面；（4）运用方便灵活：太阳能光伏电池板模块化方式，可以由不同的容量需求串并联起来达到发电目的，而且有许多种发电模式，比如：风光互补发电、混合光伏热系统、分布式离网发电、分布式并网发电等等；（5）高效安全：光伏发电不需要升压和远距离的电力输送，可以达到就近发电就近用电，不但可以减少电力传输以及变换过程中引起的损耗，而且还可以提高系统的可靠性以及安全性，对大电网还起到一定的调峰作用；功率补偿：如果电网终端用户功率因数
21、偏低，光伏发电能很好地补偿相应的有功或无功，改善功率因数偏低的问题；（6）实现用电与发电共存：光伏发电系统，是接入区域配电网，除了给电网供电，还可以给本地负载供电，并且是优先给本地负载供给。太阳能光伏电池的主要材料仍然是多晶桂和单晶娃，他们不但储量大，而且由于产业规模化效益的形成以及技术的进步，太阳能光伏电池板的成本已经不断降低，而且光电转化效率也越来越高。自进入 21 世纪以来，我国对光伏产业的投入逐年增加，补贴也越来越多，并且允许小型光伏电站并网发电。可以预见，光伏并网发电将成为未来我国电网电力的重要来源之一。1.2 光伏发电的国内外现状及发展1.2.1 国外光伏发电现状太阳能作为最有潜力
22、的一种替代能源，已经得到了世界各国的重视。光伏发电最早应用于宇宙空间的探索与研究，随着上世纪 80 年代太阳能电池成本的逐渐下降，从 20 世纪 80 年代的 50 美元/瓦，到现在的 0.5 美元/ 瓦。光伏发电的成本也越来越低，从 1980 年的 0.9 美元/千瓦时到 2020 年的 0.06 美元/ 千瓦时，随着光伏发电成本的降低，分布式光伏发电幵始步入人们的日常生产和生活当中。美国最早在 1973 年就制定了光伏发展计划，上世纪 80 年代建成了抛物面聚光光伏发电站；1988 年开始建集中型光伏并网发电系统，即 PVUSA 计划；1995 年开始美国实行 PVBONUS 计划，幵始把
23、光伏与建筑屋顶结合，也就是分布式光伏发电开始实行；1997 年 12 月更是宣布了百万光伏屋顶计划，预计 10年后装机容量将达到 3025MW，光伏发电从集中式发电朝着分布式发电转变。美国能源信息署报告，2011 年，美国的总的光伏装机容量达到 3600MW，如图1-5 所示。5图 1-5 美国 2010-2011 年光伏容量及组成德国也在 1990 年提出了屋顶光伏发电的计划；到 1998 年提出 10 万屋顶计划，光伏发电可以被电力公司收购，尤其是到了 2004 年实行修改版的“上网电价法”以后，很大程度上刺激了德国分布式光伏发电的市场需求；2012 年德国的法律规定，分布式光伏发电的上网
24、电价区间为 17.94 到 24.43 欧分每千瓦时，如果装机容量超过 350 万千瓦，上网电价就下降 3%，要是超过 750W 万千瓦，上网电价则下降 15%。并且要求容量 100 千瓦以上的分布式光伏电站必须安装远程通信和控制装置，以便实时调度和控制。预计到 2050 年，德国所需的电能一半将会来自分布式光伏发电。在德国的带动下，欧洲其他国家也纷纷提出自己的分布式光伏发展规划。发展中国家也开始加入到光伏发电的行列。其中印度于 2008 年宣布了国家太阳能任务，2009 年制定了国家太阳能草案，希望印度能成为该领域的领导者，计划在 2020 年实现太阳能发电容量 20GW，2030 年要达到 100GW，年为菲律宾于 1999 年实行了首个太阳能光伏发电计划，在全国安装 1000 套光伏发电系统。菲律宾太阳能联盟还公布了未来 10 年的光伏扩张路线图，计划到 2023 年光伏装机容为 2GW。世界光伏发电呈现出一个大的发展特点，就是分布式并网发电的比例越来越高，进入 21 世纪以来，分布式并网发电几乎成了光伏发电的主导。据欧洲光伏产业协会研究报告，分布式光伏的并网发电占据了全球光伏发电的绝大部分，在有政府补贴的情况下更是会高达 90%。
