青海大学光伏发电系统应用设计开题报告

青海大学本科生毕业论文（设计）开题报告题目青海大学图书管楼顶光伏发电系统应用设计学号1000302070班级2011级专业电气工程及其自动化申请者苏志林联系电话[phone]Email：[e-mail]指导教师唐岩申请日期2015年3月2日青海大学水利电力学院研究课题名称青海大学图书馆楼顶光伏发电系统应用设计起止年月2015年3月2日～2015年6月10日成果形式设计说明书申请者姓名苏志林性别男班级11级电气（2）班指导教师姓名唐岩性别女职称副教授组成员课题学号姓名性别班级在本项目中的分工1000302070苏志林男电气（2）班独立完成研究（设计）项目主要内容随着分布式光伏发电系统的发展，建筑物发电已经能够成为城市用电的有益补充。近年来随着国家政策的支持，光伏建筑物一体化并网发电系统已进入到大规模应用阶段。因此，本设计拟通过对青海大学图书馆楼进行实际分析，以其为设计对象设计一整套光伏并网发电系统。主要设计内容包括分析青海大学图书管楼的用电负荷、外墙面积等实际因素；根据设计规范计算太阳电池板最佳倾角和并网容量；设计并网光伏电站的电气接线和设备选型；设计并网光伏电站的平面布置和防雷保护等。拟采取的研究（设计）方法和技术路线（包括研究（设计）工作的总体安排、步骤和各时间段的工作任务等）研究方法本课题主要采用查阅文献法、测量法对建筑物进行实际分析，通过对相关文献资料的查阅和学习，初步了解光伏建筑物一体化并网发电系统的分析方法和设计标准，根据调查情况进行计算并选择合适的电气设备；利用AutoCAD软件对光伏发电系统电气部分、平面布置进行详细设计技术路线查阅相关文献学习相关知识获取建筑物数据获取电网数据完成设计说明书电气部分平面布置设备选型计算相关数据时间安排（1）撰写开题报告，完成开题；第1周（2）进一步熟悉设计题目，查阅相关文献；第2周（3）熟悉AutoCAD软件；第3周（4）查阅资料了解建筑物光伏发电系统设计规范；第4周（5）对图书馆基本情况进行调查；第5周（6）对图书馆实际情况进行测量；第6周（7）计算用电负荷；第7周（8）计算太阳电池板最佳倾角和并网容量；第8周（9）根据相关计算进行设备选型；第9周（10）设计光伏发电系统电气部分；第10周（11）初步设计系统平面图；第11周（12）对整个系统平面布置进行详细设计；第12周（13）撰写毕业设计论文初稿；第13周（14）修改毕业设计及论文，准备答辩。第14周共计：14周最终成果描述：毕业设计说明书一份本研究（设计）项目的背景、意义和应用前景，国内外研究（设计）概况，发展趋势，立论依据，本项目的特色或创新之处，研究（设计）方案的可行性分析和已具备的研究（设计）条件以及主要的参考文献、软件等）：研究意义及目的随着经济的发展，我国清洁能源已经成为一个值得探讨的问题。目前采用比较广泛的是火力发电，但是火力发电会产生粉尘和有害气体，造成环境污染，比如现在比较严重的雾霾问题，所以太阳能发电是未来发展的趋势。太阳能发电分光热发电和光伏发电。不论产销量、发展速度和发展前景，光热发电都赶不上光伏发电。通常民间所说的太阳能发电往往指的就是太阳能光伏发电，简称光电。光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是离网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。所以光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。近几年太阳能光伏发电产业增长迅速，不仅因为它是具有许多优点的清洁能源，一个更诱人的动因是，在太阳能与建筑一体化的过程中，太阳电池组件比太阳能热水器与建筑更有亲合力。太阳电池组件不仅可以作为能源设备，还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，国外己有非常好的案例。因此，太阳能光伏发电技术与建筑结合方面，将具有良好的经济效益，前途无限。并网发电系统概要并网太阳能光伏发电系统是由光伏电池方阵、控制器、并网逆变器组成，不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接将电能输入公共电网。并网太阳能光伏发电系统相比离网太阳能光伏发电系统省掉了蓄电池储能和释放的过程，减少了其中的能量消耗，节约了占地空间，还降低了配置成本。值得申明的是，并网太阳能光伏发电系统很大一部分用于政府电网和发达国家节能的案件中。并网太阳能发电是太阳能光伏发电的发展方向，是21世纪极具潜力的能源利用技术。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，目前还没有太大发展。而分散式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网光伏发电的主流。太阳能光伏并网发电系统的优势（1）利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。（2）所发电能馈入电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池，比独立太阳能光伏系统的建设投资可减少达35%一45%，从而使发电成本大为降低。省掉蓄电池避免了蓄电池的二次污染，并可提高系统的平均无故障时间。（3）光伏电池组件与建筑物完美结合，既可发电又能作为建筑材料和装饰材料，使物质资源充分利用发挥多种功能，不但有利于降低建设费用，并且还使建筑物科技含量提高，增加“卖点”。（4）分布式建设，就近就地分散发供电，进入和退出电网灵活，既有利于增强电力系统抵御战争和灾害的能力，又有利于改善电力系统的负荷平衡，并可降低线路损耗。（5）可起调峰作用。联网太阳能光伏系统是世界各发达国家在光伏应用领域竞相发展的热点和重点，是世界太阳能光伏发电的主流发展趋势，市场巨大，前景广阔。国内光伏发电现状我国于1958年开始对光伏电池的生产和应用进行研究，1971年成功将其应用到东方红二号卫星上。由于受到价格与产量的限制，市场发展很慢，太阳能电池的年产量一直徘徊在10Kwp左右。除了作为卫星电源，在地面上太阳能电池仅用于小功率电源系统，如微波中继站、军队通信系统、铁路信号系统、小型户用系统及偏远地区的供电。在1981年～1990年间，我国的光伏工业得到一定的巩固与发展，并在一些应用领域建立了示范工程。同时，国家也加大了对光伏发电系统研究及生产的投入，先后从国外引进了多条太阳能电池生产线，除了一条1Mwp的非晶硅电池生产线外，其余全部是单晶硅电池生产线，使我国太阳能电池的生产能力由每年的10KWp发展到4．5MWp售价也由80元／w，下降到40元／WP左右。随着国家对产业的不断重视，我国光伏电池的总装机容量和生产能力有较大的提高，到2005年全国光伏组件装机量已达70MWp光伏电池的制造能力也已超过200Mwp，生产企业有十多家。尽管如此，与世界光伏产业发达国家相比还有很大的差距，目前光伏应用比较广泛的国家光伏总装机容量已接近或达到500MW的规模。我国太阳能光伏电池的年产量约为3MW生产能力约为5-8MW,累计用量约为15MW,同国外相比有很大差距!光伏发电产业生产规模小,水平低，生产成本高，市场培育迟缓，其总体水平落后国外约15年。我国“十五规划提出了解决600万人(即无电人口的10%)的用电问题等目标!这给光伏发电产业提供了前所未有的市场和发展机会。国家光伏补助电价为1元/KWH，在少部分地区（西藏、川西、新疆等）能达到商业发电经济要求（年收益8%），在这些地区光伏发电发展比较迅猛，在沿海（浙江等省）省内为了推动光伏组件的销售与示范性工程，省内补助电价0.1~0.5元/KWH，在这些地区也有不少光伏发电站正在兴建。其他地区由于受资源影响（太阳能辐射值低）很难发展大型离网光伏电站。国内趋势：在光伏组件价格逐渐降低的情况下，国家正在考虑降低光伏发电的补助，但是在未来5~10年国家仍将大力扶持光伏发电，光伏发电会在国内遍地开花。国外光伏发电现状20世纪80年代以来，世界各国特别是发达国家相继投入大量的人力、物力开展对太阳能、风能、地热能、生物能等新型可再生能源的研究、开发和利用工作。并制定相应的光伏发电系统的发展计划。1990年德国政府率先推出“一千屋顶计划。1998年进一步提出10万套屋顶计划。日本政府1994年开始实施“朝日七年计划”，总容量185WMp，1997年又宣布实施“七万屋顶计划”，总容量280MWp。意大利1998年实行“全国太阳能屋顶计划”，总容量50MWp，在这类系统中，规模最大的是1997年6月美国宣布的“百万太阳能屋顶计划”，到2010年将安装101．4万套光电系统，总安装量3025MWp。表所示为2000～2004年五年内世界光伏器件的年产量数据，从中可以看到近五年光伏产品需求的强劲上升势头，年平均增长率超过50％。充分说明了该产业的迅猛发展态势。美国能源部预测，在今后十年内世界太阳电池销售量将以年均30％的速度增长，到2010年将达到4．6GWp，累计容量将达到20GWp。近几年国际上光伏发电快速发展，2007年全球太阳能新装容量达2826mwp，其中德国约占47%，西班牙约占23%，日本约占8%，美国约占8%。2007年，在太阳能光电产业链中有大量的投资集中到新产能的提升上。除此之外，太阳能光电企业在2007年间的贷款融资金额增长了近100亿美元，使得该产业规模不断扩大。虽然受金融危机影响，德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低，但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。日本政府2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”，确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍，并在3-5年后，将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。2009年还专门安排30亿日元的补助金，专项鼓励太阳能蓄电池的技术开发。2008年9月16日，美国参议院通过了一揽子减税计划，其中将光伏行业的减税政策（itc）续延2-6年。立论依据太阳能光伏发电是直接将太阳能转换为电能的一种发电形式。在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将光能转换成的电能贮存起来，以便夜晚和阴雨天使用；或者通过逆变器将直流电转换成交流电后与电网相连，向电网供电。本项目特点在能源日益匮乏的今天,太阳能因其取之不尽、清洁安全的特点备受人们的亲睐。因此,光伏发电领域也成为了最具经济潜力的能源开发领域。可行性分析通过学习大量相关知识和文献，加上学习了《电力电子技术基础》《电路原理》《新能源技术》《电子技术基础》等，为此题目奠定了理论基础。所提设计方案有一定的理论可行性。同时，能够运用电路仿真设计软件进行电路的设计和仿真，并且具备一定的实践动手能力，为此题目的完成提供了实际操作的基础。参考文献[1]李俊峰，2007中国光伏发展报告[R].北京：中国环境出版社，2007.[2]赵玉文，中国光伏产业发展研究报告（2006~2007）[R].中国可再生能源项目，2008[3]方荣生，太阳能应用技术[M]，北京：中国农业机械出版社，1985[4]沈辉、曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].北京：化学工业出版社，2005[5]钱伯章.世界能源消费现状和可再生能源的发展趋势(上)[J]，节能与环保.2006(3):8-11[6]杨伟昕.光伏发电最大功率点跟踪及并网运行[D].南京航空航天大学.2010,5[7]梁创霖.光伏发电MPPT算法及控制器研究[D].湖南大学.2011,5[8]赵争鸣,刘建政,孙晓瑛.太阳能光伏发电及其应用北京[J].科学出版社.2005:1~8[9]赵为.太阳能光伏并网发电系统的研究[D].合肥工业大学.2002,5[10]殷志强,孟宪.向太阳索取—中国太阳光-热与光-电应用现状与展望[J].太阳能学报.2003(10):575-588[11]莫松平.辐射热力学的基础理论及其应用研究[D].安徽:中国科学技术大学,2