光伏發(fā)電畢業(yè)設(shè)計開題報告

1、 #附4華南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 # 論文題目班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師開題時間填表日期開題報告內(nèi)容：1.1開發(fā)新能源的迫切需要人們很難想象，如果沒有電，人類的生活會變成什么樣子。隨著社會生產(chǎn)的日益發(fā)展，人類對電的需求每年以很大幅度增加，進(jìn)而對能源的需求也迅速增長。全世界對能源的消耗在1970年約為83億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,而在1995年,這種消耗達(dá)到了140億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，即25年間增長了69.7%,并預(yù)計，到2020年全世界對能源的消耗會達(dá)到195億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。根據(jù)公認(rèn)的估算，如果人類對能源的需求以目前的速度增長全世界的石油將在今后40年間被耗盡，而天然氣和煤也最多分別能維持60年和200年左右

2、?？梢?，礦物熱料并不是取之不盡的。不僅如此，大量使用化石能源己經(jīng)開始造成全球變暖,燃煤會通過煤渣和煙塵放出大量有化學(xué)毒性的重金屬和放射性物質(zhì)嚴(yán)重污染了人類的生存環(huán)境1。我國擁有居世界第一位的水能資源居世界第二位的煤炭探明儲量居世界第11位的石油探明可采儲量。但由于我國人口眾多，人均能源資源嚴(yán)重不足而我國現(xiàn)在所面臨的卻是能源需求量成倍增長的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。因此，采用新能源和可再生能源以逐漸減少和替代化石能源的使用是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、走經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展之路的重大措施。這對于世界尤其是我國是十分迫切的。而太陽能資源豐富、分布廣泛、可以再生、不污染環(huán)境，是國際社會公認(rèn)的理想替代能源，所以開發(fā)利用太陽能受到越來

3、越普遍的重視，成為目前各國都在研究的重大課題。1.2調(diào)研報告1.2.1光伏發(fā)電的優(yōu)點光伏發(fā)電技術(shù)(Photovoltaic)是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，其核心是可釋放電子的半導(dǎo)體物質(zhì)。最常用的半導(dǎo)體材料是在地殼中儲量豐富的硅。太陽能光伏電池有兩層半導(dǎo)體，一層為正極，一層為負(fù)極。陽光照射在半導(dǎo)體上時，兩極交界處產(chǎn)生電流。陽光強(qiáng)度越大，電流就越強(qiáng)。太陽能光伏系統(tǒng)不僅只在強(qiáng)烈陽光下運作，在陰天也能發(fā)電。由于反射陽光，少云的天氣甚至比晴天發(fā)電效果更好。與傳統(tǒng)的化石能源相比,光伏發(fā)電具有以下優(yōu)點：1儲量豐富。太陽能是取之不盡的可再生能源。太陽每秒鐘輻射的能量大約是1.6x10kW,其中到達(dá)地球的能量高達(dá)

4、8x1013kW，相當(dāng)于燃燒6x109噸標(biāo)準(zhǔn)煤。按此計算，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽能總量折合成標(biāo)準(zhǔn)煤約1.892x1016億噸,是目前世界主要能源探明儲量的1萬倍，因此可以說太陽能是“無限”的,取之不盡，用之不竭。燃料免費。太陽能資源無處不在，可以直接免費獲取，不受地域條件的限制,應(yīng)用范圍廣泛，只是地區(qū)之間有豐富與欠豐富的差別。3長壽命。一般沒有會磨損、毀壞或需更換的活動部件，因此系統(tǒng)使用壽命長，晶體硅光伏電池的使用壽命能夠達(dá)到25年以上。4無污染。光伏發(fā)電無任何有害氣體及聲、光、磁、噪音等排放，因此是一種清潔安全的能源。5低維護(hù)費用。保持系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定僅需要很少的維護(hù)，節(jié)約了系統(tǒng)維護(hù)的成本。6

5、.原料儲量豐富。硅作為光伏電池生產(chǎn)所使用的主要原料，在地殼中的儲量十分豐富,隨著硅提純技術(shù)和轉(zhuǎn)換效率的不斷提高及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，光伏發(fā)電的成本正呈現(xiàn)快速下降的趨勢5,6。7安裝方便。光伏發(fā)電系統(tǒng)機(jī)動靈活，可在任何地方快速安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)可用作分布式電力系統(tǒng)，也可用于光伏建筑集成(BuildingIntegratedPhotovoltaic),方面可以節(jié)省發(fā)電基地使用的土地面積和費用；另一方面可以用光伏組件來充當(dāng)部分建筑材料,節(jié)約成本。8適合高海拔地區(qū)。在海拔較高的地區(qū)，由于空氣稀薄，柴油發(fā)電機(jī)的工作效率會降低，但此類地區(qū)較強(qiáng)的日照強(qiáng)度將使得光伏系統(tǒng)可以輸出更高的功率，因此使用光伏發(fā)電非常有利

6、腳7,8。1.2.2光伏發(fā)電存在的問題雖然光伏發(fā)電有很多突出的優(yōu)點，但同時也存在著一些有待考慮的問題：光電轉(zhuǎn)換效率不高由于光伏電池的特點，在選取光伏電池原材料時必須考慮到材料的光導(dǎo)效應(yīng)和光導(dǎo)效果,目前光電轉(zhuǎn)換效率較高的單晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率在20%左右，同時由于對光電效率轉(zhuǎn)換控制不當(dāng)，真正的光電轉(zhuǎn)換效率還會降低。受氣候影響大如果在陽光不充足的多云或陰雨天氣，隨著光照強(qiáng)度的降低，光伏電池的轉(zhuǎn)換效率會大幅度降低，因此，光伏系統(tǒng)不適合應(yīng)用于陰雨天氣較多的地區(qū)。另外，由于空氣中的塵埃會落到電池板上，長時間沉積會阻礙光線的照射,也會對轉(zhuǎn)換效率造成影響。光伏發(fā)電成本較高晶體硅太陽電池主要原料是高純硅，其純度

7、高達(dá)99.9999%,雖然硅是地殼中含量僅次于氧的元素，但是要從石英砂中提煉出高純度的硅需要消耗大量的能量，成本較高，這就使得硅原料的價格一直居高不下，制約了光伏市場的快速發(fā)展。另外，由于硅提純技術(shù)被德國、日本、美國等國家壟斷，目前我國生產(chǎn)晶體硅電池需要的原料大多依賴進(jìn)口，導(dǎo)致生產(chǎn)成本進(jìn)一步升咼1，9。1.3工作任務(wù)分析由于太陽能作為一種新能源，具有具有低密度、間歇性、空間分布不斷變化的特點，所以我們需要對太陽能的收集提出跟高要求，要盡可能高效收集起來。1、目前，在大部分地方，太陽能收集裝置都是固定角度安裝，造成太陽無法直射收集版，這造成了很多太陽能無法被利用，本文采用太陽能自動跟蹤技術(shù)，使太

8、陽能電池板與陽光時刻垂直，達(dá)到最大吸收效率。2、在南方的夏天，大量臺風(fēng)侵入，大量太陽能電池板會受到臺風(fēng)的攻擊，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，甚至是直接是損壞。改進(jìn)太陽能電池板單軸跟蹤裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使之能夠在臺風(fēng)來臨的時候，減少臺風(fēng)對結(jié)構(gòu)的破壞和影響。1.4方案擬定與分析太陽能自動跟蹤方式的確定常用太陽能自動跟蹤的方式有2種：1、光電跟蹤；2、視日運動軌跡跟蹤。光電跟蹤方式跟蹤精度高，但是易受到外界環(huán)境的干擾，而視日運動軌跡跟蹤雖然跟蹤精度差，但是基本不受外界雜散光影響。本次設(shè)計采用兩種方式相結(jié)合的方法達(dá)到追蹤效果。1、在晴天的時候，采用光電跟蹤的方式，追求最高效率收集太陽能2、在多云或陰雨天氣，采用視日運

9、動軌跡跟蹤，能夠避免跟蹤器捕捉錯誤對象，比如云層邊緣的亮點等。3、在臺風(fēng)天氣下，由于機(jī)器容易受損，所以要將太陽能收集板收起來或是固定某一安全的角度。太陽能電池板單軸跟蹤機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計太陽能光伏發(fā)電裝置的抗臺風(fēng)外形設(shè)計在南方，夏天臺風(fēng)頻發(fā)，不少太陽能發(fā)電裝置因此而性能下降，有的甚至遭到損壞。太陽能板由于面積較大，所以受到臺風(fēng)的拉力也較大，支架就會受到很大的拉力，輕則裝置松動，重則直接損壞。本文準(zhǔn)備隊太陽能發(fā)電板的外殼進(jìn)行改善，通過結(jié)構(gòu)的改變達(dá)到減少臺風(fēng)拉力的大小。1.5、畢業(yè)論文撰寫提綱及實施計劃1.5.1提綱1、緒論1.1開發(fā)新能源的迫切需要1.2調(diào)研報告2.1光伏發(fā)電的優(yōu)點1.2.2光伏發(fā)電存

10、在的問題3自動跟蹤技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.4工作任務(wù)分析5方案擬定與分析2、太陽能自動跟蹤器設(shè)計1太陽能自動跟蹤方式的確定1.1光電跟蹤2.1.2視日運動軌跡跟蹤2.2太陽能自動跟蹤器的設(shè)計3、太陽能單軸跟蹤機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1單軸跟蹤器的機(jī)構(gòu)選擇3.2單軸跟蹤器具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計4、太陽能光伏發(fā)電裝置的抗臺風(fēng)外形設(shè)計4.1抗風(fēng)常見外形設(shè)計4.2太陽能電池板的外形選擇4.3電池板的尺寸確定5、結(jié)論與展望1.6參考文獻(xiàn)1張冬潔，王志遠(yuǎn)，劉勝利.太陽能在我國的應(yīng)用及發(fā)展前景J.洛陽工學(xué)院學(xué)報，2001,22(4):1-202羅運俊，何梓年，王長貴.太陽能利用技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版，2005.1-

11、93楊金煥，陳中華.21世紀(jì)太陽能發(fā)電的展望J.上海電力學(xué)院學(xué)報，2001，17(4):22-304余海.太陽能利用綜述及提高其利用率的途徑J.能源研究與利用，2004，79(3):8-9KALOGIROU,S.ThePotentialofsolarindustrialProcessheataPPlieationJ.APPliedEnergy，2003，76(1):337-362TSUR,Y，ZEMEI,A.Long-termperspectiveonthedevelopmentofsolarJ.SolarEnergy,2000,68(1):379-3927李俊峰，王斯成，張敏吉，等.2007

12、中國光伏發(fā)展報告M.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.8-228.BADRAN,0,0.StudyinindustrialapplicationsofsolarenergyandtherangeJ.RenewableEnergy,2001,24(1):485-4909王長貴，王斯成.太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版，2005.1-6趙爭鳴，等.太陽能光伏發(fā)電及應(yīng)用M.北京:科學(xué)出版社，2005.1-20石新春，王毅.電力電子技術(shù)M.北京：中國電力出版社，2005.1-20趙爭鳴，等.太陽能光伏發(fā)電及應(yīng)用M.北京:科學(xué)出版社，2005.1-20Anton,I.;Perez,F.;L

13、uque,I.;InteractionbetweenSuntrackingdeviationsandinverterMPPstrategyinconcentratorsconnectedtogridC.Photovoltaic19-24May2002Page(s):15921595Sharaf,A.M.;Yang,L.;ANovelMaximumPowerTrackingControllerforaStand-alonePhotovoltaicDCMotorDriveC.ElectricalMay2006:450-453羅維平.基于PLC的太陽能電池板自動跟蹤系統(tǒng)的研究J.電子技術(shù)應(yīng)，2009

14、,9(1):138-14415徐文燦.太陽能自動追蹤系統(tǒng)的探索與試驗J.物理實驗，2002,23(9):45-48劉四洋，伍春生.主動式雙軸太陽跟蹤控制器J.可再生能源，2007,25(9):69-72Karl-HeinzFunken,ManfredBecker.Solarchemicalengineeringandsolarmaterialsresearchintothe21stcenturyJ.RenewableEnergy.2001,24：469-474BashirAhmad.UsersandDisusersofboxsolarcookersinurbanIndia-cookingpro

15、jectsJ.SolarEnergy.2000,69：209-21519宋開峰新型太陽跟蹤機(jī)構(gòu)研究D.河北：河北工業(yè)大學(xué)，2004：10-15.20.孫茵茵，鮑劍斌，王凡太陽自動跟蹤器的研究J.機(jī)械設(shè)計與制造，2005,7(7):157-159.指導(dǎo)教師意見:指導(dǎo)教師簽名：年月日文獻(xiàn)綜述內(nèi)容（與論文主題相關(guān)的國內(nèi)外研究理論、研究方法、進(jìn)展情況、存在問題、參考依據(jù)等）：自動跟蹤技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。盡管相繼開發(fā)出一系列的太陽能裝置，如太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能電池等等，但對太陽能的利用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠

16、。究其原因，主要是利用率不高。就目前太陽能裝置而言，如何最大限度的提高太陽能的利用率，仍為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，主要可以從四個方面入手，首先通過調(diào)節(jié)太陽能電池板相對于太陽光的角度，使太陽能電池板時刻與太陽光保持垂直，從而實現(xiàn)太陽能電池板時刻都處于最大的發(fā)電潛力。其次是通過電力電子技術(shù)調(diào)節(jié)加在太陽能電池板兩端的等效阻抗，使太陽能電池板時刻工作在最大功率點處還有提高逆變效率。最后可以通過提高光電轉(zhuǎn)換效率即在同樣光照強(qiáng)度下，同等條件下，光能最大程度轉(zhuǎn)換成電能10,11。前兩者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決，而后者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究。其實，不管哪種太陽能利用設(shè)備，如果

17、它的集熱裝置能始終保持與太陽光垂直，并且收集更多方向上的太陽光，那么，它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽能。但是太陽每時每刻都是在運動著，集熱裝置若想收集更多方向上的太陽光，那就必須要跟蹤太陽。香港大學(xué)建筑系的和教授研究了太陽光照角度與太陽能接收率的關(guān)系，理論分析表明太陽的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差較大，精確的跟蹤太陽的運行軌跡可使接收器的接收率大大提高，進(jìn)而提高了太陽能裝置的太陽能利用率，拓寬了太陽能的利用領(lǐng)域123。常用的太陽能跟蹤方案2.1光電跟蹤方式光電跟蹤都是通過光敏器件（如硅光電池、光敏電阻、光敏二極管）來檢測太陽的位置變化，實現(xiàn)控制裝置跟蹤太陽。把光敏器件對稱的安裝在靠

18、近遮光板的兩側(cè)，當(dāng)電池板正對太陽時，光敏器件完全處于光照區(qū)，輸出大小相同的電信號，輸入到放大比較電路中處理輸出為零信號不驅(qū)動跟蹤機(jī)構(gòu)，不進(jìn)行跟蹤；當(dāng)太陽偏移則會使遮光板下有陰影的產(chǎn)生，遮光板兩側(cè)的光敏器件受到的光照強(qiáng)度不均勻使得放大比較電路輸出信號差將驅(qū)動跟蹤機(jī)構(gòu)調(diào)整角度，完成跟蹤機(jī)構(gòu)對太陽的精確跟蹤。光電跟蹤也有著自身的缺點，光電跟蹤采用閉環(huán)控制來實現(xiàn)，盡管光電跟蹤方式靈敏度高，但是光敏元件易受天氣情況和環(huán)境中雜散光線的影響，在檢測太陽光的過程中易引起誤動作而不能對準(zhǔn)太陽，使得跟蹤穩(wěn)定性能降低。2.2視日運動軌跡跟蹤方式依跟蹤系統(tǒng)控制的維數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，視日運動軌跡跟蹤方式有一維跟蹤和二維跟蹤兩種

19、控制方式。1）一維跟蹤方式一維跟蹤方式東西向方位角跟蹤和南北向高度角跟蹤。這兩種跟蹤方式都是通過控制跟蹤機(jī)構(gòu)實現(xiàn)東西方向和南北方向自動跟蹤。在一維跟蹤方式下，每天只有中午時刻才能正對準(zhǔn)太陽，從而接收到最大太陽光照能量，除此之外太陽光線只能斜射到太陽能電池板的受光面，使得接收的太陽光照能量降低。一維跟蹤具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)勢，但不能實現(xiàn)太陽光線時刻跟太陽能電池板保持垂直，太陽能的利用率低下，收集太陽能的效果不理想14。2）二維跟蹤方式二維跟蹤也可稱為雙跟蹤或全跟蹤，能夠在太陽高度角和太陽方位角同時跟蹤太陽，從而時刻最大接收太陽光照能量。以坐標(biāo)系作為劃分依據(jù)，有極軸式和高度角-方位角式全跟蹤

20、1518兩種。一、極軸式全跟蹤平行于地球自轉(zhuǎn)軸指向天球北極的一個軸，即是所謂的極軸；而與極軸相垂直的一個軸被稱為赤緯軸。跟蹤機(jī)構(gòu)工作時繞極軸旋轉(zhuǎn)，設(shè)定其轉(zhuǎn)速應(yīng)與地球自轉(zhuǎn)的角速度方向相反而大小相同來實現(xiàn)跟蹤太陽的目的。此外，為適應(yīng)太陽赤緯角的變化，赤緯軸需根據(jù)季節(jié)的變化進(jìn)行定期調(diào)整。赤緯軸作俯仰轉(zhuǎn)動是為了跟蹤太陽高度角的改變，由于極軸跟蹤結(jié)構(gòu)上的特點使得整個系統(tǒng)的重心不在極軸軸線上，給支承裝置的設(shè)計帶來了一定的難度，所以基本上不使用。二、高度角-方位角式全跟蹤高度角-方位角式太陽跟蹤方法是基于地平坐標(biāo)系的二維跟蹤，垂直于地平面是跟蹤機(jī)構(gòu)的方位軸，跟方位軸垂直的另一根軸是俯仰軸。太陽的方位角發(fā)生變化時，跟蹤機(jī)構(gòu)繞方位軸轉(zhuǎn)動；太陽的高度角發(fā)生變化時，跟蹤機(jī)構(gòu)繞俯仰軸進(jìn)行俯仰運動，保證太陽光線垂直入射在太陽能電池板上1920。當(dāng)太陽位置隨著時間