单、非晶硅复合光伏组件的优化匹配研究

论文摘要

太阳能光伏发电作为太阳能重要的利用形式之一,正迅速得到发展,根据其无穷尽、清洁、分布式开发等优点,定会在解决能源供需矛盾中起到关键性作用。光伏发电领域在对太阳电池材料、系统电气控制、电力输送等基础技术方面研究的同时,还应注重本身的优化应用研究,使得实际运行中的系统充分发挥效能。通过对现在最常见的两种太阳电池——单晶硅和非晶硅电池特性的研究,发现两者在很多方面都具有互补性,单晶硅电池稳定性强、弱光条件下光电转换效率不高、温度的消极影响较大、成本较高、单位容量面积较小,而非晶硅电池的上述特点与单晶硅电池正好相反。本论文主要就是研究两种电池输出关于辐射强度和温度的模型,进而根据气象条件将其进行优化匹配,目的在于使定容量光伏系统在均衡成本和占地面积的同时,获得最多的电能,或使定用电负荷的光伏系统节省成本和占地面积。对光伏组件的优化匹配首先要确定太阳电池阵列的最佳倾角,本文根据逐时气象数据,充分考虑太阳直射辐射、天空散射辐射和地面反射辐射,并通过计算机程序快速计算全国各地区的最佳倾角,但部分结果需要修正;对于分时间运行的光伏系统,其最佳倾角应按使用时间气象数据计算。对于两种太阳电池数学模型的建立,分别在天津城市建设学院和香港理工大学进行大量的实验,采用理论推导和实验修正的方法,其计算结果与实测值的误差控制在6%以内,足够满足工程中应用需要。两者的优化匹配同样是根据逐时气象数据,编写的程序适用于全国各地区。所建立的模型论证了单晶硅和非晶硅太阳电池具有明显的互补性,优化匹配的结果表明将两者组合利用在成本、占地面积和发电量上都有明显的优势。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能特点及我国太阳能资源的分布
• 1.1.1 太阳能特点
• 1.1.2 我国太阳能资源的分布
• 1.2 太阳能发电的研究应用现状和前景
• 1.2.1 国外研究应用现状
• 1.2.2 国内研究应用现状
• 1.2.3 太阳能发电的前景
• 1.3 单晶硅和非晶硅太阳电池的发展
• 1.3.1 单晶硅太阳电池的发展
• 1.3.2 非晶硅太阳电池的发展
• 1.4 太阳电池原理
• 1.5 课题研究意义及主要工作
• 第二章 太阳电池特性
• 2.1 太阳电池特性
• 2.1.1 太阳电池的 I-V 特性
• 2.1.2 太阳电池辐照度特性
• 2.1.3 太阳电池分光感度特性
• 2.1.4 太阳电池温度特性
• 2.2 单、非晶硅太阳电池特点及特性比较
• 第三章 实验设计
• 3.1 实验目的
• 3.2 实验条件的确定
• 3.3 电池温度测试实验
• 3.4 电池输出特性测试实验
• 第四章 光伏阵列最佳倾角的确定
• 4.1 直射辐射
• 4.2 天空散射辐射
• 4.3 地面反射辐射
• 4.4 程序界面及流程图
• 4.5 计算实例
• 第五章 单晶硅和非晶硅太阳电池数学模型的建立
• 5.1 太阳电池温度模型
• 5.2 单晶硅电池输入输出模型
• 5.3 单晶硅电池模型的修正
• 5.4 非晶硅电池输入输出模型
• 5.5 模型计算结果的比较
• 第六章 单、非晶硅太阳电池组件的优化匹配
• 6.1 最大功率点跟踪
• 6.2 两种太阳电池组件的优化匹配
• 6.3 计算实例
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 进一步的工作建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢