太阳能光电技术在建筑节能中的应用研究

论文摘要

随着经济的发展,社会对能源的需求越来越大,煤炭、石油、天然气、核能等能源面临枯竭。太阳能作为可再生能源,具有能量大、易获取、不枯竭、清洁低碳等特点,可应用于发电、供热及制冷。蓄电池是太阳能并网发电系统和独立发电系统中的重要部分,目前常用的各种蓄电池多是通过电化学反应机制将电能储存或释放,过度充电或过度放电都会影响蓄电池寿命,对于太阳能发电系统,延长蓄电池使用寿命,将会使系统造价降低。设计智能控制器对蓄电池充放电进行控制,充放电控制电路选用低功耗单片机ATmega16L-8AC为控制回路核心,ATmega16L-8AC是增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器,具有数据处理快,功耗小等特点。系统在ATmega16L-8AC的控制下,分别检测太阳能电池和蓄电池的电压值,将太阳能电池方阵转换的直流电进行有效储存和合理使用,实现充放电过程的自动控制,对蓄电池有防短路、防反接、防过充和过放,有自动开合开关等功能。外围电路设计有电压采集电路、负载输出控制和检测电路。智能系统相当于一个电压采集和电池管理模块。太阳能发电效率是太阳能发电技术中最关键的问题。目前,由于技术和工艺的原因,太阳能发电效率低、成本高,一直没有大的突破,所以对光伏发电效率的研究具有重大现实意义。太阳能光伏发电的效率与光伏组件接收到高能量光子的多少有关,当光伏组件材料确定后,其发电效率受光和温度等外界条件影响较大,所以研究光的入射角度与电池板发电效率的关系。在光的所有波段中,可见光能量稳定,日常生活中以可见光为主要利用光能,因此,选择可见光为主要研究对象,包括近红外线和近紫外线。波长选取范围在300-900纳米,光伏组件以非晶硅电池板为实验对象,非晶硅电池板与入射光线的夹角以90°、80°、75°、60°、45°为例,在实验室通过7-SCSpec太阳能电池光谱性能测试系统对非晶硅电池板进行光伏测试,实验结果显示:当温度在18-25℃时,非晶硅电池板与光线夹角的变化和光伏发电功率的变化有密切关系。当非晶硅电池板与入射光线夹角在80°时,光伏发电电流达到最大值1.2093nA,即此时的量子效率响应最大,光伏发电效率最大。当非晶硅电池板与入射光线夹角在60°-80°时,其光伏发电效率均大于光线垂直入射即夹角为90°时电池板时的发电效率,这与常规理论认为的光伏组件与入射光线夹角为90°时,光伏发电效率最大相矛盾。针对这一实验结果做出结果分析,为今后太阳能光伏发电的研究提供了实验数据,有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能光伏发电的背景及意义
• 1.1.1 再生能源含义和特点
• 1.1.2 太阳能光伏发电的背景
• 1.1.3 太阳能利用历史
• 1.1.4 光伏发电的意义
• 1.2 国内外太阳能光伏发电状况
• 1.3 我国光伏发电产业存在的问题
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 太阳能理论与太阳能量的研究
• 2.1 太阳能资源
• 2.2 太阳辐射
• 2.2.1 太阳能基本概念
• 2.2.2 太阳辐射的基本原理
• 2.2.3 太阳辐照度和特点
• 2.3 太阳电池阵列水平面上太阳辐照量的计算
• 2.4 太阳电池阵列斜面上太阳辐照量计算
• 2.4.1 朝向赤道倾斜面上最佳倾角的计算
• 2.4.2 偏离赤道倾斜面上的太阳辐射量
• 2.5 固定太阳组件辐照量的算法
• 2.6 小结
• 第三章 阳能光伏发电中蓄电池的应用研究
• 3.1 太阳能光伏发电的历史与原理
• 3.1.1 光伏发电的发展历史
• 3.1.2 光伏发电的基本工作原理
• 3.2 太阳能光伏发电基本构成与特点
• 3.3 光伏发电系统中蓄电池充放电的研究与设计
• 3.3.1 蓄电池在光伏发电中的理论分析
• 3.3.2 蓄电池的主要特性参数
• 3.3.3 蓄电池充放电系统的设计
• 第四章 光伏发电技术在建筑节能中的应用研究
• 4.1 建筑结构对建筑节能的影响
• 4.1.1 地理位置
• 4.1.2 建筑朝向
• 4.1.3 太阳能建筑间距
• 4.1.4 太阳能建筑外形
• 4.2 建筑结构在节能中的设计
• 4.2.1 节能建筑对屋顶倾角的要求
• 4.2.2 太阳能建筑对墙体、窗户和遮阳板的要求
• 4.3 节能建筑中入射光线角度与光伏发电效率关系的研究
• 4.4 太阳能光伏发电在建筑上的应用
• 4.4.1 光伏建筑组件
• 4.4.2 太阳能电池组件在建筑的安装方式
• 4.4.3 太阳能光伏组件在屋面和窗户应用
• 4.4.4 光伏系统的设计步骤
• 4.4.5 太阳电池组件的设计
• 4.5 光伏建筑一体化
• 4.5.1 国外太阳能建筑一体化的发展
• 4.5.2 我国太阳能建筑一体化现状
• 4.5.3 光伏建筑一体化的意义
• 4.6 防雷与接地
• 4.6.1 雷电种类和特点
• 4.6.2 防雷保护原则
• 4.6.3 太阳能阵列防雷措施
• 4.7 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学术期间发表的学术论文及研究成果