降尘对光伏发电的影响研究.doc
- 文档编号:14734671
- 上传时间:2023-06-26
- 格式:DOC
- 页数:37
- 大小:1.81MB
降尘对光伏发电的影响研究.doc
《降尘对光伏发电的影响研究.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《降尘对光伏发电的影响研究.doc(37页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
内蒙古工业大学本科毕业论文
学校代码:
10128
学号:
200820301178
本科毕业论文
(
题目:
降尘对光伏发电的影响研究
学生姓名:
徐娣
学院:
能源与动力工程学院
系别:
热能与动力工程系
专业:
热能与动力工程
班级:
热动08-5
指导教师:
李军利讲师/硕士
二〇一二年六月
31
内蒙古工业大学本科毕业论文
摘要
太阳能发电分为光热发电和光伏发电。
通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电,简称“光电”。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
这种技术的关键元件是太阳能电池。
太阳能电池板表面在户外环境中常常会有积灰,从而影响到整个光伏发电系统的发电效率。
一般情况下,电池板上的积灰会造成光伏系统2%到10%输出损失。
这种现象在缺雨少水的北方地区特别严重。
并且大多数光伏发电站都建立在沙漠边缘,刮风扬沙的恶劣天气比较频繁,因此,了解和掌握空气中灰尘颗粒沉降到太阳能电池板上面的时间,并确定好清理太阳能电池板积灰的频率和开发有利于积灰清理的新型太阳能电池板是十分必要的。
本论文的主要目的就是找到积灰沉降到太阳能电池板的速度,制定出一般情况下清理电池板积灰的最佳方案,讨论一些对于积灰清洁有利的想法,探讨太阳能光伏发电系统中所能利用到的国内外的先进技术及经验。
从而掌握太阳能电池板除尘技术的大致方向,为今后的设计有一个指向作用。
关键词:
太阳能利用;光伏发电;电池板除尘;光伏积灰
Abstract
Solarpowerisdividedintosolar-thermalpowergenerationandphotovoltaicpowergeneration.Thesolarpowerweusuallysayreferstothesolarphotovoltaicpowergeneration,"thephotoelectric"forshort.Photovoltaicpowergenerationisakindoftechnologythatusethephotovoltaiceffectofsemiconductorandproduceelectricpowerdirectly.Thekeyelementissolarcells.
Solarcellsisintheoutdoorenvironmentandthesurfaceoftenhavedust,thusaffectingtheefficiencyofphotovoltaicpowergenerationsystemofpower.Usually,thedustcancausea2%to10%outputloss.Thisphenomenonintheplacethatlackofrainwaterinthenorthernregion,isespeciallyserious.Andmostphotovoltaicpowerstationarelocatedinthedesertmarginal,sandstormfrequentlyoutbreaking,therefore,understandingandknowinghowlongdustfallingtosolarcellsanddeterminingthegoodcleaningmethodandthefrequencytocleaningthesolarcellsisverynecessary.
Themainpurposeofthispaperistoworkingoutthespeeddustfallingonthesolarcells,todiscussingthebestwaytocleanthesolarcellsandnewtechnologyofsolarcells,thispaper
alsodiscussesthedomesticandinternationaladvancedtechnologyandexperienceusedinsolarphotovoltaicpowergenerationsystemandgivesomeexampletothefutureresearch.
Keywords:
Solarenergyutilization;Photovoltaicpowergeneration;Cleaningdustonsolarcells;Photovoltaicfouling
目录
引言 1
第一章太阳能资源分析 2
1.1世界的太阳能资源 2
1.2我国的太阳能资源 3
1.2.1我国太阳能资源分布的主要特点 3
1.2.2我国太阳能资源的区域划分 4
1.3内蒙古地区的太阳能资源的特点 6
1.4太阳能发展状况 6
1.4.1国外太阳能发展状况 6
1.4.2国内太阳能发展状况 7
第二章太阳能光伏发电简介 8
2.1光伏发电理论 8
2.2太阳能发电系统的主要组成部分及作用 9
2.2.1太阳能电池板 9
2.2.2太阳能充电控制器 10
2.2.3蓄电池 10
2.2.4逆变器 10
2.3太阳能光伏发电系统的最基本原件 10
2.4光伏发电的发展 10
2.4.1世界的光伏电站发展状况 11
2.4.2我国的光伏电站发展状况 11
第三章光伏工程建设及应用现状 13
3.1工程应用现状 13
3.1.1光电水泵 13
3.1.2光伏建筑一体化 13
3.1.3太阳能LED航标灯 14
3.1.4太阳能路灯 15
3.2光伏行业发展存在的问题 16
3.3影响光伏发电效率的主要因素 16
3.3.1辐射量的影响 16
3.3.2太阳能光伏组件的特性影响 17
3.3.3逆变器效率的影响 17
3.3.4温度特性 17
3.3.5负载特性 18
第四章积灰对光伏发电的影响 19
4.1研究电池板积灰理论的意义 19
4.2光伏电池板积灰的形成机理 19
4.2.1尘埃颗粒沉速的计算 20
4.2.2电池板积灰的分类 23
4.2.3积灰对光伏效率的影响机理 24
4.3国内外积灰研究数据总结 25
4.4光伏电池积灰的清洗方案 27
4.5应对积灰的新型电池板 28
第五章结论与展望 30
5.1结论 30
5.2展望 30
谢辞 31
参考文献 32
内蒙古工业大学本科毕业论文
引言
能源是一个国家经济发展的重要物质基础,在社会的可持续发展过程中起着举足轻重的作用。
随着世界的能源消耗剧增,煤、石油、天然气三大传统资源消耗迅速,并且造成了生态环境的不断恶化,特别是温室气体排放导致的日益严重的全球温室效应,人类社会的可持续发展因此而受到了严重的威胁[1]。
充足的能源保证,不仅能够为工业提供动力,为农业发展提供保障,推动技术的革新,保障国民经济的快速发展,而且还能促进人民生活水平的提高,创造出更多的就业机会,促进人类社会的发展。
而世界经济的高速发展,又能促进能源开发和能源利用的技术水平相应的提升,二者既是互相促进,又是互相制约的[2]。
随着全世界人口数量的急剧增长,人类社会的能源需求也持续增长。
化石能源在人类的大量开采下终会枯竭,所以为了保证人类社会的持续发展,人类必须寻找到化石燃料的替代品——可再生能源。
开发和利用可再生能源成为了世界能源可持续发展战略的重要组成部分,同时也是大多数发达国家和部分发展中国家21世纪能源发展战略的最基本选择。
国家“十一五”期间的可再生能源发展中,太阳能战略布局与建设重点是太阳能发电。
因地制宜的采用光伏发电、风光互补发电、光水互补发电等系统解决偏远地区无电农牧民的日常供电问题。
采取资源优化原则,重点解决内蒙古、西藏等七个西部省区偏远地区无电居民的基本生活用电的问题。
保证每户每年获得不少于200kW·h的基本电力供应。
对学校等公益设施场所优先给与保证。
重点省(自治区)内蒙古、西藏、青海、新疆、云南、四川等,光伏发电装机容量规划为15万kW。
在太阳能资源较好的人口百万以上的中心城市,重点是省级城市,特别是有重要影响的直辖市地区,启动“光伏屋顶”计划、“绿色照明”计划等太阳能利用工程。
在主要标志性建筑区和建筑物上成规模地应用先进的光伏发电系统。
对高档的建筑物政策性地推行光伏建筑一体化设计。
无论是国家“十一五”可再生能源规划战略布局,还是2020年之后的国家可再生能源战略目标,都希望将太阳能资源比较丰富的内蒙古地区建设成为国家的可再生能源供应基地。
其中,太阳能光伏发电和热发电都要有积极的进展,总的装机容量要在全国比例中占到25%-33%。
因此研究该课题具有十分重要的现实意义。
第一章太阳能资源分析
太阳能是指有太阳辐射出来的能量。
地球上除去原子核能与地热能,太阳是各种能量的来源。
太阳是一个炙热的气态球体。
它直径约为1.39×10km,质量约为2.2×10t是地球质量的3.32×10倍,体积则比地球要大1.3×10倍,而平均密度只为地球密度的。
太阳主要的组成气体为氢(大约71%)和氦(大约27%),它表明的有效温度大约6000K,中心温度在800万~4000万K之间,压力大约1.96×10kPa。
在高温高压的环境下,太阳内部在持续不间断地进行着核聚变反应,所以其连续不断地对外释放着巨大的能量,并以对流和辐射的传热方式由内部向外表面传递这部分能量,其温度也是由内部核心到外表面逐渐降低。
这也正是太阳对外部空间辐射的巨大能源的来源。
1.1世界的太阳能资源
太阳能资源的全球分布并不均衡,当北半球已经春暖花开的时候,南半球却还过着冰天雪地的冬天。
并且因为日照强度的不一样,全球不同地区的温度也是不一样的,所以太阳能的分布情况也不同。
图1-1
太
阳
能
资
源
的
全
球
分
布
图
从全球范围来看,亚洲中东地区不仅盛产石油,而且还有比较丰富的太阳能资源。
以色列从20世纪70年代就开始了大规模的开发和利用太阳能,是中东地区太阳能应用比较普及的国家。
我国的青藏高原、印度和巴基斯坦地区,太阳能资源也非常的丰富和集中。
在遥远的非洲北部地区、南部地区,以及大洋洲的新西兰、澳大利亚等国,太阳能资源也非常丰富,都是利用和开发太阳能资源的极佳地区。
在太阳能资源较丰富的北美中部、中美地区、南美南部等地区,开发和利用反战太阳能利用技术都具有一定的优势。
东亚、东欧、北美北部、南美中北部等地区和大洋洲部分地区、非洲中部地区太阳能资源丰富程度一般,但也可以实现对太阳能资源的有效利用[3]。
1.2我国的太阳能资源
我国地域辽阔,有着比较丰富的太阳能资源分布。
据计算,我国陆地表面每年所接收的太阳辐射能大约为50×10kJ,全国太阳年辐射总量达到335~837kJ/(cm·a)。
从太阳年辐射总量来看,内蒙古南部、西藏、新疆、青海、山西、陕西北部、山东、河北、辽宁、吉林西部、云南西南和中部、广东东南部、福建东南部、海南东部以及台湾地区西南部等地区的太阳能辐射总量很大。
其中青藏高原地区的太阳能资源最丰富,在那里,平均海拔在4000m以上,大气层很薄而且清洁,透明度高,维度低,日照时间也长。
被人们称作“日光之城”的拉萨,1961~1970年间的平均日照时间为3005.7h,相对日照为68%,年平均晴天数为108.5天,阴天数为98.8天,年平均云量约为4.8,太阳总辐射量为816kJ/(cm·a),相比于其他省市和同纬度地区都要高。
全国地区以四川和贵州两个省区的太阳能辐射总量最少,其中四川盆地为最,那里常年多雨、多雾,晴天很少。
比如:
有中国“雾都”之称的成都,年平均日照时长仅为1152.2h,相对日照只有26%,年平均晴天数为24.7天,阴天数达到了244.6天,年平均云量值高达8.4。
1.2.1我国太阳能资源分布的主要特点
我国太阳能资源分布的主要特点如下:
太阳能高值中心和低值中心都处于北纬22~35一带,高值中心位于青藏高原地区,低值中心位于四川盆地;太阳年辐射总量在西部地区高于东部地区,除新疆和西藏自治区的地方基本都是南部地区低于北部地区;因为南部多数地区阴雨天气较多,在北纬30~40地区,太阳能资源的分布情况则与一般的太阳能资源随纬度而变化的规律正好相反,太阳能资源是随着纬度的增加而增长的。
图1-2图示为全国太阳能日照时段分布图
1.2.2我国太阳能资源的区域划分
根据接受太阳能辐射量的大小以及日照时长的不同,我国在地域上大致可以分为五类地区。
一类地区:
全年日照时数在3200~3300h,辐射量在670~837kJ/(cm·a)。
相当于225~285kg标准煤燃烧所放出的热量,主要包括青藏高原,甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地区。
这一区域是我国太阳能资源最丰富的地区,与巴基斯坦和印度北部地区的太阳能资源相当。
特别是西藏地区,地势高,太阳光的透射性也好,太阳辐射总量最大值达到921kJ/(cm·a),仅次于撒哈拉大沙漠,位居世界第三位,其中我国的拉萨是世界闻名的日光之城。
二类地区:
全年日照时数在3000~3200h,辐射量在586~670kJ/(cm·a)。
相当于200~225kg标准煤燃烧所放出的热量,主要包括内蒙古南部、山西北部、河北西北部、甘肃中部、宁夏南部、青海东部、新疆南部和西藏东南部等地区。
这类区域为我国太阳能资源较丰富区。
三类地区:
全年日照时数在2200~3000h,辐射量在502~586kJ/(cm·a)。
相当于170~200kg标准煤燃烧所放出的热量,主要包括河北东南部、山西南部、新疆北部、山东、河南、甘肃东南部、陕西北部、广东南部、福建南部、安徽北部等地区。
四类地区:
全年日照时数在1400~2200h,辐射量在419~502kJ/(cm·a)。
相当于140~170kg标准煤燃烧所放出的热量,主要包括长江中下游地区、福建、浙江和广东部分地区,此类地区春夏多阴雨,秋冬两个季节的太阳能资源还可以。
五类地区:
全年日照时数在1000~1400h,辐射量在335~419kJ/(cm·a)。
相当于115~140kg标准煤燃烧所放出的热量,主要包括贵州和四川。
这两个省是我国太阳能资源较为贫乏的地区。
地区分类
日照时数
(h/a)
年辐射总量
(MJ/m2·a)
主要地区
备注
一类
3200-3300
6680~8400
宁夏北部,甘肃北部,新疆南部,青海西部,西藏西部
太阳能资源最丰富区
二类
3000-3200
5852~6680
河北西北部,山西北部,内蒙古南部,宁夏南部,甘肃中部,青海东部,西藏东南部,新疆南部
太阳能资源较丰富区
三类
2200-3000
5016~5852
山东,河南,河北东南部,山西南部,新疆北部,吉林,辽宁,云南,陕西北部,甘肃东南部,广东南部
太阳能资源次丰富区
四类
1400-2000
4180~5016
湖南,广西,江西,浙江,湖北,福建北部,广东北部,陕西南部,安徽南部
太阳能资源中等地区
五类
1000-1400
3344~4180
四川大部分地区,贵州
太阳能资源较差地区
由表格中数据可以看出:
我国一、二、三类地区,全年太阳日照时数大于2000h,辐射总量大于502kJ/(cm·a),是我国太阳能资源丰富或较丰富区域,占全国总面积的2/3以上,具备太阳能利用的良好条件。
四、五类地区的太阳能资源虽然较差,但仍然具备一定的利用价值[4]。
1.3内蒙古地区的太阳能资源的特点
内蒙古西部月平均气温在10℃以上,日照时数6小时以上的天数在250~300天,年太阳能资源总量在62.2亿J/㎡以上,属于太阳能资源较丰富地区。
内蒙古地区海拔较高,晴天多太阳辐射强度大,日照时数也较长,在2600~3400h之间,属于全国的高值地区,光能资源很丰富,全区的太阳能辐射量在115~167kcal/(cm·a)之间,仅次于青藏高原,居于全国第二位。
全区的太阳能资源分布自东向西南逐渐增多,以巴彦淖尔西部以及阿拉善盟最多,特别是每年4~6月间,东南季风还未推进到内蒙古境内,所以空气干燥,阴雨天气较少,日光充足。
内蒙古还拥有丰富的生物质资源,地广人稀,土地利用成本低,具备了发展可再生能源不可多得的优势。
1.4太阳能发展状况
太阳能利用技术已经成为了世界各国科学界研究的主题,许多发达国家已经制定了优惠的政策来扶植本国的太阳能产业和本国的太阳能市场发展。
随着大型太阳能光伏并网发电关键技术的掌握以及逆变技术的日趋完善和成熟,太阳能光伏发电项目也逐步由小型、中型向着大型和超大型并网发电项目发展。
在相关的技术领域,国外已开发出了大功率太阳能光伏电站控制器、逆变器、并网装置以及相应的配套组、部件,并建立了电站成套设备生产线。
在光电池方面,一是不断研发出生产高效光电池的技术、设备,二是在材料上的突破性进展。
可以说,太阳能光伏发电技术和产业正在蓬勃发展,预计在今后10年光伏组件的生产将以至少30%的速度高速发展,太阳能光伏发电量将会达到世界总发电量的15%~20%,同时太阳能将会成为人类重要的基础能源之一。
1.4.1国外太阳能发展状况
太阳能热发电系统自20世纪80年代初研究实验成功以后,目前,很多发达国家已经投入了大量的人力、物力来开展太阳能热发电的研究和试验工作。
从几千瓦的独立发电系统到百兆瓦的并网发电系统都已经成功运行。
目前,世界上又兴起了“太阳屋顶”热,美国、日本、德国、欧洲各国相继提出了“10万屋顶”、“百万屋顶”、“光伏屋顶”计划,把太阳能与建筑物一体设计理念推到了一个新的阶段。
所谓的“零能建筑”,指的就是建筑物由“太阳屋顶”提供建筑所需要的全部能量,一般在屋顶安装3~5kW并网太阳能发电系统,部分建筑物还安装了太阳能集热器,为建筑物供热。
在2000年世界光伏电池的产品中,其中大约一半左右用于“太阳屋顶”和并网系统。
1.4.2国内太阳能发展状况
我国在光伏发电组件的研发和产业化方面发展迅速,但在光伏发电设备方面仍然落后于世界发达国家,尤其在太阳能光伏电站智能控制器、正弦波逆变器、并网逆变器、最大点跟踪器等关键设备方面,而这些关键技术又是光电技术主流技术发展的重点。
随着我国光电产业20多年的不断提高和改进,尤其在国家启动“光明工程”以后,光伏发电技术和设备都有了较大的改进和提高,对太阳能并网发电技术起到了产业促进的作用,对“绿色电力”的发展提供了可靠保障,而国家纲要、政策、法规又为“绿色电力”的发展奠定了坚实的物质基础。
在“八五”、“九五”、“十五”期间,国家科技部将大型太阳能热发电关键技术的研究列入了国家科技攻关计划,将小型碟式太阳能热发电装置的研究列入了“863计划”,由国家科学院电工研究所等相关单位进行科技攻关和开发研究[5]。
第二章太阳能光伏发电简介
2.1光伏发电理论
太阳能光利用最为成功的是用光—电转换原理研制而成的太阳能电池(又称为光电池)。
世界上第一台实用型太阳能电池是1954年在美国的贝尔实验室诞生的,随后在1958年,该技术就被用于“先锋一号”人造卫星的电源。
太阳能电池是半导体材料的内部光电效应的产物,当太阳光照射到一种被称之为“PN结”的硅半导体时波长极短的光很容易被半导体晶体内部所吸收,并去碰撞硅原子中的“价电子”,于是“价电子”便获得了能量,从而成为自由电子而脱离晶格的束缚,进而产生了电子的流动。
图2-1太阳电池结构原理图
在某一确定的太阳辐射强度和温度下,太阳能电池的输出电压和输出电流之间存在一关系,即太阳能电池的I-V曲线。
如图所示:
图2-2太阳电池I-V特性曲线
太阳能电池的伏安特性曲线表面,太阳能电池既不是恒压源,也不是恒流源,而是一种电流和电压非线性关系的直流电源。
其输出电压在工作电压的范围内比较恒定,在达到足够高的电压之后,电流迅速降低到零。
2.2太阳能发电系统的主要组成部分及作用
太阳能光伏发电系统是根据光生伏打效应原理,通过太阳能电池板将太阳光辐射的能量直接转化为电能。
太阳能光伏发电系统的运行主要有离网运行和联网运行两大类。
不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要的三大组成部分一样:
太阳电池板(组件)、控制器和逆变器。
它们主要由电子元件组成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精细,可靠、稳定性好、寿命长、安装维护简便。
从理论上讲,光伏发电系统可以运用于任何需要电源的场合,上至航天飞机,下至家用电器,大到兆瓦级的太阳能光伏电站,小到玩具小汽车,光伏电源无处不在[6]。
图2-3太阳能发电原理图
太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组构成;如果输出电压为交流220V或者110V,还需要配备逆变器。
2.2.1太阳能电池板
太阳能电池板是整个太阳能发电系统的核心部件,也是太阳能发电系统中价值最高的部件。
其作用是将太阳的辐射转换为电能,要么送往蓄电池储存起来,要么直接用于推动负载工作做功。
太阳能电池板的质量好坏和成本将会直接决定整个系统的质量以及成本。
2.2.2太阳能充电控制器
太阳能充电控制器的作用是控制整个太阳能发电系统的工作状态,并对蓄电池起过充电保护和过放电保护作用。
在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿功能。
并具备以下附加功能:
光控开关、时控开关等。
2.2.3蓄电池
蓄电池一般为铅酸电池,在微小型系统中,也可能用到锂电池、镍氢电池或者镍镉电池。
其主要作用是在有光照时将太阳能电池板所转换的电能存储起来,到需要的时候释放出来,供用电设备使用。
2.2.4逆变器
居民生活用电一般都是AC220V,在一些场合还需要使用AC110V的电源。
人们经常使
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 降尘 对光 发电 影响 研究