离网太阳能光伏发电系统设计-毕业设计论文.docx

东北电力大学本科毕业设计论文离网太阳能光伏发电系统设计摘 要太阳能光伏发电是可再生能源利用的一种重要形式本文主要是对光伏发电控制系统的仿真研究首先介绍了目前国内外太阳能光伏发电技术的背景及其意义接着对太阳能光伏发电系统进行概述，介绍了它的组成和分类本文以太阳能光伏发电系统为研究对象，先对其整体结构进行设计，再对蓄电池和光伏阵列容量进行计算，最后对DC-DC变换器、DC-AC逆变器和光伏阵列进行仿真关键词 光伏电池；DC-DC变换器；逆变器；并网；仿真AbstractThe PV generation system is a significant measure in renewable energy utilization. Simulation on the control system of photovoltaic generation is presented in the thesis.Firstly,introducing the presently application and development situation of photovoltaic technology at home and abroad. Secondly, Having an overview of solar photovoltaic systems and introducing its composition and classification.Thirdly, researching three DC-DC converters’principle,presenting that using Boost DC-DC converter to realize conversion and building the simulation model after analyze the parameters.Finally,simulating and analyzing the Inverter by MATLAB,the results show that the control method and strategy is practical.Keywords: PV cell；DC-DC converter；Inverter；on grid；simulation目 录摘 要 IAbstract II第1章 绪 论 11.1 课题背景及研究的意义 11.1.1 能源短缺的问题 11.1.2 太阳能资源 21.2 太阳能光伏发电产业的前景 21.2.1 国外太阳能发电产业发展现状及趋势 21.2.2 我国太阳能发电产业发展现状及趋势 31.3 本文的研究内容 4第2章 太阳能光伏发电系统原理 52.1 光电效应概述 52.2 光生伏打效应概述及应用 52.2.1 光生伏打效应 52.2.2 光生伏打效应应用 52.3 太阳能光伏发电系统的组成 52.4 太阳能光伏发电系统的分类 62.4.1 独立供电的光伏发电系统 62.4.2 并网光伏发电系统 72.4.3 混合型光伏发电系统 82.5 本章小结 9第3章 独立光伏发电系统的设计 103.1 负载安装地点以及运行要求 103.2 独立光伏发电系统的设计 103.2.1 整体电路结构的设计 103.2.2 蓄电池容量的设计 103.2.3 光伏阵列的容量设计 113.3 本章小结 12第4章 重要部分的设计 134.1 太阳能电池方阵 134.2 光伏电源充放电控制器 164.2.1 控制器的功能： 164.2.2控制器的分类 164.2.3控制器的基本电路和工作原理 174.3 DC-DC变换器的设计 194.3.1 DC-DC变换器原理 194.3.2 基于MATLAB/SIMULINK/SimPower Systems的仿真 204.4 DC-AC逆变器的设计 214.4.1 逆变器的原理 214.4.2 太阳能光伏发电系统对逆变电源的要求 224.4.3 三相逆变器的仿真 23结 论 25参 考 文 献 26致 谢 2727第1章 绪 论1.1 课题背景及研究的意义1.1.1 能源短缺的问题在人类文明的历史长河中，人类不断地从自然界索取、探求适合生存和发展所需的各种能源，能源的利用水平折射出人类文明的进步步伐。

从原始社会开始，由地球在长达50万年的历史中积累下来的化石矿物能源，即常规能源(煤、石油、天然气等)一直是人类所用能源的基础但是常规能源的储量正随着人类文明的高度发展而迅速枯竭从资源的角度看，地球的矿物能源储量是有限的，按目前消耗的速度计，石油还可供开采40年左右，天然气约60年，煤可望达200年全球能源消耗的年增长率约为2%，近35年来世界能源消费量已经翻了一番人们预计，到2025年全球能源消耗还将再增加一倍这些都提醒人们注意到必须开发新的能源常规能源的大量利用对人类生存环境也有着日趋严重的破坏作用 到20世纪末人们开始意识到：由于每年燃烧常规能源所产生的CO2排放量约210亿吨左右，已经使地球严重污染，而且目前CO2的年排放量还在呈上升趋势CO2造成了地球的温室效应，使全球气候变暖经过较为准确的推算，如果全球变暖1.5～4.5℃,最严重的后果是海平面将上升25～145cm，沿海低洼地区将被淹没，这将严重影响到许多国家的经济、社会和政治结构此外，大量燃烧矿物燃料，会在大范围内形成酸雨，将严重损害森林和农田，目前全球已有数以千计的湖泊酸性度不断提高，并已接近鱼类无法生存的地步；酸雨还损坏石造建筑、破坏古迹、腐蚀金属结构，甚至进入饮用水源，释放出潜在的毒性金属（如镉、铅、汞、锌、铜等），威胁人类健康。

因此，人类文明的高度发展与生存环境的极度恶化，形成了强烈的反差 针对以上情况开发和使用新能源(可再生能源和无污染绿色能源)已是人类目前迫切需要解决的重要问题虽然目前人类可利用的新能源，如太阳能、风能、地热能、水能、海洋能等能源形式都是可以满足要求的但从能源的稳定性、可持久性、数量、设备成本、利用条件等诸多因素考虑，太阳能将成为最为理想的可再生能源和无污染能源能源短缺是当今社会中的热点问题，它直接制约着经济和社会的发展，可再生能源的利用也就成了当今世界关注的焦点之一太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源近年来太阳能的利用得到了世界各国的广泛关注，美国、日本、德国相继提出了“阳光计划”、“节能计划”等大力发展太阳能光伏发电技术自“六五”以来我国政府也一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展同时，照明作为日常生活中不可缺少的一部分，成为了世界各国的一项重要的能源消耗，据统计照明用电占我国总发电量的10％以上，绿色节能照明的应用越来越受到重视。

1.1.2 太阳能资源太阳能发电是个取之不尽、用之不竭的绿色能源工程2l世纪大力发展是摆在世人面前的必然大趋势现在全球有20亿人口没有用上电，我国也还有5千万无电人口，其中相当大部分处在经济不发达的边远地区，没有电力严重制约了当地经济的发展由于居住分散、交通不便，很难通过延伸公共电网来解决这些地区的供电问题这对可再生能源来说是个巨大的潜在市场4 s+ 太阳能发电具有无比优越特点：在发电过程中，不消耗地球上的资源，无任何污染，安全可靠，无嗓音，不受地域限制，无机械转动部件故障率低，维修简单，无需远距离架设输电线路，节省费用，建设周期短，可以无人值守，发电规模大小可随意，可以方便的与建筑物结合节省综合费用，高山，边远地域和海洋中小岛等，特殊地域布设太阳能发电更为方便优越上述优点正是传统发电所不及的据测算，1年内到达地球表面的太阳能总量是目前世界已探明储量能源的一万多倍我国属于太阳能较为丰富的国家之一，全国国土面积2/3的地区每年日照时数大于2000小时，仅陆地面积每年接受的太阳能辐射就约等于几个三峡工程发电量的总和开发利用太阳能的主要途径是光伏发电，他具有如下优点：无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制，无需消耗燃料，可以无人值守，建设周期短，规模设计自由度大，可就地使用，容易储存，还可以方便的与建筑物结合等，使用太阳能光伏发电可以既不为核电站可能发生核泄漏而烦恼，也不用为水电站的堤坝可能在战争或地震中崩溃而担忧。

1.2 太阳能光伏发电产业的前景1.2.1 国外太阳能发电产业发展现状及趋势全球太阳能发电产业发展现状及趋势在化石能源日益稀缺的背景下，各国均大力发展太阳能利用，其中日本、欧洲国家(德国)和美国等经济发达、能源消耗大的国家起步较早，在技术和应用上都处于领先地位由于太阳能发电成本较传统能源高，因此需要政府给予政策扶持从20世纪90年代末开始，欧美、日本等国家纷纷实行“阳光计划”，在太阳能发电的价格、税收、发展基金等方面给予较大优惠同时，在政府资助下，欧洲一些高水平的研究机构也加大了太阳能利用的研究欧美、日本等国家还制定了长期的能源发展战略，对太阳能的发展进行了长期规划1997年6月美国提出“百万太阳能屋顶计划”，计划到2010年将在100万个屋顶或建筑物其他可能的部位安装太阳能系统，包括太阳能光伏发电系统、太阳能热水系统和太阳能空气集热系统欧洲也于1997年左右也宣布了百万屋顶计划，其中，在太阳能利用领域领先的德国联合政府在欧洲百万屋顶的框架下于1998年10月提出了计划——在6年内安装10万套太阳能屋顶系统，总容量在300-500MV，每个屋顶约3-5KW日本政府的计划目标是，到2010年安装500MW屋顶光伏发电系统。

在各国政府的扶持下，世界太阳能电池产量快速增长，1995-2005年间，全球太阳能电池产量增长了17倍2005年，全球太阳能电池年产量达到了1650兆瓦，累计装机发电容量超过5GW，其中，日本太阳能电池产量达到762兆瓦，增长率为27%；欧洲产量增加48%，达到了464兆瓦；美国增加12%，达到了156兆瓦；世界其他地区增加96%，达到了274兆瓦我们预计，2010年全球太阳能电池的年产量有望达到10400兆瓦，较2005年的年产量增长6.3倍；整个行业的销售收入有望在2005-2010年间，从130亿美元提高至450亿美元，在未来5年内增长3.5倍同时，受益于规模经济、生产效率和工艺水平的提高，整个产业链的成本都有望下降，行业利润率有望保持在较高水平上1.2.2 我国太阳能发电产业发展现状及趋势我国太阳能资源非常丰富，大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，理论储量达每年1.7万亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带均为太阳能资源丰富或较丰富的地区 我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔。

第一，我国有荒漠面积100余万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西北地区，如果利用荒漠安装并网太阳能发电系统则可以提供非常可观的电量第二，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，具有良好的经济效。