能源管理實驗室新能源應(yīng)用的研究太陽能畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-17 04:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 我國太陽能開發(fā)利用有其成功之處，但用運簡單，技術(shù)低端。 自90年代以來，我國太陽能已經(jīng)進入全面啟動時期，而日漸顯現(xiàn)的常規(guī)能源危機，更是進一步加速了太陽能利用的發(fā)展速度。但我國的太陽能利用只是初級階段，主要為太陽能的熱水器，簡單照明等。 但是，總體來說國內(nèi)在太陽能利用方面還處于一個初級階段，我國在太陽能方面的技術(shù)以及應(yīng)用方面，與國外相比較還有一定的差距，隨著科技的發(fā)展，國內(nèi)在太陽能利用方面的競爭力明顯不足。要同國外大企業(yè)競爭，我們就不能局限與學(xué)習(xí)外國的技術(shù)，我們要在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新，爭取在短時間內(nèi)，縮小差距，實現(xiàn)超越。、本次畢業(yè)設(shè)計承擔(dān)的主要任務(wù) 本次畢業(yè)設(shè)計主要是設(shè)計一個實驗室系統(tǒng)，課題比較獨立，采用天達光伏TDLD系列產(chǎn)品，以實物與展板結(jié)合的形式，為模擬現(xiàn)實的LED景觀照明演示實驗板提供電能，以滿足演示景觀照明的智能控制功能。 本次設(shè)計采用理論與實踐相結(jié)合的方法，三月初結(jié)合對設(shè)計任務(wù)書的了解，到小寨實驗室進行了認(rèn)識實習(xí)，指導(dǎo)老師對課題進行了初步的指導(dǎo)說明。然后按照設(shè)計安排首先查閱資料進行初步的理論構(gòu)思，與老師、同學(xué)探討構(gòu)思的可行性，再進行書面性的理論設(shè)計，繪制系統(tǒng)圖、平面圖。定期到實驗室和老師探討，完成修改，完善初步的理論設(shè)計。四月中旬，聯(lián)系相關(guān)安裝調(diào)試的同學(xué)，到實驗室進行實物的安裝調(diào)試，結(jié)合指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，進一步完善，等達到預(yù)期效果，編寫正式的書面材料，充分準(zhǔn)備完成最終的設(shè)計答辯。 本次設(shè)計需要自己完成查閱書籍資料，網(wǎng)絡(luò)查詢學(xué)習(xí)相關(guān)知識，再通過實驗室完成實物的認(rèn)識設(shè)計出具體的試驗系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)圖，平面圖，接線圖。以及安裝調(diào)試，編寫系統(tǒng)操作說明書等一系列任務(wù)。、預(yù)期效果通過關(guān)于太陽能利用的實驗系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)節(jié)約能源、為模擬現(xiàn)實的LED景觀照明演示實驗板提供穩(wěn)定的電能，以滿足演示景觀照明的智能控制功能。第二章、總體設(shè)計 系統(tǒng)工作原理簡單，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖1，利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池，白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至設(shè)定值、充放電控制器偵測到這一電壓位后動作，蓄電池對負(fù)載放電。蓄電池按照設(shè)定的模式以及時間來放電，充放電控制器動作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。 圖1 太陽能系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計思路太陽能電池通常由半導(dǎo)體硅材料制成。其作用是把太陽能直接轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，是光伏陣列中光電轉(zhuǎn)換的最小單元。由于單個太陽電池的功率極小，因此一般不單獨作為電源使用。實際應(yīng)用中是將許多單個太陽電池經(jīng)過串、并聯(lián)組合并進行封裝后構(gòu)成太陽電池組件使用。光伏陣列就是由許多太陽電池組件經(jīng)過相應(yīng)的串、并聯(lián)后構(gòu)成。圖2所示的硅電池，它的基體材料為P型單晶硅。上表面層為N型層，是受光層，它和基體在交界面處形成一個P一N結(jié)。在上表面上加有柵狀金屬電極，可提高轉(zhuǎn)換效率。另外，在受光面上，覆蓋著一層減反射膜，它是一層很薄的天藍色氧化硅薄膜，用以減少入射太陽光的反射，使太陽電池對入射光的吸收率達到90%以上。圖2 硅太陽電池結(jié)構(gòu)太陽電池的工作原理為:當(dāng)太陽光照射P一N結(jié)時，在半導(dǎo)體內(nèi)的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應(yīng)地便產(chǎn)生了電子空穴對，并在勢壘電場的作用下，電子被驅(qū)向N型區(qū)，空穴被驅(qū)向P型區(qū)，從而使N區(qū)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴。于是就在P一N結(jié)的附近形成了與勢壘電場方向相反的光生電場。光生電場的一部分抵消勢壘電場，其余部分使P型區(qū)帶正電、N型區(qū)帶負(fù)電。于是就使得N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生了電動勢，即光生伏電動勢。當(dāng)接通外電路時，便有電能輸出。這就是太陽能電池發(fā)電的基本原理。（1）太陽能電池數(shù)學(xué)模型當(dāng)光照恒定時，由于光生電流不隨光伏電池的工作狀態(tài)而變化，因此在等效電路中可以看作是一個恒流源。光伏電池的兩端接入負(fù)載R后，光生電流流過負(fù)載，從而在負(fù)載的兩端建立起端電壓V。負(fù)載端電壓反作用于光伏電池的P一N結(jié)上，產(chǎn)生一股與光生電流方向相反的電流。此外，由于太陽能光伏電池板前后表面的電極以及材料本身所帶有的電阻率，當(dāng)工作電流流過板子時必然會引起電池板內(nèi)部的串聯(lián)損耗，故引入串聯(lián)電阻Rs。串聯(lián)電阻越大，線路損失越大，光伏電池輸出效率越低。在實際的太陽能電池中，一般串聯(lián)電阻都比較小，～3歐之間。另外，由于制造工藝的因素，光伏電池的邊緣和金屬電極在制作時可能會產(chǎn)生微小的裂痕、劃痕，從而會形成漏電而導(dǎo)致本來要流過負(fù)載的光生電流短路掉，因此引入一個并聯(lián)電阻Rsh來等效。相對于串聯(lián)電阻來說，并聯(lián)電阻比較大，一般在1K歐以上。太陽能電池的等效電路如圖3所示圖3 太陽能電池等效電路（2）太陽能電池的I一V特性曲線太陽電池的特性曲線可以表示為圖4所示。它表明在某一確定的日照強度和溫度下，太陽電池的輸出電流和輸出電壓之間的關(guān)系，簡稱I一V特性。從圖4可以看出，該伏安特性曲線具有非線性，不可能為負(fù)載提供任意大的功率，是一種非線性直流電源，其輸出電流在大部分工作電壓范圍內(nèi)近似恒定，在接近開路電壓時，電流下降率很大。太陽電池的額定功率是在以下條件下定義的:當(dāng)日照S=l000w/㎡，太陽電池溫度T=25℃，大氣質(zhì)量AM=，太
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