【正文】 I 可得： 0/ PNQN PVSPVpvp ? (312) 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 16 式中： ML —— 組件的工作電流， A； MV —— 組件的工作電壓， V； 0P —— 組件的標稱功率， w； PVQ —— 太陽電池方陣的容量， w。 因此，流過負載的電流 L為： DSCL III ?? （ 38） 理想的 pn結(jié)特性曲線方程為： DSCL III ?? { )1?AKTqUe （ 39） 根據(jù) 上 式，當 LI =O時，即得出太陽能電池的開路電壓 OCU ： ]1[ ??DSCOC IIqAKTU （ 310） 式中： DI —— 太陽能電池在無光照時的飽和電流， A 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 15 Q—— 電子電 荷，取 ?? ； K—— 玻爾茲曼常數(shù)，取 1． 38x10— 23J／ K； T—— 熱力學溫度， K； A—— 常數(shù)因子； e—— 自然對數(shù)的底。 太陽電池模型 太陽電池的電流 電壓特性 I LR LH V I S C I DR s hR s 圖 31太陽電池的等效電路圖 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 14 圖中： R—— 電池的外負載電阻， Ω ； SCI —— 短路電流，指在給定溫度日照條件下所能輸出的最大電流，即當 R=O時所測的電流， A； OCU —— 開路電壓，指在給定溫度日照條件下所能輸出的最大電壓，即當 ?LR ∞ 時所測的電壓， V； DI —— (二極管電流 )為通過 pn結(jié)的總擴散電流，其方向與 SCI 相反， A； SR —— 串聯(lián)電阻，它主要由電池的體電阻、表面電阻、電極導體電阻和電極與硅表面間接觸電阻所組成， Ω ； SHR —— 旁漏電阻，它是由硅片的邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷所引起的， Ω 。 由于太陽常數(shù)隨季節(jié)日地距離有所變化，但是變化不大 (約 3． 4％ )，對于太陽能利用系統(tǒng)的設(shè)計不會構(gòu)成較大的影響，所以我們忽略日地距離的變化，即 ( 20 )/( rr ≈ 1。s i n)((24 00 ssSC waawRRIH ?? （ 36） 式中：rr0： —— 當天日地距離修訂系數(shù)；。)ta n (a r c c o s [ baw st ??? （ 34） 傾斜面上散射輻射量 ． 考慮天空散射的各向不同性，則傾斜面上的天空散射輻射分量％可表達為： [HHDT? )1)(1(21)(00 HHHCO SbRH HH DBD ????? （ 35） 式中： DH —— 水平面上散射輻射量， W/ 2m ； H—— 水平面上總輻射量 ， W/ 2m ； 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 13 0H —— 大氣層外水平面上輻射量 ， W/ 2m ，； )s i nc os amp。0，且傾角 ab=90時， sw arccos[tan(ab)tanamp。0，且傾角 0b=a時， sw arccos[tan(ab)tanamp。0，且傾角 ab =90時， ?sw arccos[tan（ ab） tanamp。所以 ?stw =arccos[tan(ab)tanamp。 1．當赤 緯角 amp。]}中 sw 和 arccos[tan(ab)tanamp。)tantana r c c o s ( aw s ?? aww sst ta n (a r c c o s [,m in { ?? b)tanamp?！?太陽赤緯角，計算式如 (31)式； sw —— 水平面上日落時角，計算式如 (32)式； stw —— 傾斜面上日落時角，計算式如 (33)式； amp。)s i n(180s i nc os amp。s i n180s i nc os amp。 計算傾斜面上的太陽輻射量 從氣象站得 到的資料一般只有水平面上的太陽輻射總量日 H、直射 輻射量 BH 或散射 輻射量 dH ，三者關(guān)系為： H= DB HH ? 。在進行太陽電池方陣安裝傾角優(yōu)化計算的時候，要求最佳安裝傾角在盡量滿足負載需求的情況下，冬天和夏天太陽輻射量的差異盡可能小，而全年總輻射量盡可能大，二者應當兼顧。對于月平均太陽輻射量的計算，目前國外 通常用 Klein和 Thcilackcr的計算方法，可算出不同方位角和不同傾角的傾斜面上的太陽輻照量 ，但是這類計算非常復雜。實際上，即使緯度相同的兩個地方，其太陽輻射量的大小也往往相差很大，如拉薩和重慶的緯度基本相同 (僅差 0． 180)，而水平面上的太陽輻射量卻要相差一倍以上，顯然加上相同的度數(shù) 作為方陣安裝傾角是不妥當?shù)摹A角不同，方陣面接收到的太陽輻射量差別很大，這將影響到整個風光互補發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 10 3 系統(tǒng)各主要部件的數(shù)學模型 太陽能發(fā)電數(shù)學模型 計算太陽電池方陣的最佳傾角 為了獲得更多的太陽輻射，太陽電池方陣平面一般要朝向赤道，并相對地平面有一定傾角。 提出了風光互補獨立供電系統(tǒng)的運行控制策略：當風力發(fā)電機組和太陽電池方陣的發(fā)電量能滿足負載所需要的電能，而且有多余的電量時，多余的電量通過控制器流到蓄電池組儲存起來；當風力發(fā)電機組和太陽電池方陣的發(fā)電量無法滿足負載所需要的電量時，將由控制系統(tǒng)控制蓄電池組放 電來供給負載電量。未與公共電網(wǎng)連接的風光互補供電系統(tǒng)稱為離網(wǎng)型風光互補供電系統(tǒng)，又稱為風光互補獨立供電系統(tǒng)，主要應用于遠離公共電網(wǎng)的無電地區(qū)和一些特殊場合；與公共電網(wǎng)相連接的風光互補供電系統(tǒng) 稱為聯(lián)網(wǎng)型風光互補供電系統(tǒng)。其中，控制系統(tǒng)是關(guān)鍵，它應對系統(tǒng)的運行工況參數(shù) (太陽能電池板電壓、電流、太陽輻射 強度、風力發(fā)電機組屯壓、電流、風速、風向、負載電壓、電流、蓄電池蓄電量、輸出電流、輸入電流等 )進行實時檢測、運算，決定系統(tǒng)各部分的開啟或關(guān)閉；同時控制系統(tǒng)還應儲存、顯示系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)，并通過通信接口將數(shù)據(jù)傳輸、顯示并保存在計算機上，為以后的分析研究提供數(shù)據(jù)資料。 系統(tǒng)的運行控制策略 在風光互補獨立供電系統(tǒng)中，負載的電能主要由風力發(fā)電機組和太陽能電池板系統(tǒng)供給。能量產(chǎn)生環(huán)節(jié)由風力發(fā)電機組和太陽能光伏陣列組成，負責將風能及太陽能轉(zhuǎn)化為電能；能量存儲環(huán)節(jié)為蓄電池，它將風機和太陽能產(chǎn)生的電能儲存在其中，起到穩(wěn)定供電的作用；能量消耗環(huán)節(jié)指系統(tǒng)的負載，其中包括直流負載和交流負載。本文也是基于此結(jié)構(gòu)進行研究的。這無疑增加了系統(tǒng)的投資。然而起初的風光互補系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)形式只是將傳統(tǒng)的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和獨立風力發(fā)電系統(tǒng)進行一個簡單的組合。風能資源不論白天還是夜晚都存在，而太陽能資源在白天才有，但由于太陽能相對較為連續(xù)穩(wěn)定，彌補了風能的間歇性特點，而太陽能也彌補了風能在白天的不連續(xù)性。 擬解決關(guān)鍵技術(shù) 基于所建立的數(shù)學模型提出一種系統(tǒng)優(yōu)化匹配設(shè)計方法 自動尋優(yōu)法，并根據(jù)此方法開發(fā)以最小初投資滿足用戶用電要求的風光互補獨立供電系統(tǒng)優(yōu)化匹配設(shè)計軟 。 目前，許多國內(nèi)外專家致力于探索一種相對簡單的設(shè)計光伏及其與其他新能源互補發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化匹配方法，但是目前對于風光互補獨立供電系統(tǒng)的優(yōu)化匹配設(shè)計軟件在國內(nèi)還很不普遍，因此，基于此方面的欠缺，本文做了如下內(nèi)容。 宋維軍介紹了位于海拔 4500米 的長江源頭第一座自然環(huán)境保護站內(nèi)的風光互補發(fā)電系統(tǒng)的組成和發(fā)電量的計算，為該系統(tǒng)在青藏高原的推廣使用起到了示范作用。李爽在文中針對混合發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的非線性特征，提出了用遺傳算法來解決混合發(fā)電系統(tǒng)非線性優(yōu)化的方法，并研制了一套優(yōu)化設(shè)計軟件。 談蓓月、楊金煥等介紹了一種改進的風／光互補發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的新方法，通過改變太陽電池方陣的傾角來適當改變各個月份太 陽輻照量的大小及分布，使光伏發(fā)電和風力發(fā)電在各個月份的發(fā)電量更好地互相配合。 艾斌、楊洪興等人又給出了一套從描述組件特性到氣象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)學模型，介紹了利用 CAD(計算機輔助設(shè)計 )進行風光互補發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 5 設(shè)計的方法，以可靠性和經(jīng)濟性為原則，可以確定出以最低成本滿足用戶用電要求的優(yōu)化的系統(tǒng)配置。 茆美琴等人 出了基于計算機仿真計算的獨立光伏系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計模型及人機交互的動態(tài)決策方法，此優(yōu)化方法按小時進行匹配計算，應用時日射數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)。 綜上所述，國外最近幾年已經(jīng)有許多專家在風光互補發(fā)電系統(tǒng)的建模、發(fā)電量計算、容量的確定及系統(tǒng)各部件的優(yōu)化配置方面做出了努力，也開發(fā)了風光互補發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計軟件，但是由于這些軟件自身的缺點和昂貴的價格使得它的應用 并不普遍。 除了理論方面的技術(shù)方法之外，國外針對風光混合發(fā)電系統(tǒng)也已開發(fā)出相關(guān)的大型工具軟件包，例如：由 Colorado State University和National Renewable Energy Laboratory(美國可再生能源研究室 )合作開發(fā)的 hybrid2應用軟件，該軟件根據(jù)輸入 的系統(tǒng)配置、負載特性以及安裝地點的風速、太陽輻射數(shù)據(jù)，可以對一個風／光混合發(fā)電系統(tǒng)計算得出一年 8760小時的發(fā)電量，而且還可以對系統(tǒng)進行經(jīng)濟行分析。 希臘人 GC． Bikes等 引針對具體的希臘 Xanthus市的風光混合發(fā)電系統(tǒng)，在考慮了生命周期積余和 投資回收期方面對該系統(tǒng)做了技術(shù)經(jīng)濟可行性分析。 波蘭人 S． M． Pietruszko等對波 蘭 Warsaw市的一個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了為期一年的實時監(jiān)測，結(jié)果表明該系統(tǒng)運行良好，對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣應用起到了積極的示范作用。 M． M． H．等介紹了獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在戶用發(fā)電方面的應用，以及在考慮經(jīng)濟性的同時，系統(tǒng)中主要部件 (太陽能電池方陣和蓄電池組 )容量的確定。推動光電在城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域的規(guī)模化、專業(yè)化應用，可以有效帶動高新技術(shù)及節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的資金投入，可以促進建材、化工、冶金、 裝備制造、電氣、建筑安裝、咨詢服務等多個產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)調(diào)整升級，對于實現(xiàn)河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 3 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變，擴大就業(yè)，具有十分重要的現(xiàn)實意義 。推動光電建筑應用，拓展國內(nèi)應用市場，將創(chuàng)造穩(wěn)定的市場需求，促進我國光電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。近年來，我 國光電產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，目前已經(jīng)成為世界第一大太陽能電池生產(chǎn)國，有一批具有國際競爭力和國際知名度的光電生產(chǎn)企業(yè)，已形成具有規(guī)模化、國際化、專業(yè)化的產(chǎn)業(yè)鏈條。城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域是太陽能光電技術(shù)應用的主要領(lǐng)域，利用太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，解決建筑物、城市廣場、道路及偏遠地區(qū)的照明、景觀等用能需求，對替代常規(guī)能源，促進建筑節(jié)能具有重要意義。隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的加快和人民生活水平提高，建筑用能迅速增加。意見要求，為有效緩解光電產(chǎn)品國內(nèi)應用不足的問題，在發(fā)展初期采取示范工程的方式 ，實施中國 “太陽能屋頂計劃 ”，加快 光伏發(fā)電在 城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域的推廣應用 。居住小區(qū) 的太陽能利用不僅可以節(jié)省電能，同時也可以改善、保護和優(yōu)化環(huán)境，是一種新的 綠色 能源，也是小區(qū)建設(shè)中符合可持續(xù)性發(fā)展節(jié)能的一個方向，因此備受日本政府的重視、支持和鼓勵。在節(jié)電方面，日本居住小區(qū)中比較普遍地應用太陽能，它大多屬于被動式太陽房系統(tǒng)。在建筑物的保暖節(jié)能方面，規(guī)范中對建筑物的圍墻結(jié)構(gòu)、分層厚度及選用保暖材料等均 有 具體的規(guī)定。 在日本，普通的居住小區(qū)對節(jié)能十分重視，太陽能利用比較普遍。該計劃是美國面向 21世紀的一項由政府倡導、發(fā)展的中長期計劃。統(tǒng)計資料表明，到 2020年底 ，世界光伏 累計裝機容量預計將達到 1416GWp，到 2020年，世界光電系統(tǒng) 累計裝機容量預計將達到 70GWp，而到 2030年，世界光電系統(tǒng) 累計裝機容量預計將達 150GWp。于歐洲光伏工業(yè)協(xié)會將 2020年至 2020年的光電市場 的