【正文】 就形成電流。也考慮了蓄電池的容量問題，在容量上提供了 200%的預留空間。 本文主要工作 本文 主要研究利用太陽能，為家庭供電，不僅要在理論上行得通，而且當此系統(tǒng)應用到現(xiàn)實生活中的生活，也是要完全勝任的，無論是軟件方面，還是硬件方面，都能滿足絕大多數(shù)家庭的需要。隨著《可再生能源法》的正式實施，與以往相比 ，具有可持續(xù)發(fā)展的太陽能發(fā)電正面臨著更大的發(fā)展機遇。 中國太陽能發(fā)電經(jīng)過多年的發(fā)展，取得了許多顯著的進步。除了政府支助研發(fā)，還建立了數(shù)目可觀的技術(shù)商品化示范項目 [2] 。 以色列在太陽能的利用和研究方面，不但受到政府，研究機構(gòu)和企業(yè)的高度重視，還與歐美等國家和地區(qū)有著廣泛的合作關(guān)系，使以色列在此領(lǐng)域一直保持了世界先進水平。經(jīng)過多年的苦心經(jīng)營，日本成為世界上能源利用效率最高的國家之一（為美國的 倍）。日本正在極力謀求多角度、全方位的能源安全措施，通過這些努力來保護環(huán)境，構(gòu)筑新層次的可持續(xù)發(fā)展的社會。 5 1973 年第一次石油危機的爆發(fā)對日本產(chǎn)生了重大影響，石油危機終結(jié)了日本經(jīng)濟高速增長的時代。個人購買套太陽能發(fā)電裝置的需要先投資 萬歐元。它由兩家私人企業(yè)聯(lián)合策劃，建成后發(fā)電功率是目前世界上最大的 5 兆瓦風力發(fā)電站的兩倍多。太陽能發(fā)電技術(shù)位居世界前列的德國，在巴伐利亞州法蘭哥尼亞地區(qū)的阿恩施泰因建成大型的太陽能發(fā)電場，其發(fā)電功率為 兆瓦，可以同時滿足 3500 戶家庭的用電需要。 世界目前已有近 200 家公司生產(chǎn)太陽能電池，但生產(chǎn)設(shè)備廠主要在日企之手。目前雖已用模型飛機實現(xiàn)了短距離、短時間、小功率的微波無線輸電，但離真正實用還有漫長的路程。但這需要解決向地面無線輸電問題。另一是天上發(fā)電方案。 萬平方公里才占全部海洋面積 %或全部沙漠的 %，甚至才是撒哈拉沙漠的 %。準備利用地面上沙漠和海洋面積進行發(fā)電，并通過超導電纜將全球太陽能發(fā)電站聯(lián)成統(tǒng)一電網(wǎng)以便向全球供電。 太陽 能發(fā)電有更加激動人心的計劃?，F(xiàn)在世界上 MW 級太陽能發(fā)電站已超過 10 座，其中最大的一個容量達到 。世界各主要國家都在努力提高太陽能發(fā)電設(shè) 備的 4 生產(chǎn)規(guī)模和應用規(guī)模，因為太陽電池從生產(chǎn)量 10MW 開始，每增加一倍，成本將降低 20%。從長遠看，太陽能利用技術(shù)和裝置的大量應用，也必然可以制約礦物能源價格的上漲。大力開發(fā)新能源和可再生能源的利用技術(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施。隨著能源形式的變化，常規(guī)能源的 貯量日益下降，其價格必然上漲，而控制環(huán)境污染也必須增大投資。 世界上越來越多的國家認識到一個能夠持續(xù)發(fā)展的社會應該是一個既能滿足社會需要，而又不危及后代人前途的社會。這次會議之后，世界各國加強了清潔能源技術(shù) 的開發(fā)，將利用太陽能與環(huán)境保護結(jié)合在 一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強。 太陽能發(fā)電研究現(xiàn)狀與前景 由于大量燃燒礦物能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅。一種是將太陽熱能直接轉(zhuǎn)化成電能，如半導體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電，堿金屬熱電轉(zhuǎn)換，以及磁流體發(fā) 電等。它包括光伏發(fā)電、光化學發(fā)電、光感應發(fā)電和光生物發(fā)電四種形式，在光化學發(fā)電中有電化學光伏電池、光電解電池和光催化電池。 利用太陽能發(fā)電有兩大類型，一類是太陽光發(fā)電（亦稱太陽能光發(fā)電），另一類是太陽熱發(fā)電（亦稱太陽能熱發(fā)電）。目前，太陽能家用供電不能普及的原因除造價高外，還沒有較為合適的控制器為用戶提供便捷的使用服務，這是制約其發(fā)展的因素之一。中國比較成熟太陽能產(chǎn)品有兩項：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng)。 我國蘊藏著豐富的太陽能資源，太陽能利用前景廣闊。全世界對能源的消耗在 1970 年約為 83 億噸標準煤，而在 1995 年，這種消耗達到了 140 噸標準煤，即 25 年間增長了 %，并預計，到 2020 年全世界對能源的消耗會達到 195 億噸標準煤 [1]。 太陽能的能源是來自地球外部天體的能源（主要是太陽能），是太陽中的 氫原子核在超高溫時聚變釋放的巨大能量，人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。但太陽能也有兩個主要缺點：一是能流密度低；二是其強度受各種因素（季節(jié)、地點、氣候等）的影響不能維持常量。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。太陽是一個巨大、久遠、無盡的能源。 太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應過程產(chǎn)生的能量。 1 目 錄 1 緒論 ............................................................ 2 家用太陽能供電的意義與背景 ...................................2 太陽能發(fā)電研究現(xiàn)狀與前景 .....................................3 本文主要工作 ................................................5 2 太陽能發(fā)電原理 .................................................. 6 太陽能電池板的發(fā)電原理 .......................................6 太陽能蓄電池的原理 ...........................................8 逆變器的工作原理 ............................................11 3 太陽能家用供電系統(tǒng)的設(shè)計 ....................................... 12 家用太陽能供電系統(tǒng)組成 ......................................12 家用太陽能供電系統(tǒng)組成原件介紹 ..............................12 需求分析 ...................................................17 系統(tǒng)設(shè)計 ...................................................18 4 軟硬件的選擇 ................................................... 20 硬件的選擇 .................................................20 軟件的設(shè)計 .................................................26 5 結(jié)論 ........................................................... 33 參考文獻 .......................................................... 34 致謝 .............................................................. 35 2 1 緒論 家用太陽能供電的意義與背景 隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，人類環(huán)境保護意識的增強以及傳統(tǒng)能源的日益枯竭，人們迫切的需要尋找一種新型的清潔的能源以代替由煤炭，石油，天然氣組成的傳統(tǒng)能源。太陽能就是一種可再生的新型能源，太陽能發(fā)電，不會產(chǎn)生任何廢料，也不會排放任何氣體，對環(huán)境沒有任何影響，是一種完完全全清潔的能源，如果太陽能能夠取代傳統(tǒng)能源，那么對人類的可持續(xù)發(fā)展是有很深遠的意義的。地球軌道上的平均太陽輻射強度為 1367kw/m2。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量（約為 1026W）的 22 億分之一，但已高達 173,000TW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于 500 萬噸煤。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。這兩大缺點大大限制了太陽能的有效利用。 隨著社會生產(chǎn)的日益發(fā)展，人類對電的需求每年以很大幅度增加，進而對能源的需求也迅速增長。 因此，采用既清潔，又可再生的新型能源是十分有必要的，尤其是我過是世界上的能源消耗大國，更應該為可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護工 作盡一份力，太陽能就是我們想要的新型能源，它不僅可以解決能源枯竭的問題，也不會產(chǎn)生溫室氣體，對環(huán)境零污染。目前，中國太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是全球太陽能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家和重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國。 太陽能供電進入家庭是一種趨勢。故本課 3 題設(shè)計一種太陽能家用 系統(tǒng)，為太陽能供電進入千家萬戶奠定基礎(chǔ)。太陽能光發(fā)電是將太陽能直接轉(zhuǎn)變成電能的一種發(fā)電方式。太陽能熱發(fā)電是先將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化成電能，它有兩種轉(zhuǎn)化方式。另一種方式是將太陽熱能通過熱機（如汽輪機）帶動發(fā)電機發(fā)電，與常規(guī)熱力發(fā)電類似，只不過是其熱能不是來自燃料，而是來自太陽能。在這樣背景下， 1992 年聯(lián)合國在巴西召開 “世界環(huán)境與發(fā)展大會 ”，會議通過了《里約熱內(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言》， 《 21 世紀議程》和《聯(lián)合國氣候變化框架公約》等一系列重要文件，把環(huán)境與發(fā)展納入統(tǒng)一的框架，確立了 可持續(xù)發(fā)展的模式。世界環(huán)發(fā)大會之后，中國政府對環(huán)境與發(fā)展十分重視，提出 10 條對策和措施，明確要 “因地制宜地開發(fā)和推廣太陽能、風能、地熱能、潮汐能、生物質(zhì)能等清潔能源 ”，制定了《中國 21 世紀議程》，進一步明確了太陽能重點發(fā)展項目 [2]。因此，盡可能多地用潔凈能源代替高含碳量的礦物能源，是能源建設(shè)應該遵循的原則。中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，煤炭約占商品能源消費結(jié)構(gòu)的 76%，已成為中國大氣污染的主要來源。能源問題是世界性的，向新能源過渡的時期遲早要到來。 目前全世界有 136 個國家正在普及推廣應用，其中 95 個國家正在大規(guī)模研究開發(fā)和生產(chǎn)各種太陽能發(fā)電設(shè)備和太陽電池應用產(chǎn)品。應用上建立 MW 級的大型太陽能發(fā)電站，不但可以降 低成本，還可以緩解荒漠和海島地區(qū)的供電和環(huán)境問題，為荒漠地區(qū)打井抽水和海島淡化海水提供動力，改善生態(tài)環(huán)境。 太陽能的使用主要分為幾個方面：家庭用小型太陽能電站、大型并網(wǎng)電站、建筑一體化光伏玻璃幕墻、太陽能路燈、風光互補路燈、風光互補供電系統(tǒng)等，現(xiàn)在主要的應用方式為建筑一體化和風光互補系統(tǒng)。一是日本提出的創(chuàng)世紀計劃。據(jù)測算，到 2021 年、 2050 年、 2100 年，即使全用太陽能發(fā)電供給全球能源，占地也不過為 萬平方公里、 萬平方公里、 萬平方公里。因此這一方案是有可能實現(xiàn)的。早在 1980 年美國宇航局和能源部就提出在空間建設(shè)太 陽能發(fā)電站設(shè)想，準備在同步軌道上放一個長 10 公里、寬 5 公里的大平板，上面布滿太陽電池，這樣便可提供 500 萬千瓦電力?，F(xiàn)已提出用微波束、激光束等各種方案。 隨著我國技術(shù)的發(fā)展，在 2021 年，中國有三家企業(yè)進入了全球前十名，標志著中國將成為全球新能源科技的中心之一，世界上太陽能光伏的廣泛應用，導致了目前缺乏的是原材料的供應和價格的上漲，我們需要將技術(shù)推廣的同時，必須采用 新的技術(shù)，以便大幅度降 低成本，為這一新能源的長遠發(fā)展提供原動力 。日本的生產(chǎn)水平處于世界領(lǐng)先水平。這座太陽能發(fā)電場占地 77 公頃，將擁有 1500 套太陽能發(fā)電裝置。這兩家企業(yè)計劃完全通過私人購買的方式，籌集建場所需的 7500 萬 歐元。據(jù)調(diào)查，這種集資建太陽能發(fā)電場的全新途徑在德國有著廣闊的發(fā)展前景。此后，日本政府提倡節(jié)省能源，加強新能源開發(fā)，放寬能源限制，大力開發(fā)新能源，采用太陽能、風能、燃料電池、氫能、超導能等。在替代能源和節(jié)能技術(shù)的研發(fā)上，日本舍得投入，力圖確保未來能源科技的制高點，推出 新陽光計劃 ，每年撥款 570 多億日元研究再生能源技術(shù)、能源輸送與儲存技術(shù)等。日本的太陽能技術(shù)全球獨領(lǐng)風騷， 2021 年日本的太陽能發(fā)電量占全球總量的 46%。美國在太陽嫩光電技術(shù)發(fā)展與應用過程中，政府和民間重視研究，開發(fā)和推廣新技術(shù)以降低經(jīng)濟成本。 依靠強有力的技術(shù)支撐，美國的太陽能技術(shù)逐年提高。但由于基礎(chǔ)薄弱，在太陽能發(fā)電的發(fā)展的過程中，面臨了許多問題，例如，并網(wǎng)發(fā)電成本高，技術(shù)落后，政府激勵措施不足，科研力度不夠等諸多困難。太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)和相關(guān)科研機構(gòu)應抓住這一契機，制定一個系統(tǒng)可行的規(guī)劃，逐步解決現(xiàn)有困難，早日使其在全國乃至全球廣泛的施行，為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略做出貢獻。包含了原件的選擇與系統(tǒng)的設(shè)計，同時考慮到了連續(xù)陰雨天太陽能電池板無法正常工作，利用市電備用來解決這個主要問題，同時選用