【正文】 ............... 40 孤島效應(yīng)的分析和危害 ................................................................................ 40 孤島效應(yīng)的檢測(cè) ........................................................................................... 40 孤島檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) ...................................................................................... 40 孤島檢測(cè)方法 ...................................................................................... 41 結(jié)論 .............................................................................................................................. 46 展望 .............................................................................................................................. 47 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 48 致謝 .............................................................................................................................. 49 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 1 第一章 緒 論 新能源 發(fā)電的背景和意義 能源 一直 是人類社會(huì)生存和發(fā)展的動(dòng)力和源泉。在國(guó)內(nèi)，據(jù)官方統(tǒng)計(jì)，僅去年一年，中國(guó)的原油進(jìn)口達(dá) [1]?？上驳氖?，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類發(fā)現(xiàn)了核能、地?zé)崮堋⒊毕?、風(fēng)能、太陽能等多種新型能源。 尤其是進(jìn)入21 世紀(jì)以來，世界各國(guó)對(duì)能源的需求越來越大。為促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，各國(guó)不僅繼續(xù)加大對(duì)可再生能源技術(shù)研發(fā)的投入，同時(shí)從立法和政策方面也都采取措施支持可再生能源的開發(fā)和利用，加快其發(fā)展步伐，使之成為實(shí)現(xiàn)能源多樣化、應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要替代能源。尤其 是 《中華人民共和國(guó)可再生能源法 》 的頒布，有力地推動(dòng)了我國(guó)可 再生能源發(fā)展的進(jìn)程，進(jìn)一步保障了我國(guó)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)概念和建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會(huì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。太陽能是從太陽向宇宙空間發(fā)射的電池輻射能 是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量 ，到達(dá)地球表面的太陽能為 *109萬 kW[2],能量密度為 1kW/m2左右。 太陽能以其分布廣泛 ,取之不盡 ,用之不竭 ,又安全潔凈等優(yōu)點(diǎn) ,正逐漸成為人類理想的新一代可再生能源。 光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和前景 太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式，是直接將太陽的光能轉(zhuǎn)變?yōu)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 2 電能，多種發(fā)電方式中，光伏發(fā) 電是主流。 太陽能光伏發(fā)電的 發(fā)展 現(xiàn)狀 1839年法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)光生伏打效應(yīng) (光電效應(yīng)的一種 )。 1973 年全球石油危機(jī)爆發(fā)，導(dǎo)致能源價(jià)格大幅度上升，這引起 了人們對(duì) 光伏 發(fā)電技術(shù)的濃厚興趣 [13]。太陽能光伏發(fā)電自 20 世紀(jì)80年代起發(fā)展迅速，每年以 30%到 40%的速度迅猛增長(zhǎng) [2]。 1996 年，在美國(guó)能源部的支持下，美國(guó)政府開始了一項(xiàng)“光伏建筑物計(jì)劃”，投資 20 億美元， 1997 年美國(guó)政府在全世界率先宣布發(fā)起“百萬太陽能屋頂計(jì)劃氣。年可減排 COZ 萬噸，總計(jì)可增加就業(yè) 萬人。日本政府早在 1974年就公布了“陽光計(jì)劃”， 1993 年又提出“新陽光計(jì)劃”，旨在推動(dòng)太陽能研究計(jì)劃全面、長(zhǎng)期地發(fā)展。 2022 年，日本的光伏電池生產(chǎn)總量已達(dá)到 ，并且以世界最快的增長(zhǎng)速度一 %增長(zhǎng)，計(jì)劃到 2022 年一半以上的新居屋頂將安裝光伏太陽能系統(tǒng)。 1990年，德國(guó)政府率先推出“ 1000太陽能屋頂計(jì)劃”， 1993年，德國(guó)首先開始實(shí)施由政府投資支持，被電力公司承認(rèn)的 1000 屋頂計(jì)劃，繼而擴(kuò)展為 2022)屋頂計(jì)劃， 1998 年德國(guó)政府進(jìn)一步提出了 10萬光伏屋頂計(jì)劃，同時(shí)研究開發(fā)與建筑相結(jié)合的專用光伏組 件等。德國(guó)政府頒布的“可再生能源法”于2022年 4月 1日正式生效。 從世界范圍來講，光伏發(fā)電己經(jīng)完成了初期開發(fā)和規(guī)模應(yīng)用發(fā)展， 示范階段，畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 3 現(xiàn)在正在向大批量生產(chǎn)和規(guī)模應(yīng)用發(fā)展，從最早作為小功率電源發(fā)展到現(xiàn)在作為公共電力的并網(wǎng)發(fā)電，其應(yīng)用范圍也己遍及幾乎所有的用電領(lǐng)域。 我國(guó)是世界上主要的能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó) 之一，提高能源利用效率，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，開發(fā)新能源和可再生能源是實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展在能源方面的重要選擇。 經(jīng)過十年的努力，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)也有很大的提高，光伏電池轉(zhuǎn)換效率也提高了。截至 2022年 10月，全國(guó)已建和在建的并網(wǎng)光伏發(fā)電工程共有 30多個(gè)，總裝機(jī)容量達(dá) 1 OMW左右。到 2020年，全國(guó)建成 2萬個(gè)屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目，總?cè)萘窟_(dá)到 100萬 kW。到 2020 年，全國(guó)光伏電站總?cè)萘窟_(dá)到 20 萬 kW[4]。據(jù)了解，隨著國(guó)內(nèi)太陽能光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用及快速發(fā)展，其 上游的多晶硅大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)已日趨成熟，尤其是從國(guó)內(nèi)及全球現(xiàn)有生產(chǎn)工藝水平看，已可實(shí)現(xiàn)整個(gè)多晶硅生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈和系統(tǒng)內(nèi)部的封閉運(yùn)行，從而接近零排放水平。光伏企業(yè)的發(fā)展靠市場(chǎng)，光伏市場(chǎng)的發(fā)展靠政策。 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的前景 光伏發(fā)電有兩種發(fā)電方式：獨(dú)立發(fā)電 ,并網(wǎng)發(fā)電。但是近幾年科技不斷發(fā)展，光伏發(fā)電的不斷改進(jìn)， 因此，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)及其市場(chǎng)發(fā)生了極大的變化，開始由邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)獨(dú)立發(fā)電逐步向城市并網(wǎng)發(fā)電、光伏建筑集成的方向快速邁進(jìn)。 (a)光伏并網(wǎng)和光伏應(yīng)用裝機(jī)容量對(duì)比圖 (b)光伏并網(wǎng)裝機(jī)容量所占比例 圖 世界光伏應(yīng)用領(lǐng)域年安裝容量統(tǒng)計(jì)對(duì)比圖 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容 本論文主要通過學(xué)習(xí)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電原理以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制功能，對(duì)光伏發(fā)電進(jìn)行全面了解。 其次，針對(duì)光伏發(fā) 電的控制系統(tǒng)，研究不同的控制方式和控制策略，建立對(duì)系統(tǒng)影響較大的系統(tǒng)控制模型。所謂光生伏特 效應(yīng) [1]，就是指物體在吸收光能后， 其內(nèi)不能傳導(dǎo)電流的載流子分布狀態(tài)和濃度發(fā)生變化 ，由此產(chǎn)生出電流和電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng) 。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件 ,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光 伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期 較 短的優(yōu)點(diǎn)。目前光伏發(fā)電工程上廣泛實(shí)用的光電轉(zhuǎn)換器件主要是硅光伏電池，包括單晶硅、多晶硅，和非晶硅電池，其中單晶硅光伏電池的生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟，已進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 如圖 ， P 型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得 N 型硅，形成 PN 結(jié)。 圖 光生伏特效應(yīng)原理 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 6 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 太陽能 光伏 發(fā)電系統(tǒng)通常由 [2]太陽電池組件、蓄電池、控制器、逆變器、 等幾部分構(gòu)成。理論上講 ,光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場(chǎng)合 ,上至航天器 ,下至家用電源 ,大到兆瓦級(jí)電站 ,小到玩具 ,光伏電源 其實(shí) 無處不在。由太陽能電池組件按系統(tǒng)要求串、并聯(lián)而成， 它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心部件。當(dāng)光照不足或晚上、或者負(fù)載 需求大于太陽能電池組件所需發(fā)電量時(shí)，將儲(chǔ)存的電能釋放以滿足負(fù)載的能量需求。 （ 3）控制器 整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心控制部分。隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制部分、逆變器以及監(jiān)控系統(tǒng)集成的趨勢(shì)。通過全橋電路，一般采用空間矢量脈寬調(diào)制 （ SPWM） 處理器經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，得到與負(fù)載頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電供電系統(tǒng)終端用戶使用。 不同類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)特點(diǎn)和組成各不相同，應(yīng)用場(chǎng)合和環(huán)境也有所差異 ，下文著重介紹獨(dú)立光伏發(fā)電和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。主要應(yīng)用于部隊(duì)通信系統(tǒng)，衛(wèi)星通信，鐵路公路信號(hào)系統(tǒng)，氣象、地震臺(tái)站等偏遠(yuǎn)地區(qū) 。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽電池組件陣列、充放電控制器、逆變器、蓄電池組等組成。 其具體的工作原理是：白天在太陽光的照射下，光伏陣列將接收的太陽輻射能量（直流電流）通過控制器一部分傳送到逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，一部分經(jīng)過充放電控制器以后以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)在蓄電池中。其運(yùn)行結(jié)構(gòu)框圖 如圖 圖 獨(dú)立光伏 發(fā)電系統(tǒng)有其優(yōu)點(diǎn)也有不足。 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽能并 網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)就是太陽電池陣列中的半導(dǎo)體材料在接收到太陽光輻射時(shí) 產(chǎn)生的“光伏效應(yīng)”，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能。 由電網(wǎng)進(jìn)行管理控制，像一個(gè)發(fā)電廠連接到國(guó)家電網(wǎng)的發(fā)電方式，是電網(wǎng)的補(bǔ)充。 并網(wǎng)系統(tǒng)中PV 方陣所 產(chǎn)生的電力除了供給交流負(fù)載外，多余的電力回饋給電網(wǎng)。 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 。帶有蓄電池環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于此系統(tǒng)中逆變器配有主開關(guān)和重要負(fù)載開關(guān)，使得系統(tǒng)具有不間斷電源的作用，這對(duì)于一些重要負(fù)荷甚至某些家庭用戶來說具有重要意 義 。不帶有蓄電池環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電能，當(dāng)主電網(wǎng)斷電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止向電網(wǎng)供電。 首先它利用清潔干凈的能源，而且是可再生能源，使用中不排放無污染物和溫室氣體，有利于生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn) 略。 再者，光伏電池組件可以與建筑物完美結(jié)合，既可以發(fā)電又能作為建筑材料和裝飾材料，是物質(zhì)資源充分利用，發(fā)揮了多種功能。 不足之處就是只有在晴朗的白天才能比較穩(wěn)定提供電力，一旦沒有了日照，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量下降，干擾電網(wǎng)。太陽能和風(fēng)能在時(shí)間和地域上有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。在季節(jié)上，風(fēng)光也有同樣的互補(bǔ)效果。 風(fēng) / 光互補(bǔ)型發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 10 第三章 光伏發(fā)電系統(tǒng)建模及其仿真 光伏電池陣列的建模 光伏電池陣列的數(shù)學(xué)模型 太陽能電池的基本特性可以用其電流和電壓的關(guān)系曲線來表示，電流、電壓之間的關(guān)系又是通過其他一系列參變量來表示的。 理想的光伏電池等效電路如圖 . 圖 光伏電池等效電路 由串并聯(lián)電阻、二極管、光生電流源組成。在光伏電池的兩端接 上 負(fù)載后，負(fù)載端電壓反作用于 PN結(jié)上，產(chǎn)生與光生電流方向相反的電流 RS 表示 電池中 電流受到的阻礙作用，其數(shù)值取決于 PN結(jié)深度、半導(dǎo)體材料的純度和接觸電阻。旁 路電阻 ?????與電池對(duì)地的泄漏電流成反比 [5]。 θ 為溫 度 ,Rsh 和 RS 為并聯(lián)和串聯(lián)電阻 。由此可得： ????? = 10?3??????[1+(?? ?298)] (32) 假定 ??????=100Mw/cm2,整個(gè)裝置的溫度比氣溫高出 30℃ 。 根據(jù)光伏組件的等效電路建立 simulink 仿真 模型，如圖 （ 1） 為光伏組件的封裝模型 圖 ， 圖 （ 1）光伏電池封裝模型圖 上圖中 T為 電池 溫度， R為光照強(qiáng)度， VPV， Iout 分別為光伏陣列的輸出電壓和輸出電流。 如圖 （ 2）為光伏組件 輸出特性 仿真 模型 圖。如圖 ，曲線 1 為光伏陣列輸出電壓 電流特性的仿真結(jié)果，曲線 2 是光伏陣列的輸出功率 電壓特性仿真結(jié)果。但其開路電壓基本不變。 仿真驗(yàn)證：光強(qiáng)為 500W/m2,溫度為 25℃ 圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 14 由圖可以看出，光照強(qiáng)度下降了一半， 短路電流也相應(yīng)下降了一半，而開路電壓基本不變。 （ 2） 從數(shù)學(xué)模型中可以看出光伏電池的輸出特性也受到 溫度的影響，為了驗(yàn)證推理的正確性，在上圖的仿真環(huán)境下，設(shè)定在相同光照條件下，改變 電池 溫度，觀察輸出特性的變化，仿真結(jié)果如圖 。下文主要研究和模擬固定地方一天內(nèi)的光照強(qiáng)度的變化。根據(jù)實(shí)際測(cè)驗(yàn)結(jié)果分析，一天內(nèi)的光照強(qiáng)度變化曲線近似為正態(tài)分布曲線。對(duì)于一天內(nèi)的光照強(qiáng)度可以模擬為：早上六點(diǎn)以分段的線性增長(zhǎng)，此時(shí)系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，到下午 13點(diǎn)到 14點(diǎn)達(dá)到最大值，之后以分段的線性遞減至 5點(diǎn) 半 到最小值，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最適合的分布類型應(yīng)為 Beta分布，這是一種在