光伏發(fā)電畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、 #附4華南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 # 論文題目班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師開題時(shí)間填表日期開題報(bào)告內(nèi)容：1.1開發(fā)新能源的迫切需要人們很難想象，如果沒有電，人類的生活會(huì)變成什么樣子。隨著社會(huì)生產(chǎn)的日益發(fā)展，人類對(duì)電的需求每年以很大幅度增加，進(jìn)而對(duì)能源的需求也迅速增長(zhǎng)。全世界對(duì)能源的消耗在1970年約為83億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,而在1995年,這種消耗達(dá)到了140億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，即25年間增長(zhǎng)了69.7%,并預(yù)計(jì)，到2020年全世界對(duì)能源的消耗會(huì)達(dá)到195億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。根據(jù)公認(rèn)的估算，如果人類對(duì)能源的需求以目前的速度增長(zhǎng)全世界的石油將在今后40年間被耗盡，而天然氣和煤也最多分別能維持60年和200年左右

2、?？梢?，礦物熱料并不是取之不盡的。不僅如此，大量使用化石能源己經(jīng)開始造成全球變暖,燃煤會(huì)通過(guò)煤渣和煙塵放出大量有化學(xué)毒性的重金屬和放射性物質(zhì)嚴(yán)重污染了人類的生存環(huán)境1。我國(guó)擁有居世界第一位的水能資源居世界第二位的煤炭探明儲(chǔ)量居世界第11位的石油探明可采儲(chǔ)量。但由于我國(guó)人口眾多，人均能源資源嚴(yán)重不足而我國(guó)現(xiàn)在所面臨的卻是能源需求量成倍增長(zhǎng)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。因此，采用新能源和可再生能源以逐漸減少和替代化石能源的使用是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、走經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展之路的重大措施。這對(duì)于世界尤其是我國(guó)是十分迫切的。而太陽(yáng)能資源豐富、分布廣泛、可以再生、不污染環(huán)境，是國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的理想替代能源，所以開發(fā)利用太陽(yáng)能受到越來(lái)

3、越普遍的重視，成為目前各國(guó)都在研究的重大課題。1.2調(diào)研報(bào)告1.2.1光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)光伏發(fā)電技術(shù)(Photovoltaic)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，其核心是可釋放電子的半導(dǎo)體物質(zhì)。最常用的半導(dǎo)體材料是在地殼中儲(chǔ)量豐富的硅。太陽(yáng)能光伏電池有兩層半導(dǎo)體，一層為正極，一層為負(fù)極。陽(yáng)光照射在半導(dǎo)體上時(shí)，兩極交界處產(chǎn)生電流。陽(yáng)光強(qiáng)度越大，電流就越強(qiáng)。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)不僅只在強(qiáng)烈陽(yáng)光下運(yùn)作，在陰天也能發(fā)電。由于反射陽(yáng)光，少云的天氣甚至比晴天發(fā)電效果更好。與傳統(tǒng)的化石能源相比,光伏發(fā)電具有以下優(yōu)點(diǎn)：1儲(chǔ)量豐富。太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源。太陽(yáng)每秒鐘輻射的能量大約是1.6x10kW,其中到達(dá)地球的能量高達(dá)

4、8x1013kW，相當(dāng)于燃燒6x109噸標(biāo)準(zhǔn)煤。按此計(jì)算，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合成標(biāo)準(zhǔn)煤約1.892x1016億噸,是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的1萬(wàn)倍，因此可以說(shuō)太陽(yáng)能是“無(wú)限”的,取之不盡，用之不竭。燃料免費(fèi)。太陽(yáng)能資源無(wú)處不在，可以直接免費(fèi)獲取，不受地域條件的限制,應(yīng)用范圍廣泛，只是地區(qū)之間有豐富與欠豐富的差別。3長(zhǎng)壽命。一般沒有會(huì)磨損、毀壞或需更換的活動(dòng)部件，因此系統(tǒng)使用壽命長(zhǎng)，晶體硅光伏電池的使用壽命能夠達(dá)到25年以上。4無(wú)污染。光伏發(fā)電無(wú)任何有害氣體及聲、光、磁、噪音等排放，因此是一種清潔安全的能源。5低維護(hù)費(fèi)用。保持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定僅需要很少的維護(hù)，節(jié)約了系統(tǒng)維護(hù)的成本。6

5、.原料儲(chǔ)量豐富。硅作為光伏電池生產(chǎn)所使用的主要原料，在地殼中的儲(chǔ)量十分豐富,隨著硅提純技術(shù)和轉(zhuǎn)換效率的不斷提高及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，光伏發(fā)電的成本正呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)5,6。7安裝方便。光伏發(fā)電系統(tǒng)機(jī)動(dòng)靈活，可在任何地方快速安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)可用作分布式電力系統(tǒng)，也可用于光伏建筑集成(BuildingIntegratedPhotovoltaic),方面可以節(jié)省發(fā)電基地使用的土地面積和費(fèi)用；另一方面可以用光伏組件來(lái)充當(dāng)部分建筑材料,節(jié)約成本。8適合高海拔地區(qū)。在海拔較高的地區(qū)，由于空氣稀薄，柴油發(fā)電機(jī)的工作效率會(huì)降低，但此類地區(qū)較強(qiáng)的日照強(qiáng)度將使得光伏系統(tǒng)可以輸出更高的功率，因此使用光伏發(fā)電非常有利

6、腳7,8。1.2.2光伏發(fā)電存在的問(wèn)題雖然光伏發(fā)電有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著一些有待考慮的問(wèn)題：光電轉(zhuǎn)換效率不高由于光伏電池的特點(diǎn)，在選取光伏電池原材料時(shí)必須考慮到材料的光導(dǎo)效應(yīng)和光導(dǎo)效果,目前光電轉(zhuǎn)換效率較高的單晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率在20%左右，同時(shí)由于對(duì)光電效率轉(zhuǎn)換控制不當(dāng)，真正的光電轉(zhuǎn)換效率還會(huì)降低。受氣候影響大如果在陽(yáng)光不充足的多云或陰雨天氣，隨著光照強(qiáng)度的降低，光伏電池的轉(zhuǎn)換效率會(huì)大幅度降低，因此，光伏系統(tǒng)不適合應(yīng)用于陰雨天氣較多的地區(qū)。另外，由于空氣中的塵埃會(huì)落到電池板上，長(zhǎng)時(shí)間沉積會(huì)阻礙光線的照射,也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)換效率造成影響。光伏發(fā)電成本較高晶體硅太陽(yáng)電池主要原料是高純硅，其純度

7、高達(dá)99.9999%,雖然硅是地殼中含量?jī)H次于氧的元素，但是要從石英砂中提煉出高純度的硅需要消耗大量的能量，成本較高，這就使得硅原料的價(jià)格一直居高不下，制約了光伏市場(chǎng)的快速發(fā)展。另外，由于硅提純技術(shù)被德國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)家壟斷，目前我國(guó)生產(chǎn)晶體硅電池需要的原料大多依賴進(jìn)口，導(dǎo)致生產(chǎn)成本進(jìn)一步升咼1，9。1.3工作任務(wù)分析由于太陽(yáng)能作為一種新能源，具有具有低密度、間歇性、空間分布不斷變化的特點(diǎn)，所以我們需要對(duì)太陽(yáng)能的收集提出跟高要求，要盡可能高效收集起來(lái)。1、目前，在大部分地方，太陽(yáng)能收集裝置都是固定角度安裝，造成太陽(yáng)無(wú)法直射收集版，這造成了很多太陽(yáng)能無(wú)法被利用，本文采用太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤技術(shù)，使太

8、陽(yáng)能電池板與陽(yáng)光時(shí)刻垂直，達(dá)到最大吸收效率。2、在南方的夏天，大量臺(tái)風(fēng)侵入，大量太陽(yáng)能電池板會(huì)受到臺(tái)風(fēng)的攻擊，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，甚至是直接是損壞。改進(jìn)太陽(yáng)能電池板單軸跟蹤裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使之能夠在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨的時(shí)候，減少臺(tái)風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞和影響。1.4方案擬定與分析太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤方式的確定常用太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤的方式有2種：1、光電跟蹤；2、視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。光電跟蹤方式跟蹤精度高，但是易受到外界環(huán)境的干擾，而視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤雖然跟蹤精度差，但是基本不受外界雜散光影響。本次設(shè)計(jì)采用兩種方式相結(jié)合的方法達(dá)到追蹤效果。1、在晴天的時(shí)候，采用光電跟蹤的方式，追求最高效率收集太陽(yáng)能2、在多云或陰雨天氣，采用視日運(yùn)

9、動(dòng)軌跡跟蹤，能夠避免跟蹤器捕捉錯(cuò)誤對(duì)象，比如云層邊緣的亮點(diǎn)等。3、在臺(tái)風(fēng)天氣下，由于機(jī)器容易受損，所以要將太陽(yáng)能收集板收起來(lái)或是固定某一安全的角度。太陽(yáng)能電池板單軸跟蹤機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置的抗臺(tái)風(fēng)外形設(shè)計(jì)在南方，夏天臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，不少太陽(yáng)能發(fā)電裝置因此而性能下降，有的甚至遭到損壞。太陽(yáng)能板由于面積較大，所以受到臺(tái)風(fēng)的拉力也較大，支架就會(huì)受到很大的拉力，輕則裝置松動(dòng)，重則直接損壞。本文準(zhǔn)備隊(duì)太陽(yáng)能發(fā)電板的外殼進(jìn)行改善，通過(guò)結(jié)構(gòu)的改變達(dá)到減少臺(tái)風(fēng)拉力的大小。1.5、畢業(yè)論文撰寫提綱及實(shí)施計(jì)劃1.5.1提綱1、緒論1.1開發(fā)新能源的迫切需要1.2調(diào)研報(bào)告2.1光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)1.2.2光伏發(fā)電存

10、在的問(wèn)題3自動(dòng)跟蹤技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.4工作任務(wù)分析5方案擬定與分析2、太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤器設(shè)計(jì)1太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤方式的確定1.1光電跟蹤2.1.2視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤2.2太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤器的設(shè)計(jì)3、太陽(yáng)能單軸跟蹤機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1單軸跟蹤器的機(jī)構(gòu)選擇3.2單軸跟蹤器具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4、太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置的抗臺(tái)風(fēng)外形設(shè)計(jì)4.1抗風(fēng)常見外形設(shè)計(jì)4.2太陽(yáng)能電池板的外形選擇4.3電池板的尺寸確定5、結(jié)論與展望1.6參考文獻(xiàn)1張冬潔，王志遠(yuǎn)，劉勝利.太陽(yáng)能在我國(guó)的應(yīng)用及發(fā)展前景J.洛陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001,22(4):1-202羅運(yùn)俊，何梓年，王長(zhǎng)貴.太陽(yáng)能利用技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版，2005.1-

11、93楊金煥，陳中華.21世紀(jì)太陽(yáng)能發(fā)電的展望J.上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，17(4):22-304余海.太陽(yáng)能利用綜述及提高其利用率的途徑J.能源研究與利用，2004，79(3):8-9KALOGIROU,S.ThePotentialofsolarindustrialProcessheataPPlieationJ.APPliedEnergy，2003，76(1):337-362TSUR,Y，ZEMEI,A.Long-termperspectiveonthedevelopmentofsolarJ.SolarEnergy,2000,68(1):379-3927李俊峰，王斯成，張敏吉，等.2007

12、中國(guó)光伏發(fā)展報(bào)告M.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2007.8-228.BADRAN,0,0.StudyinindustrialapplicationsofsolarenergyandtherangeJ.RenewableEnergy,2001,24(1):485-4909王長(zhǎng)貴，王斯成.太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版，2005.1-6趙爭(zhēng)鳴，等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及應(yīng)用M.北京:科學(xué)出版社，2005.1-20石新春，王毅.電力電子技術(shù)M.北京：中國(guó)電力出版社，2005.1-20趙爭(zhēng)鳴，等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及應(yīng)用M.北京:科學(xué)出版社，2005.1-20Anton,I.;Perez,F.;L

13、uque,I.;InteractionbetweenSuntrackingdeviationsandinverterMPPstrategyinconcentratorsconnectedtogridC.Photovoltaic19-24May2002Page(s):15921595Sharaf,A.M.;Yang,L.;ANovelMaximumPowerTrackingControllerforaStand-alonePhotovoltaicDCMotorDriveC.ElectricalMay2006:450-453羅維平.基于PLC的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研究J.電子技術(shù)應(yīng)，2009

14、,9(1):138-14415徐文燦.太陽(yáng)能自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的探索與試驗(yàn)J.物理實(shí)驗(yàn)，2002,23(9):45-48劉四洋，伍春生.主動(dòng)式雙軸太陽(yáng)跟蹤控制器J.可再生能源，2007,25(9):69-72Karl-HeinzFunken,ManfredBecker.Solarchemicalengineeringandsolarmaterialsresearchintothe21stcenturyJ.RenewableEnergy.2001,24：469-474BashirAhmad.UsersandDisusersofboxsolarcookersinurbanIndia-cookingpro

15、jectsJ.SolarEnergy.2000,69：209-21519宋開峰新型太陽(yáng)跟蹤機(jī)構(gòu)研究D.河北：河北工業(yè)大學(xué)，2004：10-15.20.孫茵茵，鮑劍斌，王凡太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤器的研究J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005,7(7):157-159.指導(dǎo)教師意見:指導(dǎo)教師簽名：年月日文獻(xiàn)綜述內(nèi)容（與論文主題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究理論、研究方法、進(jìn)展情況、存在問(wèn)題、參考依據(jù)等）：自動(dòng)跟蹤技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)太陽(yáng)能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這對(duì)太陽(yáng)能的收集和利用提出了更高的要求。盡管相繼開發(fā)出一系列的太陽(yáng)能裝置，如太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能干燥器、太陽(yáng)能電池等等，但對(duì)太陽(yáng)能的利用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠

16、。究其原因，主要是利用率不高。就目前太陽(yáng)能裝置而言，如何最大限度的提高太陽(yáng)能的利用率，仍為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，主要可以從四個(gè)方面入手，首先通過(guò)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板相對(duì)于太陽(yáng)光的角度，使太陽(yáng)能電池板時(shí)刻與太陽(yáng)光保持垂直，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板時(shí)刻都處于最大的發(fā)電潛力。其次是通過(guò)電力電子技術(shù)調(diào)節(jié)加在太陽(yáng)能電池板兩端的等效阻抗，使太陽(yáng)能電池板時(shí)刻工作在最大功率點(diǎn)處還有提高逆變效率。最后可以通過(guò)提高光電轉(zhuǎn)換效率即在同樣光照強(qiáng)度下，同等條件下，光能最大程度轉(zhuǎn)換成電能10,11。前兩者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決，而后者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究。其實(shí)，不管哪種太陽(yáng)能利用設(shè)備，如果

17、它的集熱裝置能始終保持與太陽(yáng)光垂直，并且收集更多方向上的太陽(yáng)光，那么，它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽(yáng)能。但是太陽(yáng)每時(shí)每刻都是在運(yùn)動(dòng)著，集熱裝置若想收集更多方向上的太陽(yáng)光，那就必須要跟蹤太陽(yáng)。香港大學(xué)建筑系的和教授研究了太陽(yáng)光照角度與太陽(yáng)能接收率的關(guān)系，理論分析表明太陽(yáng)的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差較大，精確的跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)行軌跡可使接收器的接收率大大提高，進(jìn)而提高了太陽(yáng)能裝置的太陽(yáng)能利用率，拓寬了太陽(yáng)能的利用領(lǐng)域123。常用的太陽(yáng)能跟蹤方案2.1光電跟蹤方式光電跟蹤都是通過(guò)光敏器件（如硅光電池、光敏電阻、光敏二極管）來(lái)檢測(cè)太陽(yáng)的位置變化，實(shí)現(xiàn)控制裝置跟蹤太陽(yáng)。把光敏器件對(duì)稱的安裝在靠

18、近遮光板的兩側(cè)，當(dāng)電池板正對(duì)太陽(yáng)時(shí)，光敏器件完全處于光照區(qū)，輸出大小相同的電信號(hào)，輸入到放大比較電路中處理輸出為零信號(hào)不驅(qū)動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)，不進(jìn)行跟蹤；當(dāng)太陽(yáng)偏移則會(huì)使遮光板下有陰影的產(chǎn)生，遮光板兩側(cè)的光敏器件受到的光照強(qiáng)度不均勻使得放大比較電路輸出信號(hào)差將驅(qū)動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)調(diào)整角度，完成跟蹤機(jī)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)的精確跟蹤。光電跟蹤也有著自身的缺點(diǎn)，光電跟蹤采用閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，盡管光電跟蹤方式靈敏度高，但是光敏元件易受天氣情況和環(huán)境中雜散光線的影響，在檢測(cè)太陽(yáng)光的過(guò)程中易引起誤動(dòng)作而不能對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，使得跟蹤穩(wěn)定性能降低。2.2視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方式依跟蹤系統(tǒng)控制的維數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方式有一維跟蹤和二維跟蹤兩種

19、控制方式。1）一維跟蹤方式一維跟蹤方式東西向方位角跟蹤和南北向高度角跟蹤。這兩種跟蹤方式都是通過(guò)控制跟蹤機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)東西方向和南北方向自動(dòng)跟蹤。在一維跟蹤方式下，每天只有中午時(shí)刻才能正對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，從而接收到最大太陽(yáng)光照能量，除此之外太陽(yáng)光線只能斜射到太陽(yáng)能電池板的受光面，使得接收的太陽(yáng)光照能量降低。一維跟蹤具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，但不能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光線時(shí)刻跟太陽(yáng)能電池板保持垂直，太陽(yáng)能的利用率低下，收集太陽(yáng)能的效果不理想14。2）二維跟蹤方式二維跟蹤也可稱為雙跟蹤或全跟蹤，能夠在太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角同時(shí)跟蹤太陽(yáng)，從而時(shí)刻最大接收太陽(yáng)光照能量。以坐標(biāo)系作為劃分依據(jù)，有極軸式和高度角-方位角式全跟蹤

20、1518兩種。一、極軸式全跟蹤平行于地球自轉(zhuǎn)軸指向天球北極的一個(gè)軸，即是所謂的極軸；而與極軸相垂直的一個(gè)軸被稱為赤緯軸。跟蹤機(jī)構(gòu)工作時(shí)繞極軸旋轉(zhuǎn)，設(shè)定其轉(zhuǎn)速應(yīng)與地球自轉(zhuǎn)的角速度方向相反而大小相同來(lái)實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽(yáng)的目的。此外，為適應(yīng)太陽(yáng)赤緯角的變化，赤緯軸需根據(jù)季節(jié)的變化進(jìn)行定期調(diào)整。赤緯軸作俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)是為了跟蹤太陽(yáng)高度角的改變，由于極軸跟蹤結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使得整個(gè)系統(tǒng)的重心不在極軸軸線上，給支承裝置的設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的難度，所以基本上不使用。二、高度角-方位角式全跟蹤高度角-方位角式太陽(yáng)跟蹤方法是基于地平坐標(biāo)系的二維跟蹤，垂直于地平面是跟蹤機(jī)構(gòu)的方位軸，跟方位軸垂直的另一根軸是俯仰軸。太陽(yáng)的方位角發(fā)生變化時(shí)，跟蹤機(jī)構(gòu)繞方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)；太陽(yáng)的高度角發(fā)生變化時(shí)，跟蹤機(jī)構(gòu)繞俯仰軸進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)，保證太陽(yáng)光線垂直入射在太陽(yáng)能電池板上1920。當(dāng)太陽(yáng)位置隨著時(shí)間