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光伏发电系统发电效率研究

作　者: 柴亚盼
导　师: 金新民
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 太阳辐射光伏阵列局部遮挡群控优化
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

由于能源危机和环境恶化问题的日益加重,太阳能光伏发电凭借其特有优势得到了快速发展,但光伏发电相对于其它可再生能源存在发电成本偏高和发电效率偏低的问题,因此对这两大问题的研究将会极大地促进光伏发电应用的推广。本文以对光伏发电系统进行发电量估算和效率优化为目的,建立了完整的光伏发电系统模型,主要包括太阳辐射、光伏电池、不同跟踪下的光伏阵列、电缆、汇流箱和逆变器效率模型。在实际中,影响光伏阵列发电量的主要因素包括阵列的安装角度、遮挡、电缆和弱光。本文基于上述所建立的光伏发电系统模型研究了建筑物表面朝向和倾角对光伏组件所接受到的年辐照量的影响,并在MATLAB中建立了可模拟光伏组件反向特性的工程适用模型,针对光伏组件、光伏组串、光伏阵列在局部遮挡下的输出特性、电缆失配和弱光条件所导致的发电量损失进行了详细分析,通过仿真得出了不同阵列规模下的阴影最优分布规律和组串式MPPT的适用条件,为光伏发电系统效率优化奠定了理论基础。然后基于以上理论分析提出了局部遮挡下的光伏阵列配置优化方案和改进后的群控拓扑方案,光伏阵列配置优化方案可在不增加光伏发电系统控制难度的条件下降低阴影对阵列发电量的影响,改进后的群控拓扑优化方案不仅能提高弱光下的发电效率、拓宽阵列的有效输出功率范围,同时能保证强光下各个光伏阵列单元独立运行,缩小阴影影响范围。最后在LabVIEW中建立了光伏发电系统的发电量和发电效率估算系统,该系统可以对光伏电站进行有效后评估,其中间输出量如太阳高度角、方位角、跟踪装置的跟踪角等参数对于后续研究具有重要意义,且该系统实现了界面化和模块化,具有解算速度较快、适用性较强的优点。并以鄯善地区20MW为例进行了仿真分析,仿真得出平单轴跟踪、斜单轴跟踪、竖直单轴跟踪和双轴跟踪的最佳跟踪角范围,通过比较采用各种跟踪方式所增加的成本回收年数确定了鄯善地区的最佳跟踪方式。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
序  9-12
1 引言  12-20
  1.1 光伏发电的背景及意义  12-13
    1.1.1 各国面临能源危机及环境恶化  12
    1.1.2 太阳能-理想的可再生能源  12-13
  1.2 光伏发电现状  13-15
    1.2.1 国内外发展现状  14-15
    1.2.2 光伏发电存在的问题  15
  1.3 光伏发电应用分类  15-16
  1.4 影响光伏发电效率的因素  16-19
  1.5 论文的主要研究工作  19-20
2 光伏发电系统建模  20-38
  2.1 太阳辐射  20-26
    2.1.1 水平面上的太阳辐射强度  20-24
    2.1.2 倾斜面上的太阳辐射强度  24-25
    2.1.3 年辐射量估算  25-26
  2.2 光伏组件  26-30
    2.2.1 光伏组件的物理模型  26-27
    2.2.2 光伏组件的工程模型  27-30
  2.3 不同跟踪装置下的光伏阵列  30-34
    2.3.1 跟踪式光伏阵列  30-31
    2.3.2 平单轴跟踪  31-32
    2.3.3 斜单轴跟踪  32
    2.3.4 竖直单轴跟踪  32-33
    2.3.5 轴跟踪  33-34
  2.4 电缆、汇流箱、逆变器及变压器损耗  34-37
    2.4.1 电缆  34-35
    2.4.2 汇流箱  35-36
    2.4.3 逆变器效率模型  36-37
    2.4.4 变压器损耗  37
  2.5 本章小结  37-38
3 效率影响因素分析及优化  38-60
  3.1 建筑物表面对光伏发电的影响  38-40
  3.2 局部遮挡对光伏发电的影响  40-50
    3.2.1 局部遮挡下光伏组件的工作特性  40-43
    3.2.2 局部遮挡下光伏组串的工作特性  43-46
    3.2.3 局部遮挡下光伏阵列的工作特性  46-48
    3.2.4 光伏阵列配置优化  48-50
  3.3 组串式MPPT适用研究  50-52
    3.3.1 串联多、并联少的光伏阵列  50-51
    3.3.2 串联少、并联多的光伏阵列  51-52
  3.4 电缆失配对光伏发电的影响  52-55
  3.5 弱光对光伏发电的影响  55-58
    3.5.1 弱光下发电量损失  55-56
    3.5.2 群控技术优化  56-58
  3.6 本章小结  58-60
4 光伏发电系统发电量估算  60-72
  4.1 发电效率评估算法  60-63
  4.2 估算系统及参数设置  63-66
  4.3 仿真分析  66-70
  4.4 本章小结  70-72
5 结论  72-74
  5.1 全文总结  72-73
  5.2 展望  73-74
参考文献  74-78
附录A  78-80
附录B  80-84
作者简历  84-88
学位论文数据集  88

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