高层建筑风光互补独立发电系统毕业论文

高层建筑风光互补独立发电系统毕业论文内容摘要：

整个风光 互补发电系统按环节可划分为能量产生环节、能量存储环节、能量消耗环节等三部分。 能量产生环节由风力发电机组和太阳能光伏阵列组成，负责将风能及太阳能转化为电能；能量存储环节为蓄电池，它将风机和太阳能产生的电能储存在其中，起到稳定供电的作用；能量消耗环节指系统的负载，其中包括直流负载和交流负载。 风光互补发电系统具有以下优点： (1)和独立的风电系统相比，可以提高用电系统的稳定性和可靠性 ； (2)在保证供电的条件下，可以大大减小储能蓄电池的容量； (3)和光电系统相比，其节省投资，发电经济性好。 系统的运行控制策略 在风光互补独立供电系统中，负载的电能主要由风力发电机组和太阳能电池板系统供给。 当风力发电机组和太阳电池方阵的发电量能满足负载需要的电量时，将全部由风力发电机和太阳电池方阵供给负载用电，而且有多余的电量时，多余的电量通过控制器的控制流到蓄电池组；当风力发电机组和太阳电池方阵的发电量无法满足负载需要的电量时，将由控制系统控制蓄电池组放电来供给负载不足的电量。 其中，控制系统是关键，它应对系统的运行工况参数 (太阳能电池板电压、电流、太阳辐射 强度、风力发电机组屯压、电流、风速、风向、负载电压、电流、蓄电池蓄电量、输出电流、输入电流等 )进行实时检测、运算，决定系统各部分的开启或关闭；同时控制系统还应储存、显示系统运行的数据，并通过通信接口将数据传输、显示并保存在计算机上，为以后的分析研究提供数据资料。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 本章小结 介绍了风光互补供电系统的运行方式：离网运行和联网运行。 未与公共电网连接的风光互补供电系统称为离网型风光互补供电系统，又称为风光互补独立供电系统，主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场合；与公共电网相连接的风光互补供电系统 称为联网型风光互补供电系统。 介绍了风光互补独立供电系统的组成，主要包括风力发电机组、太阳电池方阵、蓄电池组、控制器和逆变器五大部分，并分别对这五大部件的工作原理和特性参数进行了详细的介绍，深入研究了系统的结构，为下面系统优化匹配设计奠定了坚实的理论基础。 提出了风光互补独立供电系统的运行控制策略：当风力发电机组和太阳电池方阵的发电量能满足负载所需要的电能，而且有多余的电量时，多余的电量通过控制器流到蓄电池组储存起来；当风力发电机组和太阳电池方阵的发电量无法满足负载所需要的电量时，将由控制系统控制蓄电池组放 电来供给负载电量。 该运行控制策略的提出为今后实现该系统的自动控制提供了理论依据。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 3 系统各主要部件的数学模型 太阳能发电数学模型 计算太阳电池方阵的最佳倾角 为了获得更多的太阳辐射，太阳电池方阵平面一般要朝向赤道，并相对地平面有一定倾角。 而由于气象台通常所提供的只是水平面上的太阳辐照量，所以需要先确定方阵倾角，然后将水平面上的太阳辐射转换成倾斜面上的太阳辐射。 倾角不同，方阵面接收到的太阳辐射量差别很大，这将影响到整个风光互补发电系统的发电量。 有些资料 提出方阵倾角等于当地纬度 ，或当地纬度加上 50～ 15。 实际上，即使纬度相同的两个地方，其太阳辐射量的大小也往往相差很大，如拉萨和重庆的纬度基本相同 (仅差 0． 180)，而水平面上的太阳辐射量却要相差一倍以上，显然加上相同的度数 作为方阵安装倾角是不妥当的。 国内外也有不少人 还一直应用 Liu和 Jordan在 1962年提出的计算方法，虽然计算比较简单，但实际上只有在一年中的太阳二分点 (春分和秋分 )才是正确的。 对于月平均太阳辐射量的计算，目前国外 通常用 Klein和 Thcilackcr的计算方法，可算出不同方位角和不同倾角的倾斜面上的太阳辐照量 ，但是这类计算非常复杂。 究竟方阵面的倾角多大为合适，需要根据方阵面上太阳辐射量的分布情况及负载的使用要求来确定。 在进行太阳电池方阵安装倾角优化计算的时候，要求最佳安装倾角在尽量满足负载需求的情况下，冬天和夏天太阳辐射量的差异尽可能小，而全年总辐射量尽可能大，二者应当兼顾。 所以对于一个单轴跟踪的方阵而言，本文在选择方阵倾角时兼顾均匀性进行综合考虑，提出了一种计算风光互补发电系统中太阳电池方阵河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 11 最 佳安装倾角的 方法 最小二乘法 ，这种方法简单方便，适用于工程计算。 计算倾斜面上的太阳辐射量 从气象站得 到的资料一般只有水平面上的太阳辐射总量日 H、直射 辐射量 BH 或散射 辐射量 dH ，三者关系为： H= DB HH 。 而倾斜面上的太阳辐射总量 TH 由倾斜面上的 直接辐射量 BTH 、天空散射辐射量 DTH 和地面反射辐射量 RTH 三部分组成，即： RTDTBTT HHHH  （ 31） 倾斜面上直射辐射量 BBBT RHH  （ 32） 式中： R—— 倾斜面上的直接辐射量与水平面上直接辐射量的比值，计算式为 BRs i namp。 s i n180s i nc os amp。 c oss i namp。 )s i n(180s i nc os amp。 )c os (awwabawwbassstst （ 33） 式中： a—— 当地纬度： b—— 太阳电池方阵的倾角； amp。 —— 太阳赤纬角，计算式如 (31)式； sw —— 水平面上日落时角，计算式如 (32)式； stw —— 倾斜面上日落时角，计算式如 (33)式； amp。 =[360(284+n)/365] 式中： n—— 一年中从元旦算起的天数； 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 12 amp。 )tantana r c c o s ( aw s  aww sst ta n (a r c c o s [,m in {  b)tanamp。 ]} 根据反余弦函数性质，可以判断 stw =min{ ,sw arccos[tan(ab)tanamp。 ]}中 sw 和 arccos[tan(ab)tanamp。 值的大小。 1．当赤 纬角 amp。 0，且倾角 ob不 =a时， sw arccos[tan(ab)tanamp。 ，所以 stw =arccos[tan(ab)tanamp。 ： 2．当赤纬角 amp。 0，且倾角 ab =90时， sw arccos[tan（ ab） tanamp。 ，所以 sst ww  ； 3．当赤纬角 amp。 0，且倾角 0b=a时， sw arccos[tan(ab)tanamp。 ，所以sst ww  ； 4．当赤纬角 amp。 0，且倾角 ab=90时， sw arccos[tan(ab)tanamp。 ，所以 ta n amp。 )ta n (a r c c o s [ baw st  （ 34） 倾斜面上散射辐射量 ． 考虑天空散射的各向不同性，则倾斜面上的天空散射辐射分量％可表达为： [HHDT )1)(1(21)(00 HHHCO SbRH HH DBD  （ 35） 式中： DH —— 水平面上散射辐射量， W/ 2m ； H—— 水平面上总辐射量 ， W/ 2m ； 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 0H —— 大气层外水平面上辐射量 ， W/ 2m ，； )s i nc os amp。 c oss i namp。 s i n)((24 00 ssSC waawRRIH  （ 36） 式中：rr0： —— 当天日地距离修订系数；。 scI —— 太阳常数， 1353W／ 2m。 由于太阳常数随季节日地距离有所变化，但是变化不大 (约 3． 4％ )，对于太阳能利用系统的设计不会构成较大的影响，所以我们忽略日地距离的变化，即 ( 20 )/( rr ≈ 1。 倾斜面上太阳总辐射量 将各式即可得到倾斜面上太阳辐射总量的表达)c os1(2)]1)(c os1(21[ 00 bHpHHbRHHHRHH bBBDDBT R  （ 37） 利用上式，我们就可以计算出倾 斜面上小时太阳辐射总量。 太阳电池模型 太阳电池的电流 电压特性 I LR LH V I S C I DR s hR s 图 31太阳电池的等效电路图 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 图中： R—— 电池的外负载电阻， Ω ； SCI —— 短路电流，指在给定温度日照条件下所能输出的最大电流，即当 R=O时所测的电流， A； OCU —— 开路电压，指在给定温度日照条件下所能输出的最大电压，即当 LR ∞ 时所测的电压， V； DI —— (二极管电流 )为通过 pn结的总扩散电流，其方向与 SCI 相反， A； SR —— 串联电阻，它主要由电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻和电极与硅表面间接触电阻所组成， Ω ； SHR —— 旁漏电阻，它是由硅片的边缘不清洁或体内的缺陷所引起的， Ω。 一个理想的太阳能电池，串联电阻 SR 很小，而并联电阻 SHR 很大，所以在进行理想的电路计算时，它们可以忽略不计。 因此，流过负载的电流 L为： DSCL III  （ 38） 理想的 pn结特性曲线方程为： DSCL III  { )1AKTqUe （ 39） 根据 上 式，当 LI =O时，即得出太阳能电池的开路电压 OCU ： ]1[ DSCOC IIqAKTU （ 310） 式中： DI —— 太阳能电池在无光照时的饱和电流， A 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 Q—— 电子电 荷，取  ； K—— 玻尔兹曼常数，取 1． 38x10— 23J／ K； T—— 热力学温度， K； A—— 常数因子； e—— 自然对数的底。 太阳电池方阵发电量的计算 太阳电池串联组件数的确定 太阳电池方阵的输出电压 SPVSVN 与负载工作电压 ( IF VV )满足电压平衡方程式 v(E， T)=V( ), 00 TE + )( 0TTbT  + TE aEEb )( 0 (311) 由此得到太阳能电池组件的串联数： mifPVS VVVN /)(  式中： mV —— 组件的工作电压， V； fV —— 蓄电池组的浮充电压，对于单体蓄电池 (1． 41． 6)v，工作电压为 1． 2V； iV —— 所有串联回路的元器件和线路引起的电压降，一般取IV =IV。 太阳电池并联组件数的确定 由太阳电池方阵的输出功率 PVPMPVSPV NVNQ  mI 可得： 0/ PNQN PVSPVpvp  (312) 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 式中： ML —— 组件的工作电流， A； MV —— 组件的工作电压， V； 0P —— 组件的标称功率， w； PVQ —— 太阳电池方阵的容量， w。 太阳电池组件最大功率跟踪数学模型 太阳能电池组件的特性方程是一个没有解析解的超越方程，不能直接用来计算太阳能电池组件每小时的输出量。 本文中使用了最大功率点跟踪器 (也称为自动太阳跟踪器 )，并且假定太阳能电池组件总是工作在最佳工作点，这样就可以利用下面的公式计算任意条件下太阳能电池组件的最佳工作点电流和电压。