小型屋顶太阳能发电系统

小型屋顶太阳能发电系统

设计

作者：孟海洋

班级：机自07-1

学号：03070958

指导教师：傅俊杰

日期：2010年11月15日

目录

一、前沿概述 (2)

太阳能的优点和效益 (2)

太阳能的主要应用于研究 (3)

二、方案设计 (5)

方案一、太阳能热力发电系统 (5)

方案二、离网型光伏发电系统 (8)

方案三、并网型光伏发电系统 (9)

方案比较分析 (11)

三、方案实施 (13)

原理设计 (13)

太阳能电池发电原理 (13)

并网型光伏发电系统工作原理 (14)

框架设计 (14)

系统可行性分析 (16)

四、系统设计总结 (18)

系统优缺点分析 (18)

系统改善措施 (19)

参考文献 (20)

一、前沿概述

太阳能的优点和效益

随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有3种，即火电、水电和核电。

火电的缺点

火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。

水电的缺点

水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。

核电的缺点

核电在正常情况下固然是干净的，但维护较困难，核废料难以处理，万一发生核泄漏，后果是非常可怕的。

这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。太阳能是最理想的能源，太阳能具有以下优点：

(1)储量的无限性

太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是

1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍〔2〕。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。

(2)存在的普遍性

虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。

(3)利用的清洁性

太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。

(4)利用的经济性

可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费，有关研究结果表明〔3〕，太阳能热水器已具很强的竞争力。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。

如果说20世纪是石油世纪的话，那么21世纪则是可再生能源的世纪，太阳能的世纪。据权威专家估计，如果实施强化可再生能源的发展战略，到下世纪中叶，可再生能源可占世界电力市场的3/5，燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中，太阳能处于突出位置。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明，太阳能将在21世纪初进入一个快速发展阶段，并在2050年左右达到30%的比例，次于核能居第二位，21世纪末太阳能将取代核能居第一位。〔5〕壳牌石油公司经过长期研究得出结论，下一世纪的主要能源是太阳能；日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更乐观地估计，到2030年，世界电力生产的一半将依靠太阳能。正如世界观察研究所的一期报告所指出：正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。

太阳能的主要应用和研究

目前太阳能已得到了较广泛的应用：

太阳能发电

太阳能热水器太阳能汽车太阳能路灯

屋顶太阳能系统

二、方案设计

太阳能发电主要有两种：

①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。

②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为带能，它的基本设置时太阳能电池。

方案一：太阳能热动力发电系统

原理：利用太阳能聚光集热系统收集太阳能加热工质，驱动热动力发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。从热力学原理上讲，太阳能热动力发电站中的塔式、槽式发电等，与常规热力发电厂一样。

基本组成：典型太阳能热动力发电站由五个子系统组成，即聚光集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统、监控子系统和热动力发电子系统。

（1）聚光集热子系统

由于太阳能的能量密度稀薄，因此需要聚光，形成能量很高的光束。然后通过

集热部件接收聚光器聚焦的阳光，将太阳能辐射转换为热能，产生高温高压蒸

汽或高温气体，推动热动力发电机发电。

（2）蓄热子系统

地面上的天气的变化具有很大的随机性，以致地面上接受的太阳能量是一种不