能源管理实验室新能源应用的研究(太阳能)毕业设计..docVIP

目录 目录------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 第一章、、、、、、、、 能源是人类社会生存和发展的必需品，高速发展的经济使得能源危机和环境污 染已经成为21世纪国际关键词。如何缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾，新 能源给我们提供了一种新的选择，它将成为破解中国乃至世界难题的利剑，引领世 界跨入强劲增长的新能源经济时代。　　 中国是世界能源生产和消费大国，但以煤为主的能源生产和消费结构不尽合 理，煤炭比重太大，带来了巨大的环境压力。据了解，2000年，中国一次能源生 产量达到10.8亿吨标准煤。尽管我国太阳能、风能、地热等新能源也都有不同程 度的发展，但原煤仍高达9.98亿吨。煤炭污染成为中国环境污染的重要因素。因 此，如何使新能源代替旧能源已经成为中国环境及经济发展的首要任务。　　 中国正处于经济高速发展时期，但在发展的同时也面临着很多问题，新能源作 为一种“绿色”新技术，在减少环境污染，缓解环境压力的同时，也可以缓解我国 的能源危机，充分体现了“科学发展”、“可持续发展”、“和谐发展”的发展理 念，发展潜力巨大，新能源开发正迎来前所未有的历史发展机遇。 太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性以及逐渐显露 出的经济性等优势，其开发利用是最终解决常规能源特别是化石能源带来的能源短 缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。  1.2、当前，太阳能开发利用技术及其推广应用突飞猛进，1997年，全球太阳能电池 的销量增加了40%，成为全球发展最快的能源。太阳能热水器已形成行业，正以其优 良的性能价格比不断地冲击燃气、电热水器市场；太阳能热电站也已商业化， 是大型太阳能电站的希望所在；光电技术发展更快，表现在光电转换效率的不断提 高和光电池制造成本的不断下降以及各种新型太阳能电池的问世。各国对太阳能的 开发利用给予了极大关注，突出表现在各国政府推出的光伏计划，如德国的“千顶 计划”，日本的“朝日七年计划”以及美国的“百万屋顶计划”等。以色列在其房屋太阳 能热水器安装率达80%的情况下，更是明文规定，凡新建房屋必须配置太阳能热水器。 我国太阳能开发利用有其成功之处，但。 自90年代以来，我国太阳能已经进入全面启动时期，而日渐显现的常规能源危 机，更是进一步加速了太阳能发展速度。、 本次设计采用理论与实践相结合的方法，三月初结合对设计任务书的了解，到小寨实验室进行了认识实习，指导老师对课题进行了初步的指导说明。然后按照设计安排首先查阅资料进行初步的理论构思，与老师、、、、、 图1 太阳能系统原理结构图 2.2 设计思路 2.2.1太阳能电池的结构及工作原理 太阳能电池通常由半导体硅材料制成。其作用是把太阳能直接转换为直流形式的电能，是光伏阵列中光电转换的最小单元。由于单个太阳电池的功率极小，因此一般不单独作为电源使用。实际应用中是将许多单个太阳电池经过串、并联组合并进行封装后构成太阳电池组件使用。光伏阵列就是由许多太阳电池组件经过相应的串、并联后构成。 图2所示的硅电池，它的基体材料为P型单晶硅，厚度在0.4mm以下。上表面层为N型层，是受光层，它和基体在交界面处形成一个P一N结。在上表面上加有栅状金属电极，可提高转换效率;另外，在受光面上，覆盖着一层减反射膜，它是一层很薄的天蓝色氧化硅薄膜，用以减少入射太阳光的反射，使太阳电池对入射光的吸收率达到90%以上。 图2 硅太阳电池结构 太阳电池的工作原理为:当太阳光照射P一N结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子-空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向N型区，空穴被驱向P型区，从而使N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴;于是就在P一N结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分抵消势垒电场，其余部分使P型区带正电、N型区带负电;于是就使得N区与P区之间的薄层产生了电动势，即光生伏电动势。当接通外电路时，便有电能输出。这就是太阳能电池发电的基本原理。 2.2.2太阳能电池的基本特性 （1）太阳能电池数学模型 当光照恒定时，由于光生电流不随光伏电池的工作状态而变化，因此在等效电路中可以看作是一个恒流源。光伏电池的两端接入负载R后，光生电流流过负载，从而在负载的两端建立起端电压V。负载端电压反作用于光伏电池的P一N结上，产生一股与光