不同安装方位角和倾角对光伏建筑一体化系统发电量及收益的影响

发布时间：2020-08-07 04:18

【摘要】：光伏建筑一体化(BIPV,Building Integrate Photovoltaic)是分布式光伏发电系统的主要形式,是将光伏系统设计有机的融入到建筑设计当中,使其兼顾发电与建筑美观。BIPV系统与地面光伏电站相比,主要的不足是受限于建筑外观的影响,无法为光伏系统提供最佳的方位角和倾角。因此,适用于光伏电站的预测模型并不适用于BIPV系统,建立适用于BIPV系统发电量预测模型在BIPV系统的设计中具有非常重要的实用价值与研究意义。本文参考国内外用于预测地面光伏电站发电量的计算方法,建立了适用于BIPV系统发电量的计算仿真模型,并对不同方位角和倾角的BIPV系统发电量和收益进行了实验研究和理论分析。首先研究了目前发电量预测方法在BIPV应用中的不足,得到相关方法把照射在组件上所有辐射量均看做正入射,没有把非正入射光线的入射率考虑到计算当中去。因此,本文通过计算逐时的太阳光线入射角,得到逐时的太阳光线入射率,从而提高计算辐射量的准确度。其次研究了影响BIPV系统发电量的主要因素,系统性地分析了辐照度、方位角、倾角、温度、灰尘以及安装方式对系统发电量的影响,明确了相关影响因素的影响因子,从而建立了发电量和收益的数学与Simulink仿真模型。再次搭建了8组可调节方位角与倾角的BIPV系统,针对不同方位角和倾角的BIPV系统分别进行了一个月的实验,采集了实验所需的逐时发电量与逐日发电量数据。同时,通过气象系统采集了对应的逐时直射辐射量、散射辐射量与环境温度。最后,分别使用PVsyst软件、Polysun软件和建立的仿真模型仿真不同方位角和倾角的BIPV系统,得到对应的仿真数据。以实验得到的发电量数据为基准,将仿真数据与其进行对比分析,验证了仿真数据具有较高的准确度,且误差控制在4%左右,小于另外两个软件的误差。同时对不同方位角和倾角的BIPV系统的收益进行了详细的计算,得到了系统全生命周期所需要的总投资与产生的经济和环境效益,为BIPV系统的应用提供了理论支撑与设计参考。
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM615;TU201
【图文】：

掺杂半导体,势垒,空穴

(b) p 型半导体图 2.1 掺杂半导体结构原理图太阳电池发电是利用半导体 p-n 结的光生伏特效应将太阳能转化为电能波长的光入射到电池内部时，入射光子分被为发射区、势垒区和基区子所吸收，价带电子吸收光子后激发到导带，产生电子-空穴对。由于在着较强的内建静电场 (由 n 区指向 p 区)，产生在势垒区的电子-空穴生在在势垒区外但通过浓度梯度扩散进势垒区的电子和空穴，在静电下，将电子扫入 n 区，将空穴扫入 p 区。使 p 区电势升高，n 区电势降结两端形成光生电流。如果将电池两端接入负载，在持续的光照下，就从太阳电池的 p 端经过负载流入 n 端,这就是结太阳电池的工作原理。

太阳电池,势垒,空穴,电子

(b) p 型半导体图 2.1 掺杂半导体结构原理图阳电池发电是利用半导体 p-n 结的光生伏特效应将太阳能转化为电能长的光入射到电池内部时，入射光子分被为发射区、势垒区和基区的所吸收，价带电子吸收光子后激发到导带，产生电子-空穴对。由于势着较强的内建静电场 (由 n 区指向 p 区)，产生在势垒区的电子-空穴对在在势垒区外但通过浓度梯度扩散进势垒区的电子和空穴，在静电场，将电子扫入 n 区，将空穴扫入 p 区。使 p 区电势升高，n 区电势降端形成光生电流。如果将电池两端接入负载，在持续的光照下，就会太阳电池的 p 端经过负载流入 n 端,这就是结太阳电池的工作原理。

原理图,光伏系统,原理图

图 2.3 并网光伏系统原理图如图 2.3 所示，光伏组件把太阳能转化为电能，经具有最大功率点跟踪功能的并网逆变器进行逆变，最大限度的将组建产生的电能输出，首先供用户使用，多余的电能输送到电网中。这是一种非常经济合理的运行方式是光伏发电的发展方向[33]。并网光伏系统根据光伏发电系统的规模大小可并入不现规格的公用电网，如 1~5kW 的屋顶光伏系统并入 220V 或 380V 的低压侧电网，兆瓦级的光伏电站应考虑并入 10kV 以上的高压电网。对于并入高压电网的光伏系统，在逆变器的输出端还应增加升压变压器。（1）光伏组件方阵光伏组件是光伏发电系统的核心部件，通过组件中的太阳电池将太阳辐射能吸收并转化成电能。然后将组件产生的电能输送并存储到储能装置中，或者供给负载，或者直接并入电网中。光伏组件的光电转换效率和各项参数指标的优劣直接决定了整个系统的发电性能。光伏组件尺寸大小的选择由光伏阵列的

【参考文献】