傾斜角可調(diào)光伏支架設(shè)計(jì)(課程設(shè)計(jì))

1、- - I-傾斜角可調(diào)光伏支架設(shè)計(jì)（光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)）目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第1章緒論3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 能源與環(huán)境3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.2太陽(yáng)能3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.3光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)4 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.4光伏發(fā)電現(xiàn)狀5 HY

2、PERLINK l bookmark14 o Current Document 第2章光伏發(fā)電6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.1光伏發(fā)電原理及特性6光伏電池的種類7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 光伏市場(chǎng)7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 光伏的應(yīng)用92.3.1獨(dú)立光伏系統(tǒng)102.3.2并網(wǎng)光伏系統(tǒng)10大規(guī)模光伏電站12光伏發(fā)電應(yīng)用展望12 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第3章

3、固定式光伏支架傾斜角選擇14 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 固定式光伏支架與其他支架的比較14 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.2固定可調(diào)式支架結(jié)構(gòu)14 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.3固定可調(diào)式支架與固定傾角式支架主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較15 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 常見(jiàn)的固定可調(diào)式光伏支架技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較15 HYPERLINK l bookmark40 o Current D

4、ocument 3.5最佳傾斜角的選取16 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 3.6光伏發(fā)電太陽(yáng)能電池板最佳傾斜角與轉(zhuǎn)換效率17 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 第4章傾斜角可調(diào)光伏支架設(shè)計(jì)19 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 傾斜角可調(diào)光伏支架的連接方式19 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 4.2傾斜角可調(diào)光伏支架的特征19 HYPERLINK l bookmark50 o Current

5、 Document 4.3傾斜角可調(diào)光伏支架的設(shè)計(jì)20 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.4傾斜角可調(diào)光伏支架的構(gòu)建21 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 4.5傾斜角可調(diào)光伏支架的優(yōu)勢(shì)22第五章總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。- - - -第1章緒論能源與環(huán)境近年來(lái)，由于傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)所利用的燃料都是煤、天然氣等有限自然資源，且它們的燃燒產(chǎn)物，大多都會(huì)給自然環(huán)境造成比較大的污染，我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)之一，也是少數(shù)幾個(gè)以煤炭為主要能源的國(guó)家之一，在能源生產(chǎn)和消費(fèi)中，煤炭約占商品能源消費(fèi)構(gòu)

6、成的75%，已成為我國(guó)大氣污染的主要來(lái)源。所以，在高科技技術(shù)的引領(lǐng)之下，我國(guó)逐漸將光能、水能以及風(fēng)能等清潔能源應(yīng)用在了發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，從而讓其有效緩解了我國(guó)能源短缺以及環(huán)境污染的嚴(yán)重程度。無(wú)論從世界還是從中國(guó)來(lái)看，常規(guī)能源都是很有限的。中國(guó)的一次能源儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界的平均水平，大約只有世界總儲(chǔ)量的10%。太陽(yáng)能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對(duì)的安全性、相對(duì)的廣泛性、確實(shí)的長(zhǎng)壽命和免維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。世界能源危機(jī)促使光伏發(fā)電快速發(fā)展，2006年1月1日我國(guó)也正式頒布了中華人民共和國(guó)可再生能源法，指明了我國(guó)的基本

7、國(guó)策和發(fā)展方向。為了實(shí)現(xiàn)能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，世界各國(guó)都將光伏發(fā)電作為發(fā)展的重點(diǎn)，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，并首先在太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家如德國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)家得到了大面積的推廣和應(yīng)用比如美國(guó)，奧巴馬政府推出“綠色能源計(jì)劃”，提出3年內(nèi)使太陽(yáng)能等可再生能源利用量增加1倍，到2012年，可再生能源發(fā)電比例提高到10%。在日本，政府2008年11月發(fā)布了“太陽(yáng)能發(fā)電普及行動(dòng)計(jì)劃”，確定太陽(yáng)能發(fā)電量到2030年的發(fā)展目標(biāo)要達(dá)到2005年的40倍，并降低單位成本。2007年，中國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)總量也已達(dá)10萬(wàn)千瓦。至2008年底，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)約為15萬(wàn)千瓦，2010年預(yù)計(jì)達(dá)到30萬(wàn)千瓦。20

8、10年5月25日，昆明石林太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)示范電站開(kāi)始運(yùn)行，一期發(fā)電容量達(dá)到20兆瓦。實(shí)際上太陽(yáng)能發(fā)電本身有更激動(dòng)人心的計(jì)劃，比如利用沙漠或海洋的空間面積發(fā)電，太空發(fā)電計(jì)劃等，正待人們?nèi)ュ谙牒脱芯咳绾卫锰?yáng)能。太陽(yáng)能太陽(yáng)能(SolarEnergy),一般是指太陽(yáng)光的輻射能量，在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。太陽(yáng)內(nèi)部高溫核聚變反應(yīng)所釋放的輻射能，其中約二十億分之一到達(dá)地球大氣層，是地球上光和熱的源泉自地球形成生物就主要以太陽(yáng)提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽(yáng)光曬干物件，但在化石燃料減少下，才有意把太陽(yáng)能進(jìn)一步發(fā)展。太陽(yáng)能的利用有被動(dòng)式利用(光熱轉(zhuǎn)換)和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽(yáng)能發(fā)電一種新興的可再生能源

9、。廣義上的太陽(yáng)能是地球上許多能量的來(lái)源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢(shì)能等等。太陽(yáng)能是由內(nèi)部氫原子發(fā)生聚變釋放出巨大核能而產(chǎn)生的能，來(lái)自太陽(yáng)的輻射能量。太陽(yáng)能是由內(nèi)部氫原子發(fā)生聚變釋放出巨大核能而產(chǎn)生的能，來(lái)自太陽(yáng)的輻射能量。人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來(lái)自太陽(yáng)。植物通過(guò)光合作用釋放氧氣、吸收二氧化碳，并把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能在植物體內(nèi)貯存下來(lái)。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動(dòng)植物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代演變形成的且屬于一次能源。地球本身蘊(yùn)藏的能量通常指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源。與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源正是核能。原子核的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)能釋放出大量的能量，稱為原

10、子核能，簡(jiǎn)稱核能，俗稱原子能。它則來(lái)自于地殼中儲(chǔ)存的鈾、钚等發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)的核裂變能資源，以及海洋中貯藏的氘、氚、鋰等發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)的核聚變能資源。這些物質(zhì)在發(fā)生原子核反應(yīng)時(shí)釋放出能量。目前核能最大的用途是發(fā)電。此外，還可以用作其它類型的動(dòng)力源、熱源等。圖1.1光伏電站1.3光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)光伏發(fā)電是清潔、可再生能源，與燃煤電廠相比，節(jié)約燃煤，排放無(wú)污染。光伏電站的建設(shè)不僅有較好的投資收益，而且對(duì)改變環(huán)境和節(jié)約資源具有明顯的社會(huì)效益。為了實(shí)現(xiàn)能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家將光伏發(fā)電作為發(fā)展的重點(diǎn)進(jìn)行扶持。與常用的火力發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：1無(wú)枯竭危險(xiǎn)；2安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染

11、排放外，絕對(duì)干凈（無(wú)公害）；3不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢(shì)；例如，無(wú)電地區(qū)，以及地形復(fù)雜地區(qū)；4無(wú)需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電；5能源質(zhì)量高；6使用者從感情上容易接受；7建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。缺點(diǎn)但是，太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)卻具有高污染、高能耗的特點(diǎn)，在現(xiàn)有的條件下，生產(chǎn)國(guó)內(nèi)自己使用的電池板還說(shuō)的過(guò)去，不過(guò)大量出口等于污染中國(guó)，造福世界了，據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)一塊1mx1.5m的太陽(yáng)能板必須燃燒超過(guò)40公斤煤，但即使中國(guó)最沒(méi)有效率的火力發(fā)電廠也能夠用這些煤生產(chǎn)130千瓦時(shí)的電一一這足夠讓2.2瓦的發(fā)光二極管（LED）燈泡按照每天工作12小時(shí)計(jì)算發(fā)光30年。而一塊太陽(yáng)

12、能電池板的設(shè)計(jì)壽命只有20年。1照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。效率低和成本高：目前太陽(yáng)能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽(yáng)能利用裝置，因?yàn)樾势?，成本較高，總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽(yáng)能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。光伏板制造過(guò)程中不環(huán)保不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽(yáng)輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的這給太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽(yáng)能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源

13、，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)的替代能源，就必須很好地解決蓄能問(wèn)題，即把晴朗白天的太陽(yáng)輻射能盡量貯存起來(lái)，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽(yáng)能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。1.4光伏發(fā)電現(xiàn)狀為應(yīng)對(duì)全球化石燃料加速枯竭的能源危機(jī)和日益高漲的能源需求,各國(guó)大力推動(dòng)可再生能源快速發(fā)展,改變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),可再生能源將逐漸替代常規(guī)化石燃料能源。根據(jù)德國(guó)全球變化咨詢委員會(huì)的研究,要實(shí)現(xiàn)全球能源可持續(xù)發(fā)展,則所要求的可再生能源替代比例將從2020年的20%提升到2050年的50%。011年，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)對(duì)6種可再生能源資源(生物能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、水電、海洋能、風(fēng)能)進(jìn)行

14、評(píng)估,結(jié)果表明太陽(yáng)能資源可開(kāi)發(fā)潛力是所有可再生能源中最高的。太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)中光伏發(fā)電存在巨大的潛能。如歐盟(EU)所有合適的屋頂和外墻覆蓋著太陽(yáng)能電池板，則在2020年可滿足其40%的用電需求；國(guó)際能源署(IEA)研究表明，若全球干燥沙漠面積的4%安裝光伏組件，則可滿足全球能源需求。2010年，全球新增光伏裝機(jī)容量達(dá)16.6GW，較2009年增長(zhǎng)130%，累計(jì)光伏裝機(jī)容量超過(guò)40GW。相比之下，雖然2010年新增風(fēng)電裝機(jī)絕對(duì)量增加，但風(fēng)電市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率卻出現(xiàn)了20年來(lái)的首次下跌，較2009年新增的裝機(jī)容量下降了7%。隨著技術(shù)的進(jìn)步，太陽(yáng)能電池效率的大幅提高、成本急劇降低及化石燃料價(jià)格的飛漲，太

15、陽(yáng)能光伏開(kāi)發(fā)利用則步入商業(yè)化高速發(fā)展階段。- - - -第2章光伏發(fā)電2.1光伏發(fā)電原理及特性太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)利用太陽(yáng)能電池的光生伏打效應(yīng)（半導(dǎo)體材料表面受到太陽(yáng)光照射時(shí)，其內(nèi)產(chǎn)生大量電子-空穴對(duì)，在內(nèi)建電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生光生直流電），是一種將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)（或獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)）和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電與氣象條件密切相關(guān)，出力的變化具有很強(qiáng)的周期性，包括日變化周期和季節(jié)變化周期；受太陽(yáng)能輻射時(shí)空分布隨機(jī)性和間歇性等影響，光伏發(fā)電出力具有不連續(xù)和不穩(wěn)定特性，見(jiàn)圖2.1。通過(guò)光伏發(fā)電預(yù)報(bào)技術(shù)可為電網(wǎng)科學(xué)調(diào)度和制定發(fā)

16、電規(guī)劃提供依據(jù)，有效降低光伏發(fā)電出力波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。4000350()3000250()20001500100050008-010802080308-04080508-0608-07時(shí)間（冃舊）圖2.12010年8月17日武漢地區(qū)某光伏并網(wǎng)逆變器輸出功率曲線其主要有單晶硅電池和單晶砷化鎵電池等。單晶硅太陽(yáng)電池的基本材料為純度達(dá)0.999999、電阻率在10歐厘米以上的P型單晶硅。包括p-n結(jié)、電極和減反射膜等部分。受光照面加透光蓋片（如石英或滲鈰玻璃）保護(hù)，防止電池受外層空間范愛(ài)倫帶內(nèi)高能電子和質(zhì)子的輻射損傷。單體電池尺寸從2X2厘米至5.9X5.9厘米，輸出功率為數(shù)十至數(shù)百毫瓦,它的理論光

17、電轉(zhuǎn)換效率為20%，實(shí)際已達(dá)到11.2%14.8%。單晶砷化鎵太陽(yáng)電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率為24%，實(shí)際達(dá)到18%。它能在高溫、高光強(qiáng)下工作，耐輻射損傷能力高于硅太陽(yáng)電池，但鎵的產(chǎn)量較少，成本高。級(jí)聯(lián)p-n結(jié)太陽(yáng)電池是在一塊襯底上疊加多個(gè)不同帶隙材料的p-n結(jié)，帶隙大的頂結(jié)靠光照面，吸收短波光，往下帶隙依次減小，吸收的光波波長(zhǎng)逐漸增長(zhǎng)，這種電池可以充分利用日光，光電轉(zhuǎn)換效率大大提高。為了提高單體太陽(yáng)電池的性能，可以采取淺結(jié)、密柵、背電場(chǎng)、背反射體、絨面和多層膜等措施。增大單體電池面積有利于減少太陽(yáng)電池陣的焊接點(diǎn)，提高可靠性。光伏電池的種類1880年歐洲就開(kāi)發(fā)出以硒為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池，1954年貝

18、爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出了實(shí)用的，轉(zhuǎn)換效率為6%的單晶硅太陽(yáng)能電池。我國(guó)是在1958年進(jìn)行太陽(yáng)能電池研究的，1971年用于衛(wèi)星東方紅二號(hào)，1973年用于地面。太陽(yáng)能電池是將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件?，F(xiàn)在商用的太陽(yáng)能電池其轉(zhuǎn)換效率在8%-17%之間，實(shí)驗(yàn)室已有大于21%的報(bào)道；材料多數(shù)為單晶硅、多晶硅、無(wú)晶硅，也有塑料薄膜太陽(yáng)能電池（*），轉(zhuǎn)換效率在4%-8%之間；國(guó)內(nèi)商業(yè)價(jià)格在18-38元/WP（峰瓦）。在國(guó)外，德國(guó)、澳大利亞、美國(guó)的研發(fā)能力強(qiáng)，日本次之。但日本的生產(chǎn)能力在2005年以前占世界的46.5%。澳大利亞后來(lái)居上，其BPsolar公司目前成為世界上太陽(yáng)能電池領(lǐng)域最大的、最成功的公司。從產(chǎn)生技術(shù)的成

19、熟度來(lái)區(qū)分，太陽(yáng)電池可分為以下幾個(gè)階段:第一代太陽(yáng)電池：晶體硅電池;第二代太陽(yáng)電池：各種薄膜電池。包括非晶硅薄膜電池（a-Si）、碲化鎘太陽(yáng)電池（CdTe）、銅銦鎵硒太陽(yáng)電池（CIGS）、砷化鎵太陽(yáng)電池、納米二氧化鈦染料敏化太陽(yáng)電池等；第三代太陽(yáng)電池：各種超疊層太陽(yáng)電池、熱光伏電池（TPV）、量子阱及量子點(diǎn)超晶格太陽(yáng)電池、中間帶太陽(yáng)電池、上轉(zhuǎn)換太陽(yáng)電池、下轉(zhuǎn)換太陽(yáng)電池、熱載流子太陽(yáng)電池、碰撞離化太陽(yáng)電池等新概念太陽(yáng)電池。電池結(jié)構(gòu)劃分，太陽(yáng)電池可分為晶體硅太陽(yáng)電池和薄膜太陽(yáng)電池。按照使用的基本材料不同，太陽(yáng)電池可分為硅太陽(yáng)電池、化合物太陽(yáng)電池、燃料敏化電池和有機(jī)薄膜電池幾種。硅基太陽(yáng)電池硅基電池

20、包括多晶硅、單晶硅和非晶硅電池三種。產(chǎn)業(yè)化晶體硅電池的效率可達(dá)到14%20%（單晶體硅電池16%20%，多晶體硅14%16%）。目前產(chǎn)業(yè)化太陽(yáng)電池中，多晶硅和單晶硅太陽(yáng)電池所占比例近90%。硅基電池廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電、離網(wǎng)發(fā)電、商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域。光伏市場(chǎng)近30年來(lái),太陽(yáng)能電池技術(shù)在研發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)和市場(chǎng)開(kāi)拓方面都獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步,已成為世界快速穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。目前,全世界已有17.5萬(wàn)個(gè)村莊使用太陽(yáng)能電池發(fā)電，美國(guó)有超過(guò)20萬(wàn)個(gè)家庭使用各種類型的太陽(yáng)能電池發(fā)電裝置。光伏系統(tǒng)已廣泛用于通信、照明、農(nóng)業(yè)灌溉、陰極保護(hù)、水質(zhì)凈化、環(huán)境監(jiān)測(cè)、健康護(hù)理、航海和航空、公共電力，以及其它商業(yè)領(lǐng)域。光伏系

21、統(tǒng)的廣泛應(yīng)用引起了公眾與政府的極大興趣，從而使得光伏系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了機(jī)會(huì)。20世紀(jì)90年代后期發(fā)展更加迅速，1999年生產(chǎn)達(dá)到200MW，2002年年產(chǎn)量已超過(guò)559.3MW，較上年增長(zhǎng)39.34%。在產(chǎn)業(yè)方面，各國(guó)一直通過(guò)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、提高自動(dòng)化程度、改進(jìn)技術(shù)水平、開(kāi)拓市場(chǎng)等措施來(lái)降低成本，并取得了巨大的進(jìn)展。商品化效率從10%-13%提高到13%-17%,生產(chǎn)規(guī)模增從每年1-5MW發(fā)展到15-50MW，并正向2GW甚至10GW的方向發(fā)展。在各國(guó)政府清潔能源計(jì)劃和相關(guān)政策、法規(guī)的推動(dòng)下，產(chǎn)業(yè)界紛紛擴(kuò)大太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)能力。德國(guó)的10萬(wàn)個(gè)屋頂光伏太陽(yáng)能計(jì)劃及2000年開(kāi)始實(shí)施的“可再

22、生能源電力法”，對(duì)德國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了巨大推動(dòng)作用，2000年前3個(gè)月，德國(guó)的太陽(yáng)能電池總裝數(shù)量等于在此之前的總和。2000年內(nèi)，歐洲至少有4個(gè)全自動(dòng)化太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線投入運(yùn)行，加上其他新建廠和原有廠，總生產(chǎn)能力達(dá)到100MW，是4年前的10倍。在澳大利亞，BPsolar公司目前已成為世界太陽(yáng)能領(lǐng)域最大、最成功的公司之一。該公司生產(chǎn)的高效率太陽(yáng)能電池是世界上投入商業(yè)運(yùn)行效率最高的硅太陽(yáng)能電池，基于薄膜技術(shù)生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池板也處于領(lǐng)先地位，2001年，該公司25MW生產(chǎn)線投入運(yùn)行，并在德國(guó)、西班牙等國(guó)建立了太陽(yáng)能電池生產(chǎn)廠，2001年產(chǎn)量為60MW，其后兩年內(nèi)將達(dá)到100MW的生產(chǎn)能力。B

23、Psolar公司的產(chǎn)品已經(jīng)在世界各大洲投入使用，并在60多個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。在日本，夏普公司投資1億美元，于2000年3月把其30MW太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線擴(kuò)大成60MW。三菱公司計(jì)劃將6MW的工廠擴(kuò)大到12MW，并在近期把銷售計(jì)劃提高到50MW。三洋電器宣布，在2001-2005年間，把其太陽(yáng)能電池生產(chǎn)能力增加8倍，現(xiàn)有的生產(chǎn)能力為每年15MW，以后每年投資0.48-0.95億美元，到2005年，使生產(chǎn)能力增加到每年120MW。屆時(shí)，日本太陽(yáng)能電池生產(chǎn)能力預(yù)計(jì)達(dá)340MW，其中三洋公司占30%的份額。在美國(guó)，Ohio公司的FirstSolarofToledo正在建年生產(chǎn)能力100MW的薄膜CdT

24、e電池生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線于2000年第二季度開(kāi)始生產(chǎn)，初期年生產(chǎn)能力20-30MW。美國(guó)ManneSola將在Nevada建造全自動(dòng)化的年產(chǎn)100MW太陽(yáng)能電池的制造廠。近年來(lái)，發(fā)展中國(guó)家的太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)一直保持著世界太陽(yáng)能電池10%左右的產(chǎn)量。其中印度近幾年發(fā)展迅速，居發(fā)展中國(guó)家領(lǐng)先地位，目前其太陽(yáng)能電池年生產(chǎn)量約60MW，累計(jì)安裝量50-60MW。世界太陽(yáng)能電池市場(chǎng)增長(zhǎng)更加迅速，從過(guò)去的年增長(zhǎng)15%發(fā)展到近3年平均年增長(zhǎng)率超過(guò)30%。太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的迅速崛起帶動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，同時(shí)太陽(yáng)能電池技術(shù)還創(chuàng)造了許多工作崗位和就業(yè)機(jī)會(huì)。例如1996年，世界范圍銷售的太陽(yáng)能電池產(chǎn)品總量超過(guò)90MW，在

25、10億美元的全球市場(chǎng)，美國(guó)公司占有43%的份額，太陽(yáng)能工業(yè)直接雇傭了近2萬(wàn)人，并在諸如玻璃制造、金屬加工、管道閥門、建筑和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及蓄電池和電氣設(shè)備等領(lǐng)域提供了15萬(wàn)個(gè)工作崗位。實(shí)際上，每1億美元的太陽(yáng)能電池產(chǎn)品銷售額就創(chuàng)造了3800個(gè)工作崗位。太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)為世界140多個(gè)國(guó)家創(chuàng)造了可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)。從1958年起，中國(guó)就近行了太陽(yáng)能電池的研究，20世紀(jì)70年代初，中國(guó)成功地制造出空間使用的太陽(yáng)能電源。20世紀(jì)70年代中期以來(lái)，中國(guó)自制的太陽(yáng)能航標(biāo)燈、太陽(yáng)能燈塔、氣象及通信用太陽(yáng)能電源開(kāi)始使用，太陽(yáng)能電池技術(shù)的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大到地面并逐步形成了中國(guó)的太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)。20世紀(jì)80年代，中國(guó)

26、先后引進(jìn)了美國(guó)的單晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)設(shè)備，使中國(guó)的太陽(yáng)能電池工業(yè)開(kāi)始起步。目前我國(guó)大約有40多家研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)參與太陽(yáng)能電池技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)活動(dòng)，太陽(yáng)能系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)工作取得了很大進(jìn)展，主要包括100-500W控制及逆變成套設(shè)備、1-5kW光伏水泵系統(tǒng)、光伏照明系統(tǒng)、光伏電視系統(tǒng)、光伏通訊系統(tǒng)、氣象站光伏電源、集中式光伏電站及5kW光伏并網(wǎng)示范系統(tǒng)等，在部件方面，主要有10kW、15kW逆變器及30kW正弦波逆變器等，同時(shí)還成功地研究出新型太陽(yáng)能電池及組件特性測(cè)試設(shè)備。在化石能源短缺、CO2減排壓力及多國(guó)財(cái)政補(bǔ)貼政策刺激下，光伏發(fā)電成為全球發(fā)展最快的可再生能源發(fā)電技術(shù)。根據(jù)E

27、PIA2011年的統(tǒng)計(jì),20012010年全球光伏累計(jì)裝機(jī)容量增長(zhǎng)迅速，見(jiàn)圖2.2。在靈活而富有成效的激勵(lì)政策下如上網(wǎng)電價(jià)法(FIT)的實(shí)行，全球的光玄貯潮怖足甥a來(lái)fc脈年份圖2.220012010年全球累計(jì)光伏裝機(jī)容量近10年來(lái)，全球光伏的年裝機(jī)容量及年增長(zhǎng)率見(jiàn)圖2.3。由圖可看出，2008年出現(xiàn)歷史上高位增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率達(dá)145%,在金融危機(jī)爆發(fā)后，2009年的年增長(zhǎng)率有所放緩，但2010年實(shí)現(xiàn)了年增長(zhǎng)率為130%的高增長(zhǎng)。德國(guó)累計(jì)光伏裝機(jī)容量遙遙領(lǐng)先其他國(guó)家，2010年年底達(dá)到18.0GW,占其電力供應(yīng)的13%。642O8.642TL11tl1j020012002200320042005

28、2006200720皿20092010年份圖2.320012010年全球年光伏裝機(jī)容量2.3光伏的應(yīng)用近年來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展和刺激政策的出臺(tái)，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大，并在2000年取代了離網(wǎng)光伏系統(tǒng)成為全球光伏應(yīng)用最大的市場(chǎng)14。2006年全球并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)所占份額達(dá)到75%以上15,而發(fā)達(dá)國(guó)家并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的市場(chǎng)份額更高。據(jù)統(tǒng)計(jì), # - -2008年年底歐盟累計(jì)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)占98.7%,離網(wǎng)光伏系統(tǒng)僅占1.3%16。而根據(jù)solarbuzz2010的統(tǒng)計(jì),2009年新增的離網(wǎng)系統(tǒng)不到3.7%,而新增并網(wǎng)系統(tǒng)占到96.3%以上。2007年以來(lái),MW級(jí)并網(wǎng)光伏電站大量涌現(xiàn)，全

29、球并網(wǎng)光伏發(fā)電步入大規(guī)模發(fā)展階段。2008年以來(lái)，全球建成約2000個(gè)大型并網(wǎng)光伏電站（容量超過(guò)200kW）,其中50%以上電站為MW級(jí)，且主要分布在西班牙、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)。2008年新增大型并網(wǎng)光伏電站占當(dāng)年新增光伏裝機(jī)容量的53.8%。目前我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用形式主要為農(nóng)村電氣化和通信及工業(yè)供電中的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，并存在一部分光伏與建筑集成系統(tǒng)和荒漠光伏電站。2.3.1獨(dú)立光伏系統(tǒng)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)指采用光伏組件方陣為主要供電電源，通過(guò)獨(dú)立小電網(wǎng)為居住相對(duì)集中的用戶群供電的系統(tǒng)。通常供電半徑不超過(guò)1km,以保證末端用戶的供電電壓。這樣的系統(tǒng)一般用于解決偏遠(yuǎn)山區(qū)、沿海的村落供電問(wèn)題。獨(dú)立光

30、伏系統(tǒng)可根據(jù)有無(wú)儲(chǔ)能設(shè)備分為兩種形式:一種不帶儲(chǔ)能設(shè)備，系統(tǒng)發(fā)出來(lái)的電直接供負(fù)載使用，這種情況下負(fù)載的工作完全取決于太陽(yáng)輻射情況;另外一種帶儲(chǔ)能設(shè)備，光伏陣列發(fā)出的電能除直接供負(fù)載使用外，剩余部分可通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備（一般是蓄電池）儲(chǔ)存起來(lái),供需要時(shí)使用。我國(guó)政府于2002年啟動(dòng)的“送電到鄉(xiāng)”工程大部分使用帶儲(chǔ)能設(shè)備的獨(dú)立光伏戶用系統(tǒng)，解決了西部七省區(qū)（西藏、新疆、青海、甘肅、內(nèi)蒙、陜西和四川近800個(gè)無(wú)電鄉(xiāng)的用電問(wèn)題，光伏發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到19.6MWp。另一種應(yīng)用比較廣泛的獨(dú)立系統(tǒng)是太陽(yáng)能公共場(chǎng)所照明系統(tǒng)，北京市計(jì)劃2007年在近郊安裝3.3萬(wàn)盞太陽(yáng)能路燈，其它省市政府也在不斷地加大對(duì)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)

31、的投入力度，包括路燈、交通燈等。圖2.4“送電到鄉(xiāng)”項(xiàng)目照片2.3.2并網(wǎng)光伏系統(tǒng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是指太陽(yáng)電池方陣經(jīng)過(guò)電力變換器與電網(wǎng)并聯(lián)發(fā)電。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可分為戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)、光伏建筑一體化（BIPV）系統(tǒng)和大規(guī)模光伏電站。2007年8月，發(fā)展改革委、環(huán)保總局、電監(jiān)會(huì)、能源辦共同推出了節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法試行）；2007年9月，國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)正式實(shí)施電網(wǎng)企業(yè)全額收購(gòu)可再生能源電量監(jiān)管辦法，這將進(jìn)一步推動(dòng)大規(guī)模并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的發(fā)展。到目前為止，我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了兆瓦級(jí)電站的建設(shè)，國(guó)家又相繼支持了幾個(gè)兆瓦級(jí)課題項(xiàng)目，力求在大規(guī)模光伏并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域取得突破。戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)：這是專門供給家庭用電需要的光伏系

32、統(tǒng)，通常與電網(wǎng)并聯(lián)，光伏陣列發(fā)出的電力供應(yīng)家用電器使用，如有多余，可以輸入電網(wǎng)。光伏陣列發(fā)出的電力不足時(shí)，則由電網(wǎng)向家用電器供應(yīng)部分或全部電力。光伏戶用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，控制器和逆變器可以集成為一體，蓄電池應(yīng)選擇專門用于光伏系統(tǒng)的產(chǎn)品，我國(guó)有從low到lkW的系列產(chǎn)品。近年來(lái)，由于用戶對(duì)供電可靠性的要求不斷提高，戶用風(fēng)/光互補(bǔ)系統(tǒng)應(yīng)用正在興起。BIPV系統(tǒng)：BIPV系統(tǒng)是應(yīng)用光伏發(fā)電的一種新概念，是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)與現(xiàn)代建筑的完美結(jié)合。在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，在建筑結(jié)構(gòu)外表面鋪設(shè)光伏組件提供電能。在城市里發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電可高效利用太陽(yáng)能所發(fā)的電能，我國(guó)已經(jīng)有不少示范項(xiàng)目成功地實(shí)現(xiàn)了光伏系統(tǒng)與建筑結(jié)合

33、的一體化模式，在有限的城市空間實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的無(wú)限利用。2004年,亞洲最大的lMWp太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏電站在深圳國(guó)際花卉園藝博覽園落戶；2005年，首都博物館300kWp并網(wǎng)光伏系統(tǒng)建成；國(guó)家體育館lOOkWp并網(wǎng)光伏電站正在施工中。這些項(xiàng)目充分展示了我國(guó)在太陽(yáng)能光伏發(fā)電與現(xiàn)代建筑一體化領(lǐng)域的成就。圖2.5深圳國(guó)際花卉園藝博覽園lMWp系統(tǒng)圖2.6首都博物館300kWp系統(tǒng)- - -圖2.7國(guó)家體育館lOOkWp系統(tǒng)2.3.3大規(guī)模光伏電站隨著化石能源的逐漸消耗殆盡，環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，可再生能源正在快速發(fā)展為戰(zhàn)略替代能源，太陽(yáng)能將必然成為最重要的電力能源。位于廣闊的沙漠、干旱和半干旱地區(qū)的超大規(guī)模光

34、伏電站，其容量可達(dá)到1OMW以上，甚至達(dá)到幾GW。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有荒漠面積108萬(wàn)km2,主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)。規(guī)模在10MW以上，甚至達(dá)到幾GW的光伏電站，可集中分布在幾十km2的廣闊地域。若將20%的面積用于開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能光伏發(fā)電，將產(chǎn)生30萬(wàn)億kWh電能，相當(dāng)于2006年全年發(fā)電量的11倍。2005年，我國(guó)首座荒漠光伏電站在西藏羊八井地區(qū)建成，電站容量為100kWp，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)擴(kuò)建成10MW的規(guī)模。圖2.8西藏羊八井100KWp并網(wǎng)光伏電站2.3.4光伏發(fā)電應(yīng)用展望據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001年以后，我國(guó)電力需求以每年超過(guò)20%的速度增長(zhǎng)，到2003年全國(guó)出現(xiàn)電力供應(yīng)嚴(yán)重不足的現(xiàn)象。依照

35、目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)和中國(guó)的資源情況，2010年和2020年的電力供應(yīng)單靠傳統(tǒng)的煤、水、核是不夠的。光伏發(fā)電將在中國(guó)未來(lái)的電力供應(yīng)中扮演重要的角色，我國(guó)擁有較豐富的太陽(yáng)輻射資源,具備大規(guī)模發(fā)展光伏發(fā)電的有利條件，一個(gè)新的能源時(shí)代將離我們?cè)絹?lái)越近。- - -第3章固定式光伏支架傾斜角選擇固定式光伏支架與其他支架的比較目前大型地面光伏電站光伏支架的常用形式有兩大類：固定傾角式和跟蹤式，而根據(jù)支架跟蹤方式的不同，跟蹤式又分為斜單軸跟蹤、平單軸跟蹤和雙軸跟蹤。所謂固定傾角式支架是指以一年中光伏電池板獲得太陽(yáng)輻射量最大的傾角作為支架的安裝傾角，該傾角在電站運(yùn)行過(guò)程中始終保持不變。所謂跟蹤式支架主要是通過(guò)電

36、機(jī)控制追蹤太陽(yáng)高度角和方位角來(lái)獲得更多太陽(yáng)能輻射，從而使發(fā)電量增加的支架形式。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)表明，全球大型地面光伏電站中約有27%采用了自動(dòng)跟蹤式，其余大部分采用固定傾角式。根據(jù)已建工程調(diào)研數(shù)據(jù)，與固定傾角式支架相比，若采用跟蹤方式，系統(tǒng)實(shí)際發(fā)電量可提高約15%25%。跟蹤式光伏支架，尤其是雙軸跟蹤式支架，不僅占地面積大，而且由于需要?jiǎng)恿ρb置不停調(diào)整電池板的角度，運(yùn)營(yíng)成本高。在使用過(guò)程中，跟蹤式支架容易出現(xiàn)故障，需要大量的人力物力進(jìn)行維護(hù)。隨著時(shí)間的推移，跟蹤式支架的動(dòng)力裝置及零部件將逐步老化磨損，使用時(shí)間越久所需的維護(hù)及維修費(fèi)用越高。此外，跟蹤式支架不停調(diào)整角度使結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性偏低，抗風(fēng)能力較弱

37、。固定傾角式支架雖然發(fā)電量不及跟蹤式支架，但是其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)成本及維護(hù)費(fèi)用很低，結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性好，從光伏電站的長(zhǎng)期服役效果來(lái)看，固定式支架有顯著優(yōu)勢(shì)。所以在跟蹤式支架相關(guān)技術(shù)未達(dá)到很高水平時(shí)，固定傾角式支架仍作為主要的支架形式廣泛應(yīng)用于光伏電站中。固定可調(diào)式支架結(jié)構(gòu)固定可調(diào)式支架主要是根據(jù)光伏電站所在地的全年光照情況，將全年時(shí)間分成若干段，尋找到固定時(shí)間段內(nèi)發(fā)電量最大的光伏組件傾角，每年按不同時(shí)間段的最佳傾角對(duì)光伏組件的傾角進(jìn)行有限次數(shù)的調(diào)整，每次角度調(diào)整完畢后，支架利用自帶的連接件進(jìn)行固定，形成如同固定傾角式支架一樣穩(wěn)固的一種支架形式。與固定傾角式支架相比，固定可調(diào)式支架可提高發(fā)電量

38、；與跟蹤支架相比，固定可調(diào)式支架的成本及后期維護(hù)費(fèi)用較低。固定可調(diào)式支架結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，只需在固定式支架的基礎(chǔ)上加以適當(dāng)改造即可；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，兼顧了固定式支架與跟蹤式支架的優(yōu)點(diǎn)；非連續(xù)跟蹤，采用有限次的方式按一定的周期對(duì)光伏組件的朝向進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)調(diào)節(jié)方式的不同，目前固定可調(diào)式光伏支架主要有：推拉桿式、半圓弧式、千斤頂式。推拉桿式固定可調(diào)支架利用支架斜撐桿在基礎(chǔ)底部水平桿的卡槽中往返推拉移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏支架的角度調(diào)整，角度調(diào)整完畢后用螺栓孔位進(jìn)行固定。半圓弧式固定可調(diào)支架利用支架斜梁與A型豎桿的鉸連接進(jìn)行光伏支架角度調(diào)整，角度調(diào)整完畢后半圓弧撐桿與A型豎桿通過(guò)螺栓孔位進(jìn)行固定。千斤頂式固定可調(diào)支

39、架通過(guò)連接在支架斜梁與豎桿間的菱形千斤頂伸縮調(diào)整支架角度，角度調(diào)整完畢后支架通過(guò)千斤頂?shù)淖枣i實(shí)現(xiàn)固定。從幾種固定可調(diào)式支架的結(jié)構(gòu)形式可知，前兩種支架的調(diào)整角度受螺栓孔數(shù)量控制，而千斤頂式固定可調(diào)支架的角度可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)次數(shù)可視具體情況增減。固定可調(diào)式支架與固定傾角式支架主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較以青海省某10MW光伏電站為例，固定可調(diào)式支架與固定傾角式支架的電站典型經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比如表3.1、表3.2所示。表3.1中的調(diào)整方案是每次調(diào)整的角度均為某一時(shí)間段的最佳傾角，表3.2中的調(diào)整方案是每次的調(diào)整角度設(shè)置在年最佳傾角及以下。從表3.1可看出，隨著一年中最大傾角的增大，陣列間距也要求同時(shí)增大，因此大

40、的傾角會(huì)造成光伏場(chǎng)地占地面積的增大，隨著調(diào)節(jié)次數(shù)的增加發(fā)電量也相應(yīng)增加。表3.2是將可調(diào)傾角范圍設(shè)置在最佳傾角及以下，這種限定最大傾角的優(yōu)化方案的特點(diǎn)是不用增加光伏場(chǎng)地占地，適用于用地指標(biāo)緊張或土地費(fèi)用高的地區(qū)，其增加的發(fā)電量也較明顯。表3.1不同調(diào)整角度的典型經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較調(diào)整角度次數(shù)（調(diào)整的角度和范圍）年輻射量/MJm-2比固定傾角發(fā)電量增加系數(shù)1MW占地面積/m2比固定傾角占地增加系數(shù)1(39)7299.281.00000020660.781.0000002(14、56)7689.231.05342222769.201.1020494(14。63)7723.251.05808323198.

41、141.1228106(13。63)7735.301.05973423198.141.12281012(365)7770.921.06461423262.671.125934表3.2年最佳傾角及以下角度調(diào)整方案典型經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較調(diào)整角度次數(shù)（調(diào)整的角度或范圍）年輻射量/MJm-2比固定傾角發(fā)電量增加系數(shù)1MW占地面積/m2比固定傾角占地增加系數(shù)2(14、397559.751.03568420660.7817(3397728.971.05886720660.781常見(jiàn)的固定可調(diào)式光伏支架技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較通過(guò)對(duì)幾種常見(jiàn)固定可調(diào)式支架的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，對(duì)各種支架的建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)情況進(jìn)行分項(xiàng)對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如

42、表3.3所示。從表3.3可以看出，千斤頂式可調(diào)支架的建設(shè)成本較低，并且運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便。根據(jù)各類固定可調(diào)式支架比固定傾角式支架增加的造價(jià)（包括支架系統(tǒng)本體造價(jià)、土地費(fèi)用、支架運(yùn)維費(fèi)用）和增加的發(fā)電量，計(jì)算出不同調(diào)節(jié)次數(shù)情況下各支架的差額內(nèi)部收益率（本處是指與固定可調(diào)式支架相比，固定傾角式支架增量投資部分的內(nèi)部收益率），如表3.4所示。表3.3各種固定可調(diào)支架基本特性比較形式項(xiàng)目調(diào)節(jié)難易程度可實(shí)現(xiàn)調(diào)整角度數(shù)單陣列一次調(diào)整需要人員支架系統(tǒng)增加成本/兀W-1調(diào)節(jié)操作時(shí)適宜的氣象條件千斤頂式易無(wú)限1人0.25小風(fēng)半圓盤式難有限個(gè)5人以上0.26微風(fēng)推拉桿式難有限個(gè)5人以上0.26微風(fēng)- - - 支架形式不

43、同調(diào)節(jié)次數(shù)的差額內(nèi)部收益率/%13511千斤頂式15.3130150200半圓盤式14.7227107141推拉桿式14.712696127表3.4各類固定可調(diào)支架對(duì)應(yīng)不同調(diào)節(jié)次數(shù)的差額內(nèi)部收益率圖3.1千斤頂式支架圖3.2半圓盤式支架圖3.3推拉桿式支架3.5最佳傾斜角的選取在太陽(yáng)能熱利用和光伏發(fā)電的地面應(yīng)用中，通常將太陽(yáng)能板朝向赤道固定放置，并且與水平面形成一定的傾斜角B,因此在太陽(yáng)能工程設(shè)計(jì)中，不同地區(qū)最佳傾角的選擇是一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題。在太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)中，一般要求太陽(yáng)能板全年接受到的太陽(yáng)輻射總量最尢在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，一般要求太陽(yáng)能電池的全年發(fā)電量最大，其大小受到太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、光伏

44、電池特性等因素影響，而獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)還受到負(fù)載、蓄電池等其他因素的影響。所以，同一緯度太陽(yáng)能熱利用與并網(wǎng)光伏發(fā)電中的太陽(yáng)能板放置最佳傾角會(huì)有所不同。3.6光伏發(fā)電太陽(yáng)能電池板最佳傾斜角與轉(zhuǎn)換效率很多文獻(xiàn)認(rèn)為電池板傾斜角固定為當(dāng)?shù)鼐暥燃?-15。因此本節(jié)的計(jì)算，首先計(jì)算傾斜角固定為30度的情況。在此基礎(chǔ)上，不斷增加傾斜角直到48度時(shí)，冬至正午時(shí)分太陽(yáng)光線的入射角接近零，光線垂直射入傾斜面，即該角度的傾斜面在冬季可接收較多的輻照量；再?gòu)?0度開(kāi)始不斷減小傾斜角直到1度時(shí)，夏至正午時(shí)分太陽(yáng)光線的入射角接近零，即該角度的344傾斜面在夏季可接收到最多的輻照量。在逐漸增大減小傾斜角的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)傾斜角

45、為25度時(shí)可獲得最大年輻照量。一年中太陽(yáng)高度有四個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，即春分、夏至、秋分和冬至。如果在春分時(shí)將電池板斜面調(diào)向接近夏季的最佳傾斜角，在從春分到秋分的整個(gè)夏季可以得到較大的輻照量；在秋分時(shí)將電池板斜面調(diào)向接近冬季的最佳傾斜角，則在從秋分到春分的整個(gè)冬季可以得到較大的輻照量。于是，按照春分-夏至-秋分設(shè)定一個(gè)角度，秋分-冬至-春分設(shè)定一個(gè)角度，不斷改變這兩個(gè)角度進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)計(jì)算分析，以年輻照量最大、均衡性最好為目標(biāo)，得到最佳方案是10-41度方案，即在春分時(shí)將光伏陣列傾斜角調(diào)整為較適合夏季的10度，在秋分時(shí)將光伏陣列傾斜角調(diào)整為較適合冬季的41度。另外，有文獻(xiàn)以最大輻照量和均衡性給出昆明地區(qū)

46、最好的傾斜角為緯度減8，即17度，為此也進(jìn)行了分析計(jì)算，以做比較。不同傾斜角傾斜面上太陽(yáng)輻射量的比較如表3.5所示。由表3.5可以看出，10-41度方案太陽(yáng)能電池傾斜面上的太陽(yáng)能輻射量是最大的，且累積偏差和最大偏差都最小，這里偏差是指月平均太陽(yáng)輻射量與年平均輻射量之差。主要用來(lái)反映輻射量的均衡性。雖然14-36度方案的累積偏差小一些，但其最大偏差比10-41度方案大，且輻照量不如10-41度方案。表3.5不同傾斜角太陽(yáng)輻射量的比較30度25度17度48度1度10-41度14-36度日平均輻照量kWh/m24.0284.0854.0613.7233.7734.3614.298年輻照量kWh/m2

47、1470.2211491.2011482.2401358.9351377.1301591.6121568.768年輻射量MJ/m25292.7955368.3225336.0634892.1664957.6675729.8035647.566輻射累積偏差A(yù)工2.3062.2323.8487.2658.7531.5941.456最大輻射偏差A(yù)max0.3840.3930.7241.0331.3210.2160.229昆明屬于我國(guó)太陽(yáng)能資源II區(qū)，年輻射量在54006700MJ/m2，表3.5結(jié)果稍偏保守。幾種固定傾斜角日平均輻照度的比較幾種固定傾斜角12個(gè)月日平均輻照度kWh/m2的比較如表3.

48、6所示。表3.6幾種固定傾斜角12個(gè)月日平均輻照度kWh/m2的比較月30度25度17度48度1度13.9143.7293.3744.3622.51524.4024.2784.0124.5713.25634.3484.3314.2354.1383.80044.1014.2054.3053.4874.26353.9454.1454.4043.0404.70163.7353.9804.3152.6934.77873.7824.0164.3262.7624.74083.8824.0434.2363.0874.39694.1484.2124.2493.6654.079104.3184.2564.098

49、4.2843.558113.9133.7573.4754.2452.728123.8763.6723.3134.3992.4354種較好方案的比較如表3.7所示。由表7可以看出10-41度方案是最佳方案，不僅每個(gè)月都具有較高的日均輻照度，且波動(dòng)最小、均衡性最好。因此，對(duì)昆明地區(qū)而言建議采取10-41度方案，一年只需調(diào)節(jié)兩次電池板的傾斜角。在沒(méi)有條件調(diào)節(jié)電池板傾斜角的場(chǎng)合，則推薦25度固定傾斜角方案。表3.74種較好方案12個(gè)月日平均輻照度kWh/m2的比較月30度25度10-41度14-36度13.9143.7294.2274.09924.4024.2784.5574.50734.3484.3

50、314.2774.32344.1014.2054.3254.32053.9454.1454.5784.48763.7353.9804.5614.42973.7824.0164.5464.42583.8824.0434.3394.28894.1484.2124.1714.218104.3184.2564.3484.354113.9133.7574.1654.069123.8763.6724.2444.095- - 第4章傾斜角可調(diào)光伏支架設(shè)計(jì)傾斜角可調(diào)光伏支架的連接方式一種傾斜角可調(diào)節(jié)的光伏支架,其特征在于:包括連桿一（1）、用于安裝光伏組件的連桿二（4）及與水平面垂直設(shè)置的連桿三（6）；連桿一

51、（1）的一端與水平面鉸接，另一端與所述連桿二（4）鉸接；連桿三（6）的上端與所述連桿二（4）鉸接，所述連桿一（1）與連桿三（6）位于連桿二（4）的兩端；連桿三（6）豎直可移動(dòng)設(shè)置，用于調(diào)節(jié)連桿二（4）相對(duì)水平面的傾斜角。連桿三（6）的下端固定設(shè)置有浮子（7），浮子（7）位于相應(yīng)的水箱（8）中，水箱（8）設(shè)有用于調(diào)節(jié)水箱（8）中水位的水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括與水箱相連通的水位調(diào)節(jié)水箱（11），水泵a（13）、水泵b（14）和蓄水池（17），蓄水池（17）和水位調(diào)節(jié)水箱（11）相互獨(dú)立，水泵a連接有從水位調(diào)節(jié)水箱進(jìn)水的進(jìn)水管道a（19）和排出至蓄水池的出水管道a（16）；水泵b連接有從蓄水池

52、進(jìn)水的進(jìn)水管道b（18）和排出至水位調(diào)節(jié)水箱的出水管道b（12）。：還包括控制器（15）和設(shè)置于水位調(diào)節(jié)水箱的水位計(jì)，控制器分別和水位計(jì)（20）、水泵a（13）、水泵b（14）電氣連接。：在光伏支架連桿三（6）的下端固定設(shè)置有浮子（7），所述浮子（7）位于相應(yīng)的水箱（8）中，相鄰兩個(gè)光伏支架的水箱（8）通過(guò)管路a（9）連通，光伏支架系統(tǒng)中只設(shè)有一個(gè)光伏支架的水箱（8）設(shè)有水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括與水箱相連通的水位調(diào)節(jié)水箱（11），水泵a（13）、水泵b（14）和蓄水池（17），蓄水池（17）和水位調(diào)節(jié)水箱（11）相互獨(dú)立，水泵a連接有從水位調(diào)節(jié)水箱進(jìn)水的進(jìn)水管道a（19）和排出至蓄水池的

53、出水管道a（16）；水泵b連接有從蓄水池進(jìn)水的進(jìn)水管道b（18）和排出至水位調(diào)節(jié)水箱的出水管道b（12）。還包括控制器（15）和設(shè)置于水位調(diào)節(jié)水箱的水位計(jì)，控制器分別和水位計(jì)（20）、水泵a（13）、水泵b（14）電氣連接。如圖4.1。傾斜角可調(diào)光伏支架的特征（1）連桿一、用于安裝光伏組件的連桿二及與水平面垂直設(shè)置的連桿三；連桿一的一端與水平面鉸接，另一端與連桿二鉸接；連桿三的上端與連桿二鉸接，連桿一與連桿三位于連桿二的兩端；連桿三豎直可移動(dòng)設(shè)置，用于調(diào)節(jié)連桿二相對(duì)水平面的傾斜角。（2）連桿三的下端固定設(shè)置有浮子，浮子位于相應(yīng)的水箱中，水箱設(shè)有有用于調(diào)節(jié)水箱中水位的水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（3）水位調(diào)節(jié)

54、系統(tǒng)包括與水箱相連通的水位調(diào)節(jié)水箱，水泵a、水泵b和蓄水池，蓄水池和水位調(diào)節(jié)水箱相互獨(dú)立，水泵a連接有從水位調(diào)節(jié)水箱進(jìn)水的進(jìn)水管道a和排出至蓄水池的出水管道a；水泵b連接有從蓄水池進(jìn)水的進(jìn)水管道b和排出至水位調(diào)節(jié)水箱的出水管道b。（4）控制器和設(shè)置于水位調(diào)節(jié)水箱的水位計(jì)，控制器分別和水位計(jì)、水泵a、水泵b電氣連接。（5）提供一種由光伏支架組成的光伏支架系統(tǒng)，光伏支架包括連桿一、用于安裝光伏組件的連桿二及與水平面垂直設(shè)置的連桿三；連桿一的一端與水平面鉸接，另一端與連桿二鉸接，連桿三的上端與連桿二鉸接，連桿一與連桿三位于連桿二的兩端；連桿三豎直可移動(dòng)設(shè)置，用于調(diào)節(jié)連桿二相對(duì)水平面的傾斜角。在光伏支

55、架連桿三的下端固定設(shè)置有浮子，浮子位于相應(yīng)的水箱中，相鄰兩個(gè)光伏支架的水箱通過(guò)管路a連通，光伏支架系統(tǒng)中只設(shè)有一個(gè)光伏支架的水箱設(shè)有水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括與水箱相連通的水位調(diào)節(jié)水箱，水泵a、水泵b和蓄水池，蓄水池和水位調(diào)節(jié)水箱相互獨(dú)立，水泵a連接有從水位調(diào)節(jié)水箱進(jìn)水的進(jìn)水管道a和排出至蓄水池的出水管道a；水泵b連接有從蓄水池進(jìn)水的進(jìn)水管道b和排出至水位調(diào)節(jié)水箱的出水管道b?？刂破骱驮O(shè)置于水位調(diào)節(jié)水箱的水位計(jì)，控制器分別和水位計(jì)、水泵a、水泵b電氣連接。(8)有益效果：1.連桿二分別與連桿一和連桿三鉸接，同時(shí)連桿一與水平面鉸接，連桿三能隨意地在豎直方向上移動(dòng)，同時(shí)可帶動(dòng)用于安裝光伏組件的連桿二移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)光伏支架的傾斜角調(diào)節(jié)。2.用于調(diào)節(jié)本課題的光伏支架所采用的動(dòng)力源自水的浮力，相較傳統(tǒng)的光伏支架所采用的電機(jī)、齒輪等結(jié)構(gòu)，該動(dòng)力的成本更加低廉；同時(shí)每個(gè)光伏支架之間通過(guò)管道相連，根據(jù)水位向平的原理，只要調(diào)整一個(gè)光伏支架的水