太阳能发电系统模型设计教材

北京理工大学《导航通信技术与应用》2011-2012-2结课论文PAGEPAGE14项目研究报告太阳能发电系统模型设计摘要本文总体阐述了太阳能光伏发电系统的组成和原理，对于并网发电系统进行了相关介绍，同时研究了对发电系统的改进和安全保障，在原有系统上进行优化。分别介绍了太阳能电池方阵，逆变器，蓄电池组的功能。除了系统功能的介绍外，还对社会效益、环境效益、和经济效益进行了分析，阐述我国和世界各国的太阳能光伏发电现状和前景。关键词：太阳能发电，并网发电系统，离网发电系统，逆变器，光伏电池方阵中图分类号：TK514文献标识码：A论文类别：A项目研究类别：EThedesignofthesolarpowersystemmodelAbstract：Thispaperexpoundsthecompositionandprinciplesofthesolarphotovoltaicpowergenerationoverallsystem.AnditintroducessomethingrelevantabouttheGrid-connectedSystems.Atthesametime,Iresearchsomethingabouttheimprovementandthesafetyofthesystem.Optimizetheoriginalsystemwillprotectthesolarcells.Thispaperintroducesthefunctionofthesolarcellssquarematrix,inverterandstoragebattery.Exceptfortheintroductionofthefunctionofthesystem,thepaperalsomakesananalysisaboutthesocialbenefits,environmentalbenefitandtheeconomicbenefitandexpoundsthecurrentsituationandtheprospectofthesolarphotovoltaicpowergenerationoftheourcountryandothercountriesallovertheworld.Keywords：Solarelectricalenergygeneration,Grid-connectedSystems,Off-GridSystem,inverter,Photovoltaicbatterysquare1引言太阳能是一种资源丰富的清洁能源，取之不尽用之不竭，有效的利用这种能源将会给人类社会带来巨大的效益。随着光电效应的发现和光伏发电技术的发展，太阳能越来越成为一种新型的能源，已经应用于航空航天，交通等领域，但由于其收到环境的限制和高昂的成本，这项技术还未能大范围的推广。太阳能光伏发电是一种通过光电效应直接将太阳能转化为电能的技术，在太阳光的照射下，太阳能电池板产生光电效应，产生电能，向外放电，从而完成太阳能转化为电能的过程。1.1立项依据太阳能光伏发电据有其他发电方式不具备的优点，无污染，无燃料消耗，无噪音，安全可靠。但是由于太阳能电池价格高昂，技术瓶颈限制等因素，这项发电技术还未得到迅速的发展。并且这项技术的发展历史并不长，还具有改进的潜力。1.1.1项目研究或论文选题的目的及意义该项目基于对太阳能光伏发电技术的原理进行综述，并且予以改进，期望能够实现提高发电效率，增加产能量的目的。1.1.2国内外现状分析近年来，太阳能光伏发电技术在全球迅速发展，世界上已经建成十多座兆瓦级光伏发电系统，6个兆瓦级联网光伏电站。美国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。1997年又提出“百万屋顶”计划。日本1992年启动了新阳光计划，到2003年日本光伏组件生产占世界的50%，世界前10大厂商有4家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国也纷纷制定光伏发展计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。[1]中国的太阳能发展也在稳步前进中，截至2008年初，中国光伏产业总计有10家企业实现海外上市，IPO融资总额超过20亿美元[8]。太阳能产业在中国正式起步只有10多年时间，在全世界太阳能绿色能源产业的带动下，中国的太阳能产业发展迅猛，已经成为全球第三大光伏产品生产国，仅次于日本和德国。[2]我国虽然是光伏产品生产大国，但在光伏技术领域依然阻碍重重。具体表现在：1.生产规模小：目前实际生产能力约为1.5MW/年，与发达国家甚至与发展中国家印度的差距正在拉大。2.技术水平低：我国仅有单晶硅和非晶硅太阳能电池，电池效率及组件封装质量普遍较低。3.专用材料（如：银浆、封装玻璃、单晶硅片等）主要依靠进口。4.生产成本高，这是上述多方面因素的综合体现，目前我国的电池组件售价约4-5美元/W，均高于国外产品。[3]1.1.3相关文献综述太阳电池(solarcell)是以半导体制成的，将太阳光照射在其上，太阳电池吸收太阳光后，能透过p型半导体及n型半导体使其产生电子(负)及空穴(正)，同时分离电子与空穴而形成电压降，再经由导线传输至负载。光伏电池原理：1.光能到电能转换只有在P-N结界面活性层发生。并且一个光子只能激发出一个电子-空穴对。2.具有足够能量的光子进入P-N结区附近才能激发电子-空穴对。（硅电池，光波长小于1.1um可见光）3.温度升高，P-N结界面活性层变薄，造成电池电压降低、光能到电能转换能力降低。[4]这就是太阳能发电的基础原理。1.2项目介绍1.2.1项目研究内容本文主要论述太阳能光伏发电系统的原理，结构组成，各项组件的功能，研究对发电系统的设计优化，以提高系统的发电效率和太阳光的利用率。太阳能发电系统主要分为并网和离网两类，目前并网发电技术还不成熟，但并网发电是未来太阳能发电的趋势。对于并网发电系统，系统需要太阳能电池方阵来进行光电效应，发生能量转化，具体规模示功率需要而定。为提高太阳能发电效率，对太阳能电池方阵的排布有一定的要求，后文将进行介绍。由于由太阳能电池直接输出的电流是直流电，不能直接接入电网进行供电，需要通过逆变器进行交直流转换，使得电流达到市电的参数直接输入电网供电。发电系统中还需要一个控制器，太阳能控制器全称为太阳能充放电控制器，是用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。控制器对整个系统实施过程控制，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，控制器还应具备温度补偿的功能。为提高发电效率，系统中还需要一个太阳光自动跟踪系统，使得太阳能电池始终与太阳光成最大入射角。在光伏发电系统中，使用太阳能跟踪器，使得太阳光入射角增大，进而光伏电池最大输出功率增大，提高光伏发电系统发电量。同时为了电池板之间没有太阳光的相互阻挡，太阳能电池的间距不能太小。1.2.2研究目标在现有的技术基础上，为太阳能发电系统进行一些设计上的适当优化，提高发电效率，同时为发电系统提供一套安全保障系统。安全保障系统主要是确保太阳能电池板避免雷击，并且在温度过高时，降低从太阳光的吸热。1.3拟解决的关键问题1.3.1技术关键对于太阳能电池板摆放位置的相关要求：太阳能组件安装地点的选择，必须考虑到阴影问题．因为一年中太阳始终是不断变化的，所以阴影也是不断变化，因此太阳能组建系统固定装置就要采取极限计算方法来满足要求，以阴影计算太阳高度角就需要被引入．对于地球上的某个地点，太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角．太阳高度角随着地方时和太阳赤纬的变化而变化．太阳赤纬角以δ表示，观测地地理纬度用φ表示，地方时（时角）以ｔ表示，太阳高度角的计算公式为sinh=sinθsinδ+cosφcosδ同一地点一天内太阳高度角是不断变化的．日出日落时角度都为0°，正午时太阳高度角最大．正午12时为0°，午前为负，午后为正，每间隔1ｈ相差15°，对于正午时太阳高度角的计算公式可以简化为sinΘ=sinφ其中，Θ表示正午太阳高度角．由2角和与差的三角函数公式，可得ｓｉｎΘ=ｃｏｓ（φ-δ）．因此，对于北半球而言，Θ=90°-（φ-δ）；对于南半球而言，Θ=90°-（δ-φ）．极限太阳高度角通常被引入来考虑阴影问题，即一年中有最小值的正午太阳高度角．在南半球是在夏至日，北半球是在冬至日．一个地区一年中的太阳高度角最小值取决于其所在纬度，设所在纬度为φ，最小太阳高度角为h，则h=90°-(φ所得太阳高度角能被用来计算光伏安装组件之间以及光伏组件与所能形成阴影物体的最小间距Ｓ=Ｈ*Ｃｏｔh．(见附录图1)[5]电池板的倾角应该介于一年最大和最小太阳高度角的中间，取适中的大小，使其在一年中接收的太阳光为最大值。对于太阳光跟踪系统，根据太阳高度角每过一小时变化15度的规律，使太阳能电池的朝向每一小时改变15度，使得其尽可能多的吸收太阳光。太阳能光伏电站往往建造太阳光充足的区域，太阳辐射充足。但还有另一个问题，太阳能电池板的正常温度为25摄氏度，工作温度不超过45摄氏度，但在炎热的夏季，气温就高达40摄氏度，电池板表面温度可达到60至70摄氏度，甚至更高，这样不仅降低了发电效率（对于一个标准的光伏面板，温度每上升1摄氏度，效率将下降0.5％），还容易降低电池板的寿命。此时在电池板上应该有一个温度传感系统，当温度超过45摄氏度时，传感系统连接的太阳光跟踪系统启动，强制减小太阳光和电池板的照射角度，控制温度使其不至于过高。光伏电站往往建立在周围开阔无障碍物的地区，雷击成为了一个需要防护的安全隐患。雷击会导致电网损坏，电池板烧毁击穿，造成巨大的经济损失。在光伏发电站的防雷设计中，应将外部防雷和内部防雷结合起来，作为一个统一的整体。充分考虑到直击雷、感应雷、雷电侵入波对光伏发电站的影响，从太阳电池方阵的输入端至最终用户，每一级都有针对性地采取合理、有效的防雷措施，设立避雷装置，为光伏并网电站的安全、稳定运行提供重要保障。对直击雷的防护(外部防雷)一一装设避雷针。避雷针实际上是把雷电流引入地下，从而保护了光伏电站的电气设备、机房及附近的低压配电线路遭到直击雷的袭击。避雷针能否对光伏发电站进行保护，是否在避雷针的有效的保护范围内是很重要的。避雷针的保护范围按新颁国家标准，采用"滚球法"来确定。同时，还必须使太阳电池方阵可靠接地。将光伏电站的支架通过金属围栏、接地线的连接，构成→个环形避雷网，从而使光伏电站各个部位形成二个相等的电位，即实现等电位连接，样就会防止太阳电池方阵、机房、低压配电线路遭到二次雷击。对光伏并网电站厂区直击雷防护进行计算:保护半径几计算公式为:rx(式中h一-避雷针高度hx一-被保护物高度;hr一一滚球半径)对感应雷的防护(内部防雷)一一装设避雷器。在出线杆上装设避雷器，通过与接地装置可靠连接，可防止雷电过电压通过低压配电线路的侵入机房，直接击中电气设备，同时也防止雷电过电压侵入负载，对用户造成损坏。另一方面，将机房内的金属外壳、蓄电池架、金属管道电缆金属外皮可靠接地，这样就可以保证机房内不会产生雷电反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压，同时对防雷电电磁脉冲干扰电气设备也有很大好处。将光伏电站机房内的全部金属物，包括设备金属外壳、机架、金属管道、电缆金属外皮等可靠接地，并且将全部金属物用专用接地线单独接入接地干线。对雷电侵入波的防护(内部防雷)一一装设避雷器。雷电波侵入的主要途径是架空导线和光伏阵列到机房的引入线。首先，在太阳电池方阵接线箱内安装防雷模块，在控制器、逆变器内安装防雷元器件，使其具有防雷保护功能:其次，保持太阳电池方阵接线箱与控制柜间距大于10m;三是在交流输出端，改变以往设计中在架空出线杆上安装低压阀式避雷器的做法，改用更加灵敏、安全、方便的浪涌保护器即防雷模块:四是防雷器件全部安装于防雨防尘的电源箱内，固定在架空出线杆上，防止雷电波由输电线路进入机房。同时，将光伏电站内所有电缆金属外皮与大地做良好的连接，实现可靠的屏蔽，从而防止雷电电磁脉冲对机房内设备的影响:在方阵汇流箱、控制器、逆变器等电气设备的输入端加装避雷器或压敏电阻等其它浪涌保护器，实现多级防护方案，进而提供供电保障。[6]离网发电系统：太阳能离网发电系统包括：1、太阳能控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。2、太阳能蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。3、太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。太阳能离网发电系统主要产品分类A、光伏组件B、风机C、控制器D、蓄电池组E、逆变器F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源。离网光伏蓄电系统是一种常见的太阳能应用方式，系统简单，适应性广，但因其蓄电池的体积偏大和维护困难，限制了使用范围，其系统结构示意图见附录图2。并网发电系统：太阳能并网发电系统主要产品分类A、光伏并网逆变器B、小型风力机并网逆变器C、大型风机变流器（双馈变流器，全功率变流器）。当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。在背靠电网的前提下，光伏并网发电系统省掉了蓄电池，从而扩展了使用的范围，提高了灵活性，并降低了造价，其系统结构示意图如附录图3。[7]孤岛效应的解决：光伏系统中会出现一种孤岛效应，所谓孤岛效应，即指如并入公共电网中的发电装置，在电网断电的情况下，这个发电装置却不能检测到或根本没有相应检测手段，仍然向公共电网馈送电量。（见附录图5）孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响。孤岛现象的检测方法根据技术特点，可以分为三大类：被动检测方法、主动检测方法和开关状态监测方法(基于通讯的方法)。一、被动检测方法被动式方法利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛效应检测。但当光伏系统输出功率与局部负载功率平衡，则被动式检测方法将失去孤岛效应检测能力，存在较大的非检测区域(Non-DetectionZone，简称NDZ)。并网逆变器的被动式反孤岛方案不需要增加硬件电路，也不需要单独的保护继电器。1)过/欠压和高/低频率检测法过/欠电压和高/低频率检测法是在公共耦合点的电压幅值和频率超过正常范围时，停止逆变器并网运行的一种检测方法。逆变器工作时，电压、频率的工作范围要合理设置，允许电网电压和频率的正常波动，一般对220V/50Hz电网，电压和频率的工作范围分别为194V≤V≤242V、49.5Hz≤f≤50.5Hz。如果电压或频率偏移达到孤岛检测设定阀值，则可检测到孤岛发生。然而当逆变器所带的本地负荷与其输出功率接近于匹配时，则电压和频率的偏移将非常小甚至为零，因此该方法存在非检测区。这种方法的经济性较好，但由于非检测区较大，所以单独使用OVR/UVR和OFR/UFR孤岛检测是不够的。2)电压谐波检测法电压谐波检测法(HarmonicDetection)通过检测并网逆变器的输出电压的总谐波失真(totalharmonicdistortion-THD)是否越限来防止孤岛现象的发生，这种方法依据工作分支电网功率变压器的非线性原理。如图4-2，发电系统并网工作时，其输出电流谐波将通过公共耦合点a点流入电网。由于电网的网络阻抗很小，因此a点电压的总谐波畸变率通常较低，一般此时Va的THD总是低于阈值(一般要求并网逆变器的THD小于额定电流的5%)。当电网断开时，由于负载阻抗通常要比电网阻抗大得多，因此a点电压(谐波电流与负载阻抗的乘积)将产生很大的谐波，通过检测电压谐波或谐波的变化就能有效地检测到孤岛效应的发生。但是在实际应用中，由于非线性负载等因素的存在，电网电压的谐波很大，谐波检测的动作阀值不容易确定，因此，该方法具有局限性。3)电压相位突变检测法(PJD)电压相位突变检测法（PhaseJumpDetection，PJD）是通过检测光伏并网逆变器的输出电压与电流的相位差变化来检测孤岛现象的发生。光伏并网发电系统并网运行时通常工作在单位功率因数模式，即光伏并网发电系统输出电流电压(电网电压)同频同相。当电网断开后，出现了光伏并网发电系统单独给负载供电的孤岛现象，此时，a点电压由输出电流Io和负载阻抗Z所决定。由于锁相环的作用，Io与a点电压仅仅在过零点发生同步，在过零点之间，Io跟随系统内部的参考电流而不会发生突变，因此，对于非阻性负载，a点电压的相位将会发生突变，如图4-3所示，从而可以采用相位突变检测方法来判断孤岛现象是否发生。相位突变检测算法简单，易于实现。但当负载阻抗角接近零时，即负载近似呈阻性，由于所设阀值的限制，该方法失效。被动检测法一般实现起来比较简单，然而当并网逆变器的输出功率与局部电网负载的功率基本接近，导致局部电网的电压和频率变化很小时，被动检测法就会失效，此方法存在较大的非检测区。二、主动检测方法主动式孤岛检测方法是指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常工作时，由于电网的平衡作用，检测不到这些扰动。一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，从而触发孤岛效应检测电路。该方法检测精度高，非检测区小，但是控制较复杂，且降低了逆变器输出电能的质量。目前并网逆变器的反孤岛策略都采用被动式检测方案加上一种主动式检测方案相结合。1）频率偏移检测法(AFD)频率偏移检测法(ActiveFrequencyDrift,AFD)是目前一种常见的主动扰动检测方法。采用主动式频移方案使其并网逆变器输出频率略微失真的电流，以形成一个连续改变频率的趋势，最终导致输出电压和电流超过频率保护的界限值，从而达到反孤岛效应的目的。2）滑模频漂检测法(SMS)滑模频率漂移检测法（Slip-ModeFrequencyShift，SMS）是一种主动式孤岛检测方法。它控制逆变器的输出电流，使其与公共点电压间存在一定的相位差，以期在电网失压后公共点的频率偏离正常范围而判别孤岛。正常情况下，逆变器相角响应曲线设计在系统频率附近范围内，单位功率因数时逆变器相角比RLC负载增加的快。当逆变器与配电网并联运行时，配电网通过提供固定的参考相角和频率，使逆变器工作点稳定在工频。当孤岛形成后，如果逆变器输出电压频率有微小波动逆变器相位响应曲线会使相位误差增加，到达一个新的稳定状态点。新状态点的频率必会超出OFR/UFR动作阀值，逆变器因频率误差而关闭。此检测方法实际是通过移相达到移频，与主动频率偏移法AFD一样有实现简单、无需额外硬件、孤岛检测可靠性高等优点，也有类似的弱点，即随着负载品质因数增加，孤岛检测失败的可能性变大。3）周期电流干扰检测法（ACD）周期电流扰动法（AlternateCurrentDisturbances，ACD）是一种主动式孤岛检测法。对于电流源控制型的逆变器来说,每隔一定周期,减小光伏并网逆变器输出电流,则改变其输出有功功率。当逆变器并网运行时,其输出电压恒定为电网电压；当电网断电时,逆变器输出电压由负载决定。每每到达电流扰动时刻,输出电流幅值改变,则负载上电压随之变化,当电压达到欠电压范围即可检测到孤岛发生。4）频率突变检测法(FJ)频率突变检测法是对AFD的修改，与阻抗测量法相类似。FJ检测在输出电流波形(不是每个周期)中加入死区，频率按照预先设置的模式振动。例如，在第四个周期加入死区，正常情况下，逆变器电流引起频率突变，但是电网阻止其波动。孤岛形成后，FJ通过对频率加入偏差，检测逆变器输出电压频率的振动模式是否符合预先设定的振动模式来检测孤岛现象是否发生。这种检测方法的优点是：如果振动模式足够成熟，使用单台逆变器工作时，FJ防止孤岛现象的发生是有效的，但是在多台逆变器运行的情况下，如果频率偏移方向不相同，会降低孤岛检测的效率和有效性。三、其他方法孤岛效应检测除了上述普遍采用的被动法和主动法，还有一些逆变器外部的检测方法。如“网侧阻抗插值法”，该方法是指电网出现故障时在电网负载侧自动插入一个大的阻抗，使得网侧的阻抗突然发生显著变化，从而破坏系统功率平衡，造成电压、频率及相位的变化。还有运用电网系统的故障信号进行控制。一旦电网出现故障，电网侧自身的监控系统就向光伏发电系统发出控制信号，以便能够及时切断分布式能源系统与电网的并联运行。[8]1.3.2主要技术指标光电转化效率：光伏发电系统的成功与否的一个关键因素就是光电的转化效率。转化效率的高低衡量着这个系统的经济效益和系统设备的可靠性。要计算效率必须知道该地区单位面积的年受光照射强度，乘上太阳能电池板的有效受光面积，比上光伏电站的年输出电能总量，就得到了光电转化效率。总输电功率：光伏电站的输出功率是一个重要指标，用来衡量其并网供电的可靠性和系统的运转效率。设备损耗：系统的运转对设备的寿命会有损耗。系统的核心部件就是太阳能电池，在日光照射下，太阳能电池会逐渐损耗，寿命减短，尤其是在温度过高的时候，损耗更加严重。因此在使用中，需要使其在合理的工作温度下运转。另一方面就是逆变器和控制器，对它们的损耗主要是孤岛效应，形成的电流会损坏电网、逆变器和控制器。对于孤岛效应的防护和解决前文已有叙述。1.4预期成果1.4.1成果形式成果以发表论文形式展现。1.4.2知识产权未申报专利。2项目执行方案2.1拟采取的研究方法该光伏发电项目从理论入手，研究光伏发电的原理，并通过实验室模拟，验证其可行性。然后建立一个小型的光伏发电系统，计算它的发电效率和经济效益，验证其可控制性和安全性。在确保该技术的安全的前提下，进行实际的小范围的发电测试，并且逐步解决在系统运行过程中遇到的诸如保护电池板，如何提高光能利用效率，解决孤岛效应等问题。2.2技术路线（或实施方案）该项目可分为两个方面设计：离网发电系统和并网发电系统。就目前技术条件看来，离网发电系统的设计更普遍，技术更成熟，应用更广泛。而并网发电系统对技术要求更高，但设备比离网发电系统稍简单，不需要蓄电池储存电力，直接输入电网负载。对于离网发电系统，前文已叙述所需要的主要设备。其原理是将太阳能光伏电池转换的电能先输入蓄电池组，储存为化学能，在负载需要的时候蓄电池组再向外供电。在其向外放电时，通过逆变器将直流电转化为可用的交流电。而并网发电系统由于其直接将电流输入电网，因而比离网发电系统少了一个蓄电池组，但是它对电流需要更灵活的控制。无论是离网还是并网发电系统，控制器都是一个重要的部件，没有控制器，电流会对电网造成损坏。该项目的设计主要基于已有的光伏发电的技术基础，在其之上进行，小幅度的系统优化，已提高发电效率和对系统的保护。2.3可行性分析中国的疆界，南从北纬4。附近西沙群岛的曾母暗沙以南起，北到北纬53°31'黑龙江省漠河以北的黑龙江心，西自东经73°40'附近的帕米尔高原起，东到东经135°05'的黑龙江和乌苏里江的汇流处，土地辽阔，幅员广大。中国的国土面积，从南到北，自西至东，距离都在5000km以上，总面积达960万平方公里，为世界陆地总面积的7%，居世界第3位。在中国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳年辐射总量为3340r-J8400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。从中国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部、山西北部、陕西北部、辽宁、河北东南部、山东东南部、河南东南部、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，这里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如人们称为"日光城"的拉萨市，1961r-J1970年的平均值，年平均日照时间为3005.7h，相对日照为68%，年平均晴天为108.5d、阴天为98.8d，年平均云量为4.8，年太阳总辐射量为8160MJ/m2，比全国其他省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省及重庆市的太阳年辐射总量最小，尤其是四川盆地，那里雨多、雾多、晴天较少。例如素有"雾都"之称的重庆市，年平均日照时数仅为1152.2h，相对日照为26%，年平均晴天为24.7d、阴天达244.6d，年平均云量高达8.4。其他地区的太阳年辐射总量居中。中国太阳能资源分布的主要特点有:①太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°~35。这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心;②太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部;③由于南方多数地区云多雨多，在北纬300~40。地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的升高而增长。太阳能资源分布图见附录图4。中国的太阳能资源条件相当优越，发展太阳能光伏发电产业是具有实际意义的。但同时也要估计到气候问题和当地的湿度、地形、温度以及建设难度、市场需求等问题。2.4项目特色与创新之处2.4.1该项目的主要贡献(创新部分)本文的创新之处在于将原有的太阳能发电系统进行了设计优化，增加温度传感器和保护装置，提高了原有系统的可靠性和安全性，提升对设备的维护。2.4.2论文工作的创新性本文中论述的光伏发电的原理和结构是已有的研究基础，在其之上，进行了一定的创新，增加温度传感装置是其中重要的一项。2.4.3预期研究成果的展示说明说明研究成果所处的阶段为：■实验室阶段；□中试阶段；□生产阶段。该作品在能源领域具有其他种类不可比拟的优势，具有极大的发展潜力和推广价值，带来的环境和经济效益不可估量。其无污染和无排放的可持续发展方式是其最大的优势，适用于大规模的电网输电，和可以用于小区域的供电。2.4.4项目研究及论文成果和学术影响目前关于光伏发电的相关论文在国际和国内都有所发表，可见其在能源领域的地位逐步提高，技术不断改进，应用性也越来越强。一旦其技术瓶颈被突破，登陆能源市场，竞争力将会非常强大，在能源领域将会成为一块独特的具有强大经济效益的领域。2.5已有的研究基础2.5.1对自身研究创新能力的具体评价在创新性方面，光伏发电系统是一个复杂的系统，对于其创新需要从小处入手。在进行了对系统运行和功能的分析后，在细微出进行合理改造，不影响其功能的前提下是其能够运行的更加有效。2.5.2已经完成的主要工作主要负责项目的实验室模拟，理论分析，太阳能系统的模型制作和测试，并对其可行性做出可靠的评估，最后再作出改进。2.6进一步完善该项目的设想在设备上，需要更加搞笑精密的设备，增加系统的运行效率。对于太阳能电池的放置也需要因地制宜，才能提高其采光能力。对于运行中产生的孤岛效应，需要更加灵敏的控制，否则会对电网和设备带来巨大的损坏。对于系统的改进，将来可以向离网和并网切换的角度研究，使得系统能够应对负载情况。3研究进度安排与经费预算表1经费预算（金额单位：元）进度时间进度内容（计划进度安排、实验环境要求、完成时间、经费预计依据与执行时间说明等）预计经费30天实验室模拟1000015天模型制作600007天模型测试20007天参数记录评估5007天理论分析总结10004项目检查、验收、鉴定时间与方法4.1项目查新结论4.1.1文献检索结果分析检索词：太阳能光伏发电系统按所列的主题词和检索式，在上述数据库和其他相关资料中，检索出包含检索词的相关文献多篇，选择其中与本课题相关及有代表性的文献10篇列入文献清单中，分析如下：文献1山东省科学院能源研究所滕为公,杨桂红,王建新,王梅,付健等人针对7.8KW光伏示范电站的设计中提出，太阳能电池组的摆放要求，控制电路的设计，以及电站的运行结构，其侧重于电站的结构设计和功能保障，未提及对系统的安全保障和维护，以及温度控制。文献2辽宁太阳能研究应用有限公司李实，田春宁，鞠振河，殷志刚等人研究的光伏系统优化设计，提出了光伏组件的安放，电路的优化连接，对蓄电池的安装要求与寿命维护。对于光伏系统的整体模式未有创新之处，改变一些细节，使得系统运行更完美。在文中未提及对系统的保障和维护，温度控制等。文献3华北科技学院马红梅的文章针对光伏发电并网系统的检测电路设计进行了论述，主要说明了用检测电路来控制输出电流的波形，使系统输电能力更加稳定可靠，并对电路进行了详细的设计和说明，以及相关要求，涉及交流输出控制和直流输出控制等方面，但为提及关于光伏系统的温度控制等相关方面的要求。文献4国家发改委能源研究所王斯成对于太阳能光伏系统的设计和应用进行了详细的论述，主要说明了光伏技术的历史，光伏技术的应用，建筑一体化的设计，太阳能资源评估，各个部件的参数，太阳光自动跟踪系统的设计，数据采集方式，电池板的抗风设计和防雷设计以及相关技术要求。文中未涉及太阳能电池组的温度控制设计。文献5中环工程公司新能源事业部史君海对于太阳能光伏发电原理及关键设备进行了说明，论述了关于光伏发电的主要原理，光伏发电逆变器的重要作用和注意事项以及逆变原理，孤岛效应和反孤岛效应，太阳能跟踪系统的设计。文中未提及太阳能电池组的温度控制。文献6合肥工业大学赵为在太阳能光伏并网发电系统的研究中论述了逆变输出的仿真研究，对电流波形的跟踪检测，在不同日照不同温度下的电流电压特性，对于孤岛效应发生时的电路状态以及解决方式，系统设备的接地设计。其中未提及光伏电池组的维护和温度控制。文献7合肥工业大学能源研究所赵为，余世杰，沈玉梁，苏建徽在光伏并网发电系统的孤岛效应与防止策略中提出了光伏孤岛效应的产生机理，导致的危害和安全隐患，以及其解决措施和具体操作，未提及对光伏设备的维护和光伏电池的温度控制。文献8武汉科技学院罗维平，吴雨川，向阳在避雷装置在光伏并网发电系统中的应用中论述了光伏发电的安全隐患，雷电的破坏机理，造成的后果和避雷装置的选择和具体的安装要求和操作要求。文中未提及对太阳能电池板的温度控制。文献9FarzamBaradarani,SeyedHosseinHosseini和FarzamNejabatkhah在ASingle-PhaseGrid-ConnectedPhotovoltaicPowerSystemusingDFCMConverter中提出，对单相光伏发电并网发电系统能够最大功率点跟踪(MPPT)的光伏(PV)数组和无功补偿。文中未提及关于设备维护和温度控制。文献10VinodKhadkikar和JamesL.Kirtley,Jr在InterlinePhotovoltaic(I-PV)PowerSystem–ANovelConceptofPowerFlowControlandManagement中提出了，一种新的系统配置为一个大型光伏(PV)电力系统多行传输/分销网络。一个光伏发电厂改装,两个相邻电力系统网络/馈线可以是相互关联的。文中未提及关于设备维护和温度控制。4.1.2查新结论以上国内外文献检索结果表明：文献[1，2，4，5]介绍了光伏发电系统的基本原理和特点，进行了相关的改进设计。文献[5，6，7]针对发电系统中产生的孤岛效应提出了对其的检测方法和相关解决措施的研究。文献[3，6]针对光伏发电中的电路检测提出了对检测电路的设计方案。文献[9]论述了对系统功率的控制。文献[10]论述了发电系统的改造来达到电网之间的关联。以上文献与本项目查新点所涉及的评价指标侧重点有所不同。综上所述，在国内外文献的检索结果中，未见与本项目查新点研究内容完全相同的公开文献报