武汉市光伏组件安装的最佳倾角分析

【摘要】：太阳能光伏发电其原理是利用半导体材料的光生伏打效应。主要是通过一系列组件工作将光能转化为电能。太阳能光伏发电过程简单,没有机械转动部件,不消耗燃料,无污染无噪声,零排放,与风力发电、生物质能发电和核电等新型的发电技术相比,是一种最具可持续发展理想特征的可再生能源发电技术。影响光伏组件发电效率的因素很多,组件本身特性、安装倾角、安装高度、天气条件等,这些条件的改变都会在不同程度上影响组件的发电效率。本文从获取最大发电量为出发点,计算了武汉地区光伏组件的月平均日辐射量;并对光伏组件建立模型进行CFD模拟,模拟出了武汉地区12个月份的光伏组件温度与安装倾角的关系曲线。根据温度与效率的关系以及效率与发电量的关系,确定了每个月份获得最大发电量时对应的安装倾角,即最佳安装倾角。本课题首先对太阳辐射量进行了计算。考虑组件非平行于屋顶的倾斜安装方式,查出了武汉地区2001-2010年10年的太阳水平面上的辐射总量数据。水平面上的总辐射量包括水平面上的直射辐射量和天空散射辐射量,而倾斜面上接收到的太阳辐射总量由直射辐射量,地面反射辐射量和天空散射辐射量三部分组成。通过倾斜因子加以修正得到了倾斜面上光伏组件接收到的太阳辐射量计算公式。通过查阅文献确定了水平面上的直射辐射量以及散射辐射量的关系,并计算出了武汉地区光伏组件不同安装倾角下接收到的太阳辐射量。其次,通过CFD模拟出光伏组件的温度,倾角的变化范围为取0°-50°,步长为2°,总共312组数据,模拟出了12个月份的光伏组件温度与安装倾角的关系曲线图。最后,通过温度与组件效率的关系,计算出了武汉地区光伏组件安装的月最佳倾角、季度最佳倾角以及年最佳倾角。结果表明:适合武汉地区光伏组件安装的春夏秋冬四季的最佳倾角分别是:31°、16°、37°、47°;冬半年和夏半年最佳安装倾角分别是:45.6°和23.4°;年最佳安装倾角是33°,并不是武汉地区的纬度(30.37°)。对比实验数据分析可得:通过模拟得出的最终结果与实际实验观测值较为接近,同时也证明了CFD数值模拟能够应用到光伏组件的换热过程的研究中。最终的结果对武汉地区光伏产业的发展也有一定的实际参考价值。 【关键词】：光伏组件 最佳安装倾角 CFD模拟 太阳辐射量
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 表1 各参数代表含义11-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 课题背景和意义13-15
• 1.2 光伏电池的基本原理15-19
• 1.2.1 光伏组件结构15-18
• 1.2.2 光伏电池工作的基本原理和等效电路18-19
• 1.3 光伏发电的国内外研究现状19-23
• 1.4 课题的主要内容及方案23-25
• 第2章 光伏组件CFD模拟计算25-41
• 2.1 CFD数值模拟简介25-27
• 2.1.1 计算流体力学的发展现状25-27
• 2.1.2 FLUENT数值模拟软件简介27
• 2.2 太阳辐射量的计算27-35
• 2.3 数学模型35-36
• 2.4 二维建模及网格划分36-37
• 2.5 数值模拟计算37-39
• 2.6 本章小结39-41
• 第3章 安装倾角对光伏组件参数的影响41-55
• 3.1 不同安装倾角对温度的影响41-47
• 3.2 光伏组件温度与发电效率的关系47-49
• 3.3 不同安装倾角对发电量的影响49-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第4章 结论与展望55-59
• 4.1 结论55-56
• 4.2 展望56-59
• 参考文献59-65
• 攻读硕士期间已发表的论文65-67
• 致谢67-69
• 附录69-80

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