分布式光伏发电系统在兰州蔬菜大棚中的应用研究.docx

本科毕业论文论文题目：分布式光伏发电系统在兰州蔬菜大棚中的应用研究摘要甘肃省兰州市属大陆性半干旱气候，太阳能资源很丰富。其主要特征是：四季分明，冬夏长、春秋短、日照充足、蒸发量大、气候干燥。在冬季，气温常在4到-7,昼夜温差大，且较为寒冷，不适合农作物的生长繁殖，农户由于气温因素影响,不会在冬季户外种植农作物。为了增加农户收入与有效利用资源，把光伏发电与蔬菜大棚相结合，将太阳辐射分为两部分，一部分是以太阳光的形式提供给蔬菜大棚植物,另一部分通过太阳能光伏板，将光能转换成电能。这是一种具有广泛应用前景的可再生能源发电方式。由于太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，因此，发展光伏蔬菜大棚有着巨大市场需求与前景。本论文主要以相关的光伏理论知识为基础，以建立经济光伏蔬菜大棚为目标，运用PVsyst软件对分布式光伏发电在兰州蔬菜大棚中的应用进行了解与仿真，分析了分布式光伏发电系统的组成结构、运行原理和性能特点，并优化设计，对整个系统进行深入探索。基于蔬菜大棚负载的功率以及用电量的要求，对太阳能光伏板、储能装置、逆变器、汇流箱等器件进行配置，然后分析蔬菜大棚光伏发电系统的基本组成和工作原理，进行组件连接设计、蔬菜大棚系统图的设计、蔬菜大棚顶部安装结构设计，接着利用PVsyst软件对光伏蔬菜大棚进行分析，得到光伏蔬菜大棚的月总辐射量、年总辐射量、全年发电量、系统效率等性能指标。最后结果表明光伏发电系统可以满足普通蔬菜大棚的用电量的自给自足，还可以将额外发出的电量卖入国家电网，换取收益。通过对系统器件寿命内发电量和成本的计算，以及系统发电量的计算与卖入电网的收益的统计，该光伏蔬菜大棚具有良好的经济效益，有很大的发展空间。关键词：系统设计；光伏发电；蔬菜大棚；组件论文类型：工程设计Abstract1.anzhouCity,GansuProvinceisacontinentalsemi-aridclimate,solarenergyresourcesareveryrich.Themainfeaturesare:fourdistinctseasons,longwinterandsummer,shortspringandautumn,sufficientsunshine,largeevaporation,dryclimate.Inwinter,thetemperatureisoften4to-7,thetemperaturedifferencebetweendayandnightislarge,anditisrelativelycold,whichisnotsuitableforthegrowthandreproductionofcrops.Farmerswillnotgrowcropsoutdoorsinwinterduetotheinfluenceoftemperaturefactors.Inordertoincreasetheincomeoffannersandeffectivelyutilizeresources,photovoltaicpowergenerationiscombinedwithvegetablegreenhouses,andsolarradiationisdividedintotwoparts.Onepartisprovidedtovegetablegreenhouseplants,andtheotherpartconvertslightenergyintoelectricenergythroughsolarphotovoltaicpanels.Thisisarenewableenergypowergenerationmethodwithbroadapplicationprospects.Therefore,thedevelopmentofphotovoltaicvegetablegreenhouseshasgreatprospectsandneeds.Basedontherelevantphotovoltaictheoryknowledge,thispaperaimstoestablishaneconomicphotovoltaicvegetablegreenhouse.BasedonPVsystsoftware,theapplicationofdistributedphotovoltaicpowergenerationin1.anzhouvegetablegreenhouseisunderstoodandsimulated.Thecompositionstructure,operationprincipleandperformancecharacteristicsofdistributedphotovoltaicpowergenerationsystemareanalyzed,andthedesignisoptimized.Basedontherequirementsoftheloadpowerandelectricityconsumptionofvegetablegreenhouses,theconfigurationoptionsofsolarphotovoltaicpanels,energystoragedevices,inverters,semiconductortemperaturedifferenceheatingmodulesandotherdevicesareconfigured.PVsystsoftwareisusedtosimulateandanalyzephotovoltaicvegetablegreenhouses.Finally,throughsimulationandanalysis,themonthlytotalradiation,annualtotalradiation,annualpowergeneration,systemefficiencyandotherperformanceindicatorsofphotovoltaicvegetablegreenhousesareobtained.Theresultsshowthatthesystemcanmeettheannualelectricityconsumptionofordinaryvegetablegreenhouses.Duetovariousinevitablelossesandotherfactors,thesystemefficiencyis76.24%.Throughthecalculationofthepowergenerationinthedesignlifeofthesystemandthestatisticsofthepowergenerationofthesystem,thephotovoltaicvegetablegreenhousehasgoodeconomicbenefitsandgreatdevelopmentspace.Keywords:PVsystsimulation;photovoltaicpowergeneration;vegetablegreenhouse;components摘要IAbstractII目录III1绪论51.1 课题研究的背景及意义51.2 兰州太阳能资源分布情况51.3 光伏大棚的概要61.3.1 光伏大棚的结构61.3.2 光伏大棚的要求71.4 本课题的研究内容82 .兰州蔬菜大棚的设计82.1 蔬菜大棚的结构设计82.1.1 蔬菜大棚的用电设备82.1.2 用电设备的作用及用电量计算92.1.3 光伏大棚的系统设计102.2 光伏组件选型及计算112.2.1 光伏组件选型112.2.2 光伏组件最佳方位角及倾角的计算122.2.3 光伏蔬菜大棚光伏组件分布122.2.4 光伏组件安装数量132.3 储能装置、逆变器装置与半导体温差发热模块的选型152.3.1 储能装置的作用与选型152.3.2 逆变器装置的作用与选型152.3.3 汇流箱作用与选型162.4 光伏蔬菜大棚的总体设计图162.4.1 光伏组件连接示意图162.4.3 .光伏蔬菜大棚顶部布置图172.4.4 .光伏蔬菜大棚顶部安装结构图172.4.5 光伏蔬菜大棚一次系统图182.5 PVSySt对系统仿真192.5.1 光伏组件方位角、倾角仿真192.5.2 兰州榆中县月总辐射量仿真202.5.3 系统效率仿真20254系统损耗仿真213 .蔬菜大棚经济效益分析213.5 蔬菜大棚配套用电设备的成本计算213.6 蔬菜大棚光伏发电系统的成本计算223.7 光伏蔬菜大棚的收益计算22结论24参考文献25致谢26附录1：损失流向图27附录2：每日的输入/输出能量图28附录3：CO2排放平衡表291绪论1.1 课题研究的背景及意义我国的大棚种植技术传承于上世纪80年代，随着近代人们生活水品不断提高，传统大棚由于保温能力、抗压能力、温控管理、生产效率比较差及需要大量劳动力的原因，传统的大棚种植技术不能满足这个时代的供需要求。新农人、新技术、新管理在时代历程中正在悄然的自我革新，现代化蔬菜大棚种植是智能化设备与系统化的应用,是紧紧围绕科学化的管理方式而展开的，目前比较常用的是秦皇岛小马智农物联网技术，这种系统可以在远离蔬菜大棚的地方通过网络对大棚里的情况进行操作与监督。光伏蔬菜大棚由透光型光伏组件、智能组串式储能系统、智能能源控制器、汇流箱、变压器等组成，蔬菜大棚中自动化、智能化的设备运转耗能都是非常巨大的，为解决蔬菜棚设备能耗巨大的症结，本文以分布式光伏与蔬菜大棚相结合的方式来探究降低蔬菜大棚能耗问题。分布式光伏发电是现代科技与农业进行碰撞的结果，是绿色清洁能源在实践中的应用，符合国家“碳达峰”与“碳中和”的任务要点，因此开展针对该系统的研究对于合理高效绿色利用资源、促进光伏发电系统的发展具有重要意义。1.2 兰州太阳能资源分布情况太阳能资源通常用年太阳总辐射量表示，甘肃省各地年太阳总辐射值在4700-6350MJm2(如图1.1所示)，其地理分布有自西北向东南递减的规律。河西走廊大部分地区年太阳总辐射6000MJ11，这里降水稀少，空气干燥，晴天多，非常有利于太阳能的利用：另外民勤武威带也是太阳总辐射高的地区。甘肃南部地区则是年总辐射量的低值区，在4700-5200MJ11R这是由于该地区降水和云量多造成的，甘南州西南部略高于周围地区。兰州在中国地图上处于比较中间位置，即北纬34。，东经103。401甘肃的海拔是1500mo兰州处于大陆内部地区，属于大陆性季风气候，年日照时数为约28(X)-3300小时，年平均气温为10甘肃省兰州市太阳能辐射资源数据如表1.1所示。42oN-40oN-38oN-36oN-34oN-94oE96oE98。E100oE102oE104oE106oE108oE图11甘肃省太阳总辐射量分布（单位：MJm2）表1.I甘肃省兰州市太阳能辐射资源数据月份水平面kWhm2.day37。倾斜面kWhm2.day5。倾斜面kWhm2.day1月2.285.393.482月3.215.814.293月4.115.765.044月5.055.885.895月5.795.345.816月6.135.255.997月5.695.055.668