大学宿舍小型供电系统简单设计和使用
大学宿舍小型供电系统简单设计和使用[20200408102047]
摘要
本文通过对大学生宿舍电器的统计，针对宿舍小型供电系统进行设计。每个小型供电系统包括三大模块：光伏组件、逆变器、蓄电池。利用TFCALC软件设计一款高效率太阳能电池，在PC1D软件的基础上再进行优化处理。最后以大学生宿舍为实例，对所设计的小型供电系统的相关性能进行分析验证。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:大学生宿舍高效率薄膜电池软件设计供电系统
目 录
1引言 1
1.1 本课题的研究背景及意义 1
1.2 本课题的研究现状 1
1.3 本课题的研究内容 2
2小型供电系统和软件Tfcalc、PC1D简介 3
2.1 太阳能发电原理 3
2.2 光伏电池 3
2.3 蓄电池 5
2.4 逆变器 6
2.5 TFCALC软件 7
2.6 PC1D软件 7
3小型供电系统的设计过程 8
3.1 课题的可行性分析 8
3.2 大学生宿舍电器统计 9
3.3 系统模块建立 11
3.4 光伏阵列的设计 12
3.4.1 TFCALC设计高效率电池片 12
3.4.2 PC1D优化电池 17
3.4.3 组件布局和倾角 20
3.5 逆变器选取 23
3.5.1逆变器DC/DC设计环节 24
3.5.2逆变器DC/AC设计环节 25
3.6 蓄电池选取 26
3.6.1系统蓄电池常用计算方法 26
3.6.2蓄电池类型和容量的优选 28
4小型供电系统设计结果及性能分析 30
4.1系统设计结果 30
4.2投资分析 31
4.3成本分析 31
4.3.1 大学生实际用电统计 31
4.3.2 成本核算 32
结语 33
致谢 34
参考文献 35
1． 2． 引言
1.1 本课题的研究背景及意义
随着科学技术的发展，整个世界对能源的需求在不断增大，而可以利用的煤、石油、天然气这些资源并不是取之不尽，用之不竭的。近年来发展起来的核电的原料也是有限的，同时这些资源的使用都会产生或多或少的污染，严重影响了大气环境以及人类生活，为了确保长期有效保护环境，太阳能成为我们首要选择[1]。
对于这种广泛的清洁资源，对其合理利用势在必行。太阳能作为一款新能源，每年到达地球表面的太阳辐射相当于130万吨标准煤产生的能量；再者就是它源源不断，还无污染，不需要通过开采、挖掘等方式去获得，节省了人力、物力、财力。
太阳能发电主要有两种方式。一种是太阳能直接变成电能的发电方式，如光感应发电、光伏发电[2]。另一种是太阳热能发电，就是将能量在电能和热能之间互相转换，比如借助金属材料的温差发电以及磁流体发电。
太阳能供电系统的使用对于校园来说越来越切实可行，首先我国太阳能资源丰富，太阳能利用前景广阔，我国目前完整的太阳能电池产业链已经形成。再者我国是处于北半球区域，年日照总时数超过2200小时的地区占面积一半以上。再者这个信息时代里手机、电脑、ipad等通讯设备越来越普遍，特别是大学，到处可见人手一两部手机，到处可见每天对电脑需求很大的学生。长时间下来，这些都依靠持续的电力供应，故本课题关于大学生宿舍小型供电系统简单设计和使用，通过利用太阳能获得的电力来解决大学生宿舍的用电问题。
1.2 本课题的研究现状
鉴于每日所用的常规能源的有限性以及目前社会环境污染的严重性，世界上很多国家加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持力度。近些年来国外光伏产业迅猛发展。1973年美国拟定了政府级阳光发电规划；日本在1997年对“屋顶光伏计划”这个项目资助了高达9200万美元的经费，定下了7600MW的方向和目标；印度筹划1998-2002年太阳光伏电池的总产量值达到150MW[3]。国外光伏发电工程也正在从边远农村和特殊应用向与建筑结合供电的方向发展，光伏发电正在向替代能源过渡。截止目前，太阳能光伏电池的能量转换效率已经上升到了15%以上。
我国国内能源的基本特点是煤矿资源多、石油资源贫乏、天然气资源较少，煤炭资源占总能源85%以上，而天然气、石油的开发及存储比均低于世界平均水平。然而太阳能、生物能、风能、地热能和海洋能等新能源在我们国家很是充足，对这些新能源的开发前景十分广阔。
2012年4月6日，杭州师范学院081班的陈元，张杰和石卫等几位同窗好友在丁伟老师的指导下，共同研发的“太阳能蓄能发电装置”已经成功申报了国家专利。该装置选取了12块电池片组成电池阵列，原理是借助温差发电最终使得输出功率最高可以达到16W[4]。
2013年8月8日，大同市阳高县市民张为忠发明了一个独立的家用发电系统，共有3种供电模式，一是常规供电220V，一个是蓄电池逆变为220V的供电，另一种是一个12V蓄电池直接直流供电。目前这套供电系统每天能发3度左右电，基本满足一个家庭一天的用电量[5]。
2014年3月31日，南通如东岔河镇金桥村十七组民曹德圣家开始用太阳能发电，屋顶安装了20块光伏发电板，每天大约可发25KWH[6]。
1.3 本论文研究的内容
本课题是大学生宿舍小型供电系统简单设计和使用，通过利用太阳能获得的电力来解决大学生宿舍的一些问题。对于大学宿舍用电是时间段制，过了几点就定时断电现象，若是临时还有什么事情未处理，没有电的情况会很麻烦，再者宿舍有自己的供电系统，可以随时给电脑、手机等电器充电，大量节约了电费，若是还是由学校提供电力保障，将是一笔巨大的财力支出。这还是排除宿舍因为恶劣天气而造成的学校的电力系统破坏的可能，一旦整个学校宿舍没电，对于大学生来说，接下来的生活将是难以度过。
3． 小型供电系统和软件TFCALC、PC1D简介
2.1 太阳能发电原理
太阳能发电的基本原理是利用太阳电池的光生伏打效应把太阳辐射的能量直接转变为电能的一种方法[7]。
如图2.1所示，由P型、N型两种同质却是不同导电类型的半导体材料构成太阳电池，表面当受到太阳光照射时，此中一部分光线会被反射出去，另一部分会被吸收掉，还有一部分光线则透过电池片到达下表面。光吸收进电池后，然后激发被束缚的电子，产生电子空穴对，由P－N结的内建电场的影响，电子，空穴开始相互运动，P区的电子运动到N区，N区的空穴运动到P区，使得太阳能电池电池的背光的一面有大量的正电荷积累，接受太阳光照射的一面有大量的负电荷积累。若是接上负载在电池两端，就会有电流通过，光线一直照射时，负载上通过的电流将源源不断。太阳能电池每一片其实就是一个半导体P-N结[8]。
图2.1 太阳能发电原理图
2.2 光伏电池
太阳能电池片按用途分为地面晶体硅太阳能电池、海上用晶体硅太阳能电池和空间用晶体硅太阳能电池，按照基片材料的不同分为多晶硅电池和单晶硅电池。太阳能电池片目前常用的尺寸规格主要分为125mm*125mm、150mm*150mm、156mm*156mm这几种。
图2.2 电池片内部等效电路图
为便于了解，不防把太阳能电池内部当做一个复杂体，由光电池和硅二极管构成，即并联了一个正偏置下的二极管在光电池的两端，电池内部结构里另有串、并联电阻的存在。
由于二极管的存在，对电路的影响，可产生通过二极管的P-N结的漏电流，方向相反于光生电流的流向，它将会对消光生电流的一小部分。
串联电阻主要由半导体质料内部本身的电阻、横向扩散型电阻、电池片的接触电阻及金属自带的电阻几部分组成。
摘要
本文通过对大学生宿舍电器的统计，针对宿舍小型供电系统进行设计。每个小型供电系统包括三大模块：光伏组件、逆变器、蓄电池。利用TFCALC软件设计一款高效率太阳能电池，在PC1D软件的基础上再进行优化处理。最后以大学生宿舍为实例，对所设计的小型供电系统的相关性能进行分析验证。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:大学生宿舍高效率薄膜电池软件设计供电系统
目 录
1引言 1
1.1 本课题的研究背景及意义 1
1.2 本课题的研究现状 1
1.3 本课题的研究内容 2
2小型供电系统和软件Tfcalc、PC1D简介 3
2.1 太阳能发电原理 3
2.2 光伏电池 3
2.3 蓄电池 5
2.4 逆变器 6
2.5 TFCALC软件 7
2.6 PC1D软件 7
3小型供电系统的设计过程 8
3.1 课题的可行性分析 8
3.2 大学生宿舍电器统计 9
3.3 系统模块建立 11
3.4 光伏阵列的设计 12
3.4.1 TFCALC设计高效率电池片 12
3.4.2 PC1D优化电池 17
3.4.3 组件布局和倾角 20
3.5 逆变器选取 23
3.5.1逆变器DC/DC设计环节 24
3.5.2逆变器DC/AC设计环节 25
3.6 蓄电池选取 26
3.6.1系统蓄电池常用计算方法 26
3.6.2蓄电池类型和容量的优选 28
4小型供电系统设计结果及性能分析 30
4.1系统设计结果 30
4.2投资分析 31
4.3成本分析 31
4.3.1 大学生实际用电统计 31
4.3.2 成本核算 32
结语 33
致谢 34
参考文献 35
1． 2． 引言
1.1 本课题的研究背景及意义
随着科学技术的发展，整个世界对能源的需求在不断增大，而可以利用的煤、石油、天然气这些资源并不是取之不尽，用之不竭的。近年来发展起来的核电的原料也是有限的，同时这些资源的使用都会产生或多或少的污染，严重影响了大气环境以及人类生活，为了确保长期有效保护环境，太阳能成为我们首要选择[1]。
对于这种广泛的清洁资源，对其合理利用势在必行。太阳能作为一款新能源，每年到达地球表面的太阳辐射相当于130万吨标准煤产生的能量；再者就是它源源不断，还无污染，不需要通过开采、挖掘等方式去获得，节省了人力、物力、财力。
太阳能发电主要有两种方式。一种是太阳能直接变成电能的发电方式，如光感应发电、光伏发电[2]。另一种是太阳热能发电，就是将能量在电能和热能之间互相转换，比如借助金属材料的温差发电以及磁流体发电。
太阳能供电系统的使用对于校园来说越来越切实可行，首先我国太阳能资源丰富，太阳能利用前景广阔，我国目前完整的太阳能电池产业链已经形成。再者我国是处于北半球区域，年日照总时数超过2200小时的地区占面积一半以上。再者这个信息时代里手机、电脑、ipad等通讯设备越来越普遍，特别是大学，到处可见人手一两部手机，到处可见每天对电脑需求很大的学生。长时间下来，这些都依靠持续的电力供应，故本课题关于大学生宿舍小型供电系统简单设计和使用，通过利用太阳能获得的电力来解决大学生宿舍的用电问题。
1.2 本课题的研究现状
鉴于每日所用的常规能源的有限性以及目前社会环境污染的严重性，世界上很多国家加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持力度。近些年来国外光伏产业迅猛发展。1973年美国拟定了政府级阳光发电规划；日本在1997年对“屋顶光伏计划”这个项目资助了高达9200万美元的经费，定下了7600MW的方向和目标；印度筹划1998-2002年太阳光伏电池的总产量值达到150MW[3]。国外光伏发电工程也正在从边远农村和特殊应用向与建筑结合供电的方向发展，光伏发电正在向替代能源过渡。截止目前，太阳能光伏电池的能量转换效率已经上升到了15%以上。
我国国内能源的基本特点是煤矿资源多、石油资源贫乏、天然气资源较少，煤炭资源占总能源85%以上，而天然气、石油的开发及存储比均低于世界平均水平。然而太阳能、生物能、风能、地热能和海洋能等新能源在我们国家很是充足，对这些新能源的开发前景十分广阔。
2012年4月6日，杭州师范学院081班的陈元，张杰和石卫等几位同窗好友在丁伟老师的指导下，共同研发的“太阳能蓄能发电装置”已经成功申报了国家专利。该装置选取了12块电池片组成电池阵列，原理是借助温差发电最终使得输出功率最高可以达到16W[4]。
2013年8月8日，大同市阳高县市民张为忠发明了一个独立的家用发电系统，共有3种供电模式，一是常规供电220V，一个是蓄电池逆变为220V的供电，另一种是一个12V蓄电池直接直流供电。目前这套供电系统每天能发3度左右电，基本满足一个家庭一天的用电量[5]。
2014年3月31日，南通如东岔河镇金桥村十七组民曹德圣家开始用太阳能发电，屋顶安装了20块光伏发电板，每天大约可发25KWH[6]。
1.3 本论文研究的内容
本课题是大学生宿舍小型供电系统简单设计和使用，通过利用太阳能获得的电力来解决大学生宿舍的一些问题。对于大学宿舍用电是时间段制，过了几点就定时断电现象，若是临时还有什么事情未处理，没有电的情况会很麻烦，再者宿舍有自己的供电系统，可以随时给电脑、手机等电器充电，大量节约了电费，若是还是由学校提供电力保障，将是一笔巨大的财力支出。这还是排除宿舍因为恶劣天气而造成的学校的电力系统破坏的可能，一旦整个学校宿舍没电，对于大学生来说，接下来的生活将是难以度过。
3． 小型供电系统和软件TFCALC、PC1D简介
2.1 太阳能发电原理
太阳能发电的基本原理是利用太阳电池的光生伏打效应把太阳辐射的能量直接转变为电能的一种方法[7]。
如图2.1所示，由P型、N型两种同质却是不同导电类型的半导体材料构成太阳电池，表面当受到太阳光照射时，此中一部分光线会被反射出去，另一部分会被吸收掉，还有一部分光线则透过电池片到达下表面。光吸收进电池后，然后激发被束缚的电子，产生电子空穴对，由P－N结的内建电场的影响，电子，空穴开始相互运动，P区的电子运动到N区，N区的空穴运动到P区，使得太阳能电池电池的背光的一面有大量的正电荷积累，接受太阳光照射的一面有大量的负电荷积累。若是接上负载在电池两端，就会有电流通过，光线一直照射时，负载上通过的电流将源源不断。太阳能电池每一片其实就是一个半导体P-N结[8]。
图2.1 太阳能发电原理图
2.2 光伏电池
太阳能电池片按用途分为地面晶体硅太阳能电池、海上用晶体硅太阳能电池和空间用晶体硅太阳能电池，按照基片材料的不同分为多晶硅电池和单晶硅电池。太阳能电池片目前常用的尺寸规格主要分为125mm*125mm、150mm*150mm、156mm*156mm这几种。
图2.2 电池片内部等效电路图
为便于了解，不防把太阳能电池内部当做一个复杂体，由光电池和硅二极管构成，即并联了一个正偏置下的二极管在光电池的两端，电池内部结构里另有串、并联电阻的存在。
由于二极管的存在，对电路的影响，可产生通过二极管的P-N结的漏电流，方向相反于光生电流的流向，它将会对消光生电流的一小部分。
串联电阻主要由半导体质料内部本身的电阻、横向扩散型电阻、电池片的接触电阻及金属自带的电阻几部分组成。
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