温室大棚中光伏技术应用研究
温室大棚中光伏技术应用研究[20200101170232]
太阳能是新能源中分布最广、使用最方便、最清洁的可再生能源。我国的大部分地区太阳能资源较丰富，具有利用太阳能的良好条件。但是太阳能在我国的利用目前仍然集中在太阳能热水器，利用太阳能发展温室大棚技术比较缓慢，距实现市场化还有很长一段距离。因此，光伏温室大棚有着广阔的应用前景。本文是通过熟悉现代化温室大棚的各个系统，对淮安地区光伏大棚内电气设备供电系统的要求进行分析，设计出太阳能电池供电方式，给出了太阳能电池供电系统的设计方案，并对太阳能供电系统进行具体设计，着重对大棚内的加热设备、补光设备的耗电量进行计算，给出太阳能电池组件与蓄电池的最佳容量，从而达到节约成本的目的。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:光伏系统,温室大棚,设计,最佳容量
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的意义及相关介绍 1
1.2 光伏温室大棚在国内外的发展及研究现状 3
1.3 光伏技术在温室应用中存在的问题 5
1.4 课题研究的目的和内容 6
2 温室大棚中独立光伏系统的设计 6
2.1 设计总则 8
2.2 光伏系统的设计过程 8
2.3 计算流程 11
3 温室大棚中光伏技术的应用研究 12
3.1 供试温室 13
3.2 确定负载大小 14
3.3 选择蓄电池容量 14
3.4 决定方倾角 14
3.5 估算方阵电流 14
3.6 确定最佳电流 15
3.7 选择合适的逆变器 15
3.8 决定方阵电压 15
3.9 确定最后功率 15
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 绪论
近年来，世界范围内出现不同程度的能源危机，所以发展、利用可再生、无污染的新能源成为我们人类的共识。在此前提下，太阳能光伏发电受到全球的关注，但是目前利用率还不高。加强太阳能光伏技术在现代农业中的利用状况，可以在很大程度上缓解能源危机对农业的影响。传统型温室大棚的缺点很多，比如资源利用率低、建设成本高、效益低等。改变传统型的温室大棚，将光伏系统与温室大棚相结合，进行电能自给，充分的利用太阳能，从而建成生态环保型温室大棚。光伏温室大棚既体现新能源节能环保，又容易维护，可节约大量的人力物力，经济效益长远，可真正体现人与自然的和谐发展。
1.1 课题的意义及相关介绍
光伏温室大棚对我国发展农业具有重要意义。不仅可以满足我国城乡居民对反季节蔬菜和瓜果等农产品的需求，也可以提高农业活力、发展壮大农村经济并增加农民的收入，所以光伏温室大棚在农业生产中得到了中央政府的高度重视，同时也得到地方政府的大力支持。如图1.1所示为光伏温室大棚的外观，图1.2所示为光伏温室大棚的内部环境。光伏技术作为保障蔬菜瓜果在寒冷及其他不利气候条件下仍能够正常生长的重要技术手段，克服了自然环境条件对农业生产的限制，大大提高了农业生产效率。光伏温室大棚作为设施园艺的一种表现形式，它对环境调控发展水平体现了现代化都市农业的发展程度。因此，在温室大棚中充分开发利用光伏发电系统，对建设生态、环保型温室大棚具有重要意义。
图1.1 光伏温室大棚的外观
图1.2 光伏温室大棚的内部环境
1.1.1 太阳能作为清洁能源所具备的优点
（a）普遍性：太阳光普照大地，无论是陆地或海洋，高山或岛屿，处处皆有，可直接开发利用，无需开采和运输。而对于我国来讲，太阳能较为丰富的区域占国土面积的2/3以上，年辐射量超过6000 MJ/m2，每年地表吸收的太阳能大约相当于1.7万亿吨标准煤的能量[1]。（b）充裕性：太阳能资源取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前消耗的能量大6000倍。（c）无害性：太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气，也不产生噪声，更不会影响生态平衡，是真正绿色环保的新型可再生资源。
1.1.2 太阳能光伏发电系统
利用太阳能进行发电有两种方式：一种是光热转换发电，二是光伏发电。其中光热电转换方式是通过利用太阳辐射产生的热能发电，这种方式效率低，同时成本也较高，而太阳能光伏发电是通过太阳能电池的伏特效应，直接将光能转换为电能的过程。光伏发电的过程比较简单，不会消耗任何燃料，不会产生废渣、废水、废气，也不产生噪声。因此，应用较为广泛。
下面对太阳能光伏发电系统进行简单介绍，光伏发电系统的构成如图1.3所示，太阳能光伏发电系统包括以下几个部分：太阳能电池组件、蓄电池组、控制器、逆变器以及用电负载。白天，在光照条件下，太阳能电池组件将接收到的太阳辐射能量转换电能供给负载，控制器对蓄电池进行充电，即将多余电能以化学能形式存储于蓄电池中。在阴天夜晚或温度较低时，没有光照，太阳能电池组件不能接收到太阳辐射能，那么蓄电池中的化学能则转换成电能输出供给负载[2]。
图1.3 太阳能光伏发电系统的构成
太阳能作为绿色能源的代表，以其能源充足、不受地域限制、无污染、免费使用等优点，吸引了全世界人们的目光。太阳能光伏发电技术以其提供高品位能源的特点，在园艺领域将会具有广阔的应用前景，尤其是对于新鲜蔬菜运输不便，同时又缺电的地区，发展光伏温室具有更加独特的优势，因为它既能够满足人们对于果蔬的需求，同时又能够满足对电力的需求。太阳能光伏发电技术已在国外进行了一定的应用，但是该技术在我国的应用尚刚刚起步。伴随着我国温室面积的不断增加，探讨光伏发电系统在温室大棚中的应用效果具有重要的现实意义。
1.2 光伏温室大棚在国内外的发展及研究现状
1.2.1 国外发展概况
太阳能光伏发电技术在国外应用较早，在1839年法国科学家Becquerel发现了“光伏效应”，但是直到1954年，美国科学家Charpin、Fuller和Pearson才宣布开发出了第一块发电效率为6%的晶硅太阳能电池[3]。
在欧洲，2010年左右，欧盟安装的太阳能光伏容量已经达到3 GW，预计到2020年，太阳电池组件的年产量将达到54 GW。
在美国，1999年前，其太阳能光伏研究与发展一直处于世界第一，但随后因为种种原因，渐渐落后于日本及欧洲。2004年9月，美国提出了“我们太阳电力的未来：2030及更久远的美国光伏工业线路图”，明确要恢复美国在光伏领域上领先地位的目标，政府增加科研投入。同时美国预计，到2020年时累计安装太阳能电池组件容量将达到36 GW，平均每年安装7.2 GW，到2030年累计安装太阳电池组件容量将达到200 GW，太阳能发电总量将高达3699亿kW·h。随着太阳能光伏发电技术的进步，光伏发电得到了快速的增长，并在各个领域得到了应用。
日本由于资源紧缺，很早便重视发展光伏发电，并且从1999年起太阳电池组件的生产就超过了美国而居世界第一位，在其提出的“面向2030光伏路线图的概述”中还明确指出：到2030年，全国累计安装太阳电池组件容量要达到1000GW[4]。
而对于将太阳能光伏技术应用于温室大棚中，日本学者Yano et al.在拱形大棚侧墙附近安装太阳能薄膜电池，所产生的电量用于驱动温室的侧开窗系统，温室运行效果良好。在光伏组件空间布置方面，其研究了在拱形大棚上安装相同数量的光伏组件，比较东西方向直线型布置和棋盘式布置对温室内阴影及发电量的影响。结果表明，两布置方案的发电量差异不大，但在光伏组件上下间隔布置时，室内光照的均匀情况要明显好于直线型布置。在此基础上，Kadowaki et al.还分析了不同布置方式所造成的室内阴影对大葱生长情况的影响，结果显示棋盘式组件下的大葱生长性能要好于东西方向直线式组件下的大葱。混合系统时太阳能光伏系统与其他系统组成的系统，结合太阳能光伏发电和太阳能集热技术，在温室的屋顶安装光伏发电/集热系统，从而为温室提供电能和热能，并取得不错的效果[5]。
太阳能是新能源中分布最广、使用最方便、最清洁的可再生能源。我国的大部分地区太阳能资源较丰富，具有利用太阳能的良好条件。但是太阳能在我国的利用目前仍然集中在太阳能热水器，利用太阳能发展温室大棚技术比较缓慢，距实现市场化还有很长一段距离。因此，光伏温室大棚有着广阔的应用前景。本文是通过熟悉现代化温室大棚的各个系统，对淮安地区光伏大棚内电气设备供电系统的要求进行分析，设计出太阳能电池供电方式，给出了太阳能电池供电系统的设计方案，并对太阳能供电系统进行具体设计，着重对大棚内的加热设备、补光设备的耗电量进行计算，给出太阳能电池组件与蓄电池的最佳容量，从而达到节约成本的目的。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:光伏系统,温室大棚,设计,最佳容量
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的意义及相关介绍 1
1.2 光伏温室大棚在国内外的发展及研究现状 3
1.3 光伏技术在温室应用中存在的问题 5
1.4 课题研究的目的和内容 6
2 温室大棚中独立光伏系统的设计 6
2.1 设计总则 8
2.2 光伏系统的设计过程 8
2.3 计算流程 11
3 温室大棚中光伏技术的应用研究 12
3.1 供试温室 13
3.2 确定负载大小 14
3.3 选择蓄电池容量 14
3.4 决定方倾角 14
3.5 估算方阵电流 14
3.6 确定最佳电流 15
3.7 选择合适的逆变器 15
3.8 决定方阵电压 15
3.9 确定最后功率 15
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 绪论
近年来，世界范围内出现不同程度的能源危机，所以发展、利用可再生、无污染的新能源成为我们人类的共识。在此前提下，太阳能光伏发电受到全球的关注，但是目前利用率还不高。加强太阳能光伏技术在现代农业中的利用状况，可以在很大程度上缓解能源危机对农业的影响。传统型温室大棚的缺点很多，比如资源利用率低、建设成本高、效益低等。改变传统型的温室大棚，将光伏系统与温室大棚相结合，进行电能自给，充分的利用太阳能，从而建成生态环保型温室大棚。光伏温室大棚既体现新能源节能环保，又容易维护，可节约大量的人力物力，经济效益长远，可真正体现人与自然的和谐发展。
1.1 课题的意义及相关介绍
光伏温室大棚对我国发展农业具有重要意义。不仅可以满足我国城乡居民对反季节蔬菜和瓜果等农产品的需求，也可以提高农业活力、发展壮大农村经济并增加农民的收入，所以光伏温室大棚在农业生产中得到了中央政府的高度重视，同时也得到地方政府的大力支持。如图1.1所示为光伏温室大棚的外观，图1.2所示为光伏温室大棚的内部环境。光伏技术作为保障蔬菜瓜果在寒冷及其他不利气候条件下仍能够正常生长的重要技术手段，克服了自然环境条件对农业生产的限制，大大提高了农业生产效率。光伏温室大棚作为设施园艺的一种表现形式，它对环境调控发展水平体现了现代化都市农业的发展程度。因此，在温室大棚中充分开发利用光伏发电系统，对建设生态、环保型温室大棚具有重要意义。
图1.1 光伏温室大棚的外观
图1.2 光伏温室大棚的内部环境
1.1.1 太阳能作为清洁能源所具备的优点
（a）普遍性：太阳光普照大地，无论是陆地或海洋，高山或岛屿，处处皆有，可直接开发利用，无需开采和运输。而对于我国来讲，太阳能较为丰富的区域占国土面积的2/3以上，年辐射量超过6000 MJ/m2，每年地表吸收的太阳能大约相当于1.7万亿吨标准煤的能量[1]。（b）充裕性：太阳能资源取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前消耗的能量大6000倍。（c）无害性：太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气，也不产生噪声，更不会影响生态平衡，是真正绿色环保的新型可再生资源。
1.1.2 太阳能光伏发电系统
利用太阳能进行发电有两种方式：一种是光热转换发电，二是光伏发电。其中光热电转换方式是通过利用太阳辐射产生的热能发电，这种方式效率低，同时成本也较高，而太阳能光伏发电是通过太阳能电池的伏特效应，直接将光能转换为电能的过程。光伏发电的过程比较简单，不会消耗任何燃料，不会产生废渣、废水、废气，也不产生噪声。因此，应用较为广泛。
下面对太阳能光伏发电系统进行简单介绍，光伏发电系统的构成如图1.3所示，太阳能光伏发电系统包括以下几个部分：太阳能电池组件、蓄电池组、控制器、逆变器以及用电负载。白天，在光照条件下，太阳能电池组件将接收到的太阳辐射能量转换电能供给负载，控制器对蓄电池进行充电，即将多余电能以化学能形式存储于蓄电池中。在阴天夜晚或温度较低时，没有光照，太阳能电池组件不能接收到太阳辐射能，那么蓄电池中的化学能则转换成电能输出供给负载[2]。
图1.3 太阳能光伏发电系统的构成
太阳能作为绿色能源的代表，以其能源充足、不受地域限制、无污染、免费使用等优点，吸引了全世界人们的目光。太阳能光伏发电技术以其提供高品位能源的特点，在园艺领域将会具有广阔的应用前景，尤其是对于新鲜蔬菜运输不便，同时又缺电的地区，发展光伏温室具有更加独特的优势，因为它既能够满足人们对于果蔬的需求，同时又能够满足对电力的需求。太阳能光伏发电技术已在国外进行了一定的应用，但是该技术在我国的应用尚刚刚起步。伴随着我国温室面积的不断增加，探讨光伏发电系统在温室大棚中的应用效果具有重要的现实意义。
1.2 光伏温室大棚在国内外的发展及研究现状
1.2.1 国外发展概况
太阳能光伏发电技术在国外应用较早，在1839年法国科学家Becquerel发现了“光伏效应”，但是直到1954年，美国科学家Charpin、Fuller和Pearson才宣布开发出了第一块发电效率为6%的晶硅太阳能电池[3]。
在欧洲，2010年左右，欧盟安装的太阳能光伏容量已经达到3 GW，预计到2020年，太阳电池组件的年产量将达到54 GW。
在美国，1999年前，其太阳能光伏研究与发展一直处于世界第一，但随后因为种种原因，渐渐落后于日本及欧洲。2004年9月，美国提出了“我们太阳电力的未来：2030及更久远的美国光伏工业线路图”，明确要恢复美国在光伏领域上领先地位的目标，政府增加科研投入。同时美国预计，到2020年时累计安装太阳能电池组件容量将达到36 GW，平均每年安装7.2 GW，到2030年累计安装太阳电池组件容量将达到200 GW，太阳能发电总量将高达3699亿kW·h。随着太阳能光伏发电技术的进步，光伏发电得到了快速的增长，并在各个领域得到了应用。
日本由于资源紧缺，很早便重视发展光伏发电，并且从1999年起太阳电池组件的生产就超过了美国而居世界第一位，在其提出的“面向2030光伏路线图的概述”中还明确指出：到2030年，全国累计安装太阳电池组件容量要达到1000GW[4]。
而对于将太阳能光伏技术应用于温室大棚中，日本学者Yano et al.在拱形大棚侧墙附近安装太阳能薄膜电池，所产生的电量用于驱动温室的侧开窗系统，温室运行效果良好。在光伏组件空间布置方面，其研究了在拱形大棚上安装相同数量的光伏组件，比较东西方向直线型布置和棋盘式布置对温室内阴影及发电量的影响。结果表明，两布置方案的发电量差异不大，但在光伏组件上下间隔布置时，室内光照的均匀情况要明显好于直线型布置。在此基础上，Kadowaki et al.还分析了不同布置方式所造成的室内阴影对大葱生长情况的影响，结果显示棋盘式组件下的大葱生长性能要好于东西方向直线式组件下的大葱。混合系统时太阳能光伏系统与其他系统组成的系统，结合太阳能光伏发电和太阳能集热技术，在温室的屋顶安装光伏发电/集热系统，从而为温室提供电能和热能，并取得不错的效果[5]。
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