翟雄飞光伏课题毕业论文辅助材料.doc

2013届毕业设计（论文）开题报告研究题目：家用并网光伏发电系统的设计与研究0909050127翟雄飞一、 太阳能光伏发电系统的背景和意义 全球化石能源储量的有限性是无疑是促使世界各国探索可再生能源的最主要原因之一。据世界权威能源机构分析，按照现在已探明的化石能源储量及开采速度来计算的话，全球石油储量剩余可开采年限仅约为41年，我国剩余可开采年限约为15年；全球天然气剩余可开采年限约为61.9年，我国剩余可采年限大概为30年；全球煤炭剩余可开采年限大约为230年，我国剩余可开采年限约为81年；全世界铀剩余可采年限约为71年，而我国剩余可开采年限约为50年，随着人类社会经济发展，人类需要从自然界索取更多的能源，正是如此，地球上的化石能源储量在急剧减少，日益枯竭。不仅仅如此，由于石油、煤等化石燃料的使用，造成全球环境污染日益严重，危害人类的身心建康，严重制约人类社会的可持续发展。面对这种情况，世界各国纷纷制定各种方案与措施来减缓能源损耗和加强环境保护。 并网光伏发电作为太阳能发电的主要方式，受到了世界各国极力推崇与大力发展。利用取之不尽用之不竭的太阳能发电，不用消耗化石能源，无温室气体和污染物排放，符合经济社会和谐、可持续发展的战略。并网发电不用中间蓄能装置，所发出的电能直接送入电网，相当于把电网作为储能装置，与独立光伏发电系统的比较，减少25%-30%投资成本。此外，省掉蓄电装置还可以提高系统的平均无故障时间，避免蓄电装置二次污染。分布式建设，发供电就近就地分散，进退电网灵活方便，不仅有利于增强整个电力系统承担风险的能力，还能对电力系统的负荷平衡起到调节作用，并降低线路损耗。并网光伏发电系统还可以起到电网调峰作用。二、光伏发电系统的研究现状 今世界各国特别是发达国家对于光伏发电技术十分重视，针对其制定规划，增加投入、并加以大力发展。20世纪80年代以来，即使是在世界经济处于衰退和低谷的时期，光伏发电技术产业也一直保持以10%巧%的递增发展速度。90年代后期，其发展更为迅速，并成为全球增长速度最快的高新技术产业之一。1997年世界光伏电池组件的总产量达到200MW，比1996年增长了35%。各国一直在通过改进工艺、扩大生产规模、开拓新市场等手段来降低光伏电池的制造成本。 近几年，全世界太阳能电池的生产量平均每年增长近40%，2004年全世界生产总量更达1000M砰。本世纪以来，一些发达国家纷纷制定了发展包括太阳能电池在内的可再生能源计划。太阳能电池的研究和生产在欧洲、美洲、亚洲大规模展开。美国和日本为争夺世界光伏市场的霸主地位，争相出台太阳能技术的研究开发计划，如到2010年，美国计划累积安装460oM牙(含百万屋顶计划)；日本计划累计安装5000兆瓦(NEDO日本新阳光计划)。 我国于1958年开始研究光伏电池，1972年首次成功地将光伏电池用于地面，1979年开始生产单晶硅太阳能电池。中国的光伏产业的发展有2次跳跃，第一次是在上世纪80年代末，我国的改革开放正处于蓬勃发展时期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使我国的太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百千瓦一下子上升到6个厂的4.5MW，引进的太阳电池生产设备和生产线的投资主要来自中央政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。第二次光伏产业的大发展在2000年以后，主要是受到国际大环境的影响、国际项目/政府项目的启动和市场的拉动；例如2002年由国家法改委负责实施的“光明工程”送电到乡和即将实施的送电到村工程均采用了太阳能光伏发电技术。由于我国西部人口密度小，居住分散，同时又拥有丰富的太阳能资源。太阳能光伏发电是即廉价又清洁的能源选择。三、毕业设计（论文）预期成果及创新 本论文课题研究的目的是：面对传统能源紧缺，且存在污染的问题，大力研究和发展可再生能源发电技术，研制出利用太阳能的光伏并网发电系统的优化结构和高性能控制策略，将电力电子技术和控制技术有机结合，使系统即能够最高效率的利用太阳能，又能注入理想的电流波形入电网，提供理想电能，为太阳能光伏并网发电系统产品化提供应用理论基础和技术支持，开辟工业应用途径。本论文以该课题的研究为核心内容，根据现代可再生能源并网发电系统在满足实际广泛应用时必须低成本和高效率的特点和要求，针对目前光伏系统在结构及控制方法中的不足，提出了双全桥光伏逆变器结构和特次消谐控制策略，并着重研究了该系统的原理、设计和控制问题，同时对相关问题进行了分析和探讨。论文的主要研究内容包括：(l)提出一种结构灵活、高能量传输、低成本的太阳能光伏并网逆变器拓扑结构。针对太阳能光伏并网发电的特点和成本问题，研究各种光伏逆变结构，并对其外围保护电路、滤波电路等进行优化设计，保证太阳能光伏并网发电系统的高效运行。(2)研究新的控制算法实现快速稳定地最大功率点跟踪。根据太阳能光伏阵列功率输出特性，控制光伏阵列的输出电压，保证光伏阵列在最大功率点运行，最大限度地将光能转化为电能，提高系统效率。(3)研究太阳能光伏并网发电系统高效运行的控制策略。在太阳能光伏并网发电系统数学模型的基础上研究其控制方法，使系统满足动态响应速度和稳态控制精度的要求下，尽可能的减少逆变开关次数，达到高效、高质量的电能输出。(4)研究快速安全的保护检测及控制方法。分析太阳能光伏发电系统直接并网时的安全保护问题，除了基本的保护功能外，还应具备防孤岛效应的特殊功能。从用电安全与电能质量考虑，研究快速安全的孤岛效应检测控制方法，保证整个系统的高效安全运行。(5)分析太阳能光伏发电系统并网运行时对电网电能质量的影响。综合考虑并网发电与对电网电能质量的治理，为可再生能源发电以及电力系统管理提供必要的技术和信息支持。教研室（学科部）审核意见教研室（学科部）主任（签字） 年 月 日学院审核意见主管院长（系主任）签字 年 月 日材料2毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目户用并网型光伏发电系统的设计与研究学生姓名翟雄飞专业班级09光通1班指导教师姓名职称副教授一、 设计（论文）的基本要求（任务）1、分析薄膜太阳能电池的发展现状与趋势； 2、了解太阳能电池的制造流程，分析比较太阳能发电与其他清洁能源的优劣势，研究分析常用光伏发电的并网模型。3、设计分析户用光伏发电系统的并网方式，研究或提出合理的模型参数。4、提出具体应用场合和实例研究，得出有一定实际意义的结论。二、 课题条件及进度安排具有该研究所需的多种技术资料及必要的实验(仿真)条件。 2013.1.102013.1.18 中外文技术资料收集、调研； 2013.2.252013.3.22 英文资料翻译、开题报告 2013.3.232013.4.17 技术方案及优化设计 2013.4.182013.5.17 毕业设计初稿 2013.5.182013.6.2 毕业设计定稿 2013.6.32013.6.10 毕业答辩 2013年 1 月 10 日材料3毕业论文（设计）评审标准（指导教师参照使用）评价内容具 体 要 求分数开题报告能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。10实践能力能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。如装置安装、调试、操作。20分析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。20工作量、工作态度工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；能按期圆满完成规定的任务，工作作风严谨务实。20质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；结果有应用价值。20创新毕业设计（论文）工作中有创新意识；对前人工作有改进或见解独特。10毕业论文（设计）评审标准（评阅人参照使用）：评价内容具 体 要 求分数翻译资料综述材料查阅文献有一定广泛性；翻译外文资料质量较好；有综合归纳资料的能力和自己的见解。15论文质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分严谨，结论科学；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；结果有应用价值。50工作量、难度工作量饱满，难度较大。25创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10毕业论文（设计）评审标准（答辩委员会参照使用）：评价内容具 体 要 求分数报告内容思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论严谨；论文结果有应用价值。50创新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10答辩回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确，深入。30报告时间符合要求。10一、指导教师评语：指导教师签字：项 目分值评分项 目分值评分2013年 月 日开题报告10工作量、工作态度20实践能力20分析、解决问题能力20质 量20创 新10合计得分二、评阅人评语：（无评阅人不用此栏）项 目分值评分评阅人签名：2013年 月 日开题报告15（设计）论文质量50工作量及难易度25创 新10合计100三、答辩小组意见： 答辩小组负责人签字 2013年 月 日项 目分值评分报告内容50报告时间10答 辩30创 新10成 绩项目成绩评定A指导教师评分50%评阅人评分25%答辩评分25%总分B指导教师评分60%答辩评分40%学院领导签字（公章） 年 月 日答辩记录答辩时间： 答辩地点：答辩记录： 记录人：材料4(英文原文) (译文) 太阳能电池的多维建模电磁和载流子输运计算李孝锋，尼古拉斯P.希尔顿，李侃华斯内德J.和斯蒂芬A.迈尔英国伦敦SW7 2AZ ，英国伦敦帝国学院物理系布莱克特实验室摘要考虑到电磁式和电子性质，我们提出了一个全面模拟太阳能电池的多维模型（SCS）。典型的同质结和异质结砷化镓SCS是在不同的模拟空间维度。考虑一维的问题时，载流子输运模型进行计算后，啤酒兰伯特光吸收近似。我们展现了这种模拟的结果具有优异的与标准PC1D一维光伏仿真协议。光子和电浆尝试的提升SC效率的需求全面的电磁为了进行计算，以获得精确的载波有两种文件生成亲和三维系统。我们的模型提供了完整的光谱和空间信息典型的光学和电子的行为。此外，我们的方法允许详细调查复杂系统，包括电浆SCS，不能采用低维建模工具。我们目前的结果光学薄的电浆砷化镓SC的数值模拟，并观察改进设备性能所产生的等离子体纳米结构的应用，以及与以前的实验结果一致。2012约翰威利父子有限公司。关键词：光伏太阳能电池；载流子输运；光子；下同多维度建模；表面等离子体对应李晓峰，布莱克特实验室，物理系，英国伦敦帝国学院，英国伦敦SW72AZ。收稿2011年8月26日，2011年11月24日修订2011年十二月五日1 简介精确的二维（2D）和三维（3D）太阳能电池的建模（SC）的正变得越来越重要，因为低成本的纳米加工的来临，可以使先进高效的光伏设备。模拟SC的是标准的和最简单的方法是使用解析表达式描述的装置1内的载流子输运字符特征。然而，这样的解析表达式的适用性是有限的，以简单的一维（1D）的问题。更彻底的方法是载流子输运方程的数值求解用户的科幻定义设备配置2。如今，有有一批模拟方法或软件能够为建模SCS，包括PC1D ，DESSIS，SCAPS，AFORS-HET，AMPS，等3-8。然而，这些文章的主要工作，在一个或两个维度（1D，2D），ND载波一代很少被全面地对待，相反，低维近似（例如，比尔 - 朗伯耗尽近似）已经被完全的应用。对于普通SCS的，没有明显的横向取决于置信（即，沿平行的方向上的交界处接口），1D模拟可以足够精确；否则，更高维（2D或3D）模拟必须被使用。例如，将表面等离激元（SPS），金属-本征模式结构的10 - 11，在实现实现高效的光吸收薄膜SCS12,13中，是光伏设备的兴趣。在这些设备，电浆纳米结构可以集成获得长不改变原有光路设备的几何形状。电浆太阳能电池（产品分成合同）基于有机/无机材料采用各种纳米结构的光检测器已经被提出并示出改进的光吸收和光转换能力12-24。PSCS进行优化设计时，仿真通常要实现的三维，因为他使用光学模式的空间格局（即载流子产生）被强烈修改激发谐振SP模式。出于这个原因，载流子产生的档案可以不从传统的光学近似直接预测，而是彻底的电磁（EM）的计算是必需的。2 型号说明我们的模式的目的是进行多维建模使用COMSOL物理上的基础上的SC的有限元法26。在一维模型中，它执行的载体输运计算载波生成配置文件从比尔 - 朗伯定律得到的1。在二维和三维系统中，而不是使用该光学近似，确切之前开展的电子计算EM响应计算，可以得到，所以，准确的光学和电子的字符，地球化学特征在SC。在我们的模型中，COMSOL射频模块用于模拟考虑一个细胞周围的光学响应由弗洛凯布洛赫边界和完全匹配层；电子部件包括三个模块，即两个描述载流子输运的对流扩散模块作用下，载流子的扩散，漂移，生成和重组，和一个静电势模块基于泊松方程。由于EM计算，这是基于麦克斯韦方程组，已经广泛地讨论10,15,16,21，我们完全专注于三维数学模型，描述了电子设备的响应。具有较低维数的情况下（一维和二维）可以很容易地得到从三维模型中的除去相应的空间依赖性。2.1 在3D的载流子输运方程要开发一个通用模型模拟SCS不同的系统配置（即空间维度，材料成分等），我们采用下面的方程组，其中包括3D承运人运输和泊松方程和考虑内在材料的梯度周围的异质结界面的参数1,27： (1a) (1b) (1c)其中n（P）的电子（空穴）浓度，DN=unKBT/q，代表电子（空穴）的扩散系数，un(up)是电子（空穴）的流动性，KB在玻尔兹曼常数，T =300 K的工作温度，q为电子电量，并潜在静电。最后，真空介电常数（相对介电常数的材料），并且C= ND-NA的杂质浓度的总和定义为离子浓度的总和ND和受体NA浓度，包括补偿电荷的迹象。U包括肖克利读霍尔的贡献，辐射和俄歇重组 （2） （3a） （3b） （3c）与频率相关的载流子的产生率可以直接通过一维比尔 - 朗伯定律估计。然而，更精确的结果，可以通过通过一个高维的EM得到更加确切的计算： （4）其中=4n/是光敏材料的消光系数，n是折射率的虚部，功率流，PS是一个关键因素，即连接EM和电子零件。它可以是来自于坡印廷矢量： （5）其中的x，y和z方向上的通量组分分别是 （6a） （6b） （6c）在这里，E（H）的频率和空间相关外部光注入产生的电（磁）场，符号“”和“*”的经营者采取实部和复共扼。在我们的载流子传输模块，P被用作一个无量纲的参数，它反映的相对功率分布单位入射功率密度下的设备。实际光子通量太阳光照下获得包括b（）正如公式（4）。因为我们的目标是获得麦克斯韦方程组，全光机制（如，表面反射，光的干涉，吸收等），确定场分布的精确解自动考虑，使我们能够获得为随后的电子载流子产生的档案计算。随着详细的强度代价和与入射光的空间依赖性，我们的模型可以可以用来模拟系统更复杂的下配置（例如，与外部的聚光器或等离激元的纳米结构），其中的三维扩散和产生的载流子可以精确建模。2.2 初始条件在二维和三维建模的初始条件的情况下n，p，和发挥重要的作用，影响计算精度和效率高。根据预定义的掺杂分布，一个很好的估计的初始载体亲文件，即ninit和pinit初始化，可以通过以下方式获得应用中性电荷与ni在每一层中的条件表达式29： （7a） （7b）因此，ninit和pinit可以表示为： （8a） （8b）最初的静电势init，可以进行估计欧姆接触和肖特基接触。对于欧姆接触，初始化具有以下形式29： （9）这个方程提供了一个很好的初始预测同质结SCS轮廓，例如，砷化镓SCS 由p和n型砷化镓层构成。然而，它是无效的那些更复杂的材料组合物，例如，异质结砷化镓SCS组成一个p型砷化镓铝多窗口（掺杂浓度：N AW砷化铝：铝砷化镓），重掺杂对砷化镓（NA1）发射器，轻掺杂的n型砷化镓（ND1）底座，和一个n型