论文初稿可以随便写【论文初稿(2)】

论文初稿可以随便写【论文初稿(2)】 阜阳地区太阳能电池最佳放置角度研究 姓名：王波 学号：1*2 指导教师：张新 摘要：面临当今日益严峻的全球能源危机，合理有效的利用太阳能这一新型清洁能源是有效的解决能源问题的关键。本文详细讨论太阳能电池发电效率与太阳辐射角的关系。确定阜阳地区太阳能电池板的最佳放置角度。 关键词：太阳能电池 光生伏打效应 光电效应 太阳辐射角 发电效率 Study on the Best Angle to Set Solar Cells Name: Wangbo; Student ID: 1*2 Advisor: Zhangxin Abstract: Facing the global severe energy crisis in the world of today, rational and effective use of one new type and clean source of energy -solar energy, is the key to solve the problem. This paper will study the relational factors of efficiency of generating the power and discuss in detail about the relationship between solar cell power generation efficiency and solar radiation angle. Then the article will try to find out the best placement angle to set the solar panel in Fuyang area of Anhui province. Keywords: Solar cell; Photovoltaic effect; The radiational angel of the sun; Generating efficiency 1.引言：如今全球的能源危机越来越严重，需要寻找一种有效的能源解决办法。太阳是地球上所有能源的，想要解决能源问题，就要需要重视太阳在能源问题上的重要作用。太 阳能是可再生资源，储量也很巨大。太阳辐射到宇宙空间的辐射功率为3.910KW.其中有很大一部分到达地球。穿过大气层到达地球表面的有8.210KW。地球每秒钟吸收太阳辐射的能量差不多相当于51010t煤燃烧放出的能量。就目前来说，太阳能资源不会枯竭。当前我们所遇到的主要问题是如何提高太阳能的利用效率。据统计显示，有46.9到达地球表面的太阳辐射能量转变为热能?1?42313。还有一部分被海水和冰吸收。其他部分把海水蒸发 ?2?到空中变成云和雨。地球上的生物能源主要依赖植物的光合作用。但是植物的光合作用所 利用的太阳能只占非常小的一部分。目前解决能源问题的关键就是如何有效合理的利用太阳能。 我们目前可以利用太阳能的方法有两类。一类是收集太阳辐射所转化的热能。太阳能热水器就是利用这个原理制成的。还有一类为用太阳能发电，把太阳能转变为电能使用。前者，在技术上比较容易操作，但是能量的利用不方便，方式过于死板，不能够灵活使用。后者是一种低碳环保?3?的能量利用方式。虽然在技术上要求比较高，但是很具有发展前景。 2.太阳能电池的原理及其结构 太阳能电池原理涉及两个效应，分别为“光电效应”和“光生伏打效应”。 光电效应?：光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化。也就是光4 能量转变为电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。 光生伏打效应?：物体由于吸收光子而产生电动势的现象。是当物体受光照5 时物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 太阳能电池的工作原理：当太阳光照在半导体p-n结上形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下。空穴由n区流向p区。电子由p区流向n区。接通电路后就形成电流?。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 6 太阳能光伏发电系统的组成：太阳能光伏发电系统主要由光伏电池组件，蓄电池 组，太阳能控制器，逆变器和DC-DC 变换装置组成。（1）光伏电池组件：是光伏发电系统的基本单元。当太阳光照在光伏电池组件上时， 电池吸收光能 并产生光伏效应，将太阳能转化为直流电能。太阳能电池一般为硅电池，分单晶硅、多晶硅及非晶硅电池3 种。 （2）蓄电池组：将光伏电池组件产生的电能储存起来，当太阳光照不足或负载需求大于光伏电池组件所发的电量 时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求。蓄电池组是太阳能光伏发电系统的储能部件， 一般由一定数量的蓄电 池经由串、并联组合而成，其容量的选择需与光伏电池组件的容量相匹配。 （3）太阳能控制器：对蓄电池组的充、放电条件加以规定和控制， 并按照负载电源需求控制光伏电池组件和蓄电 池组对负载的电能输出， 保证光伏电池组件在任何日照和环境温度下都可以输出相应的最大功率。 （4）逆变器：将光伏电池组件产生的直流电或蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。 （5）DC-DC 变换装置?：通过控制回路中功率器件的导通与关断， 将光伏7 电池组件输出的低压直流电升压成高压直流电， 保证在直流输入电压大范围变化的情况下输出稳定的高压直流电。 . 3.影响太阳能光伏发电效率的因素 3.1 辐射量的影响 一般来说，到达地面的太阳辐射量主要受太阳高度角、地理纬度、大气透明度、日照时数及海拔高度等因素的影响。 3.2 太阳高度角和地理纬度 太阳高度角即太阳能光伏方阵的倾角，方位角对太阳能辐射收集。太阳辐射强度可由公式I=I0 sin h 计算（I0 为大气质量AM=1 时，海平面上太阳辐射强度），可见太阳高度角越大，太阳辐射强度越大，反之太阳高度角越小，太阳辐射强度就越弱?；各地太阳高度角的变化与纬度有关，一般纬度越高其太阳高度8 角就越小，反之纬度越低其太阳高度角就越大。 3.3大气透明度和海拔高度 大气透明度是表征大气对于太阳光线透过程度的一个参数。在晴朗无云的天 气，大气透明度高，到达地面的太阳辐射能就多些，反之则少；海拔高度越高时，空气就越稀薄，太阳辐射被吸收、散射的就越少，并且大气中的水汽和尘埃的含量也越少，大气透明度就越大。因此海拔越高，太阳辐射能量也就越大。 3.4日照时数 日照时数也是影响地面太阳能的一个重要因素。一般日照时间长，地面所获得的太阳总辐射量越多 4.根据中国不同的地理境中的不同气象数据的水平和中国建筑热环境，来讨论太阳能光伏电池的发电效率与太阳能电池板倾角的关系。从而确定阜阳地区的太阳能装置的最佳放置倾角 4.1最佳倾斜角的确定 由查阅可知：太阳光垂直入射在大气上界时，太阳辐射强度 ?N?I0?S0?1?0.033cos?2? （1） 365? 式中：S0为太阳辐射常数，通常取S0=1367W/m,N为一年之中晴天的天数。日地中心连线与赤道之间的夹角，以北为正，以南为负。变化范围?23.5?23.5?由Matlab可知道S?22?23.45?284?N?sin?2? （2） 360?36.5? “时角”描述太阳在一天内的变化情况，每走经度15?为1h，上午为正，下午为负即?2?15?T?12? （3） 360? 日出日落时刻，水平上太阳高度角为零即 sin?sin?sin?cos?cos?cos? （4） 解得?aros?tan?tan? （5） 太阳光的入射角?与纬度为?的水平上太阳光入射角是相等的即cos?sin(?)sin?cos(?)cos?cos? （6） 式中?为倾斜面上日出日落时的角度 ?aros?tan?tan? （7） 由以上各式知?minaros?tan?tan?,aros? ?tan?tan? （8）? 由此知日出日落时刻 Ts1?12(1? Ts2?12(1?15) （9） ) （10） ?15 总辐射能It主要由直接辐射Ib散射辐射Id反射辐射Ir三部分构成 It?Ib?Id?Ir （11） 在一天内，电池板表面接收的总辐射能 H?ItdT?HB?HD (12) Ts1Ts2 太阳直接辐射能HB? 太阳散射辐射能HD?Ts2Ts1Ts2IbdT （13） IddT （14）?Ts1 在一年内电池板表面接收的总辐射能 Hy?HN (15) N 考虑全年太阳辐射的数学模型如下 11Hy?HbRb?Hd?1?cos?H?1?cos? （16） 22 其中Rb为倾斜面与水平面直接辐射量之比由以下关系式确定Rb?cos(?)cos?cos?sin(?)sin? （17） cos?cos?cos?sin?sin? 光伏电池的温度特性一般温度系数表示，温度系数b表示，即使温度较高，但输出功率的变化较小，光伏电池板温度T可表示为T?TE?kHt （18） 式中TE为环境温度，Ht为光照强度，k根据大量实验数据取0.03 考虑了直射太阳辐射，散射太阳辐射，入射角，室外温度，风速和高度等因素，因此采用基于实测数据的简单模型 E?Ht?C1?C2?T?273.15?C3h?C4V? HfA E为光伏电池模型的电力输出，Ht为入射太阳辐射强度。T为光伏电池表面温度，C1为实验标定常数，C2为光伏电池的温度系数，Hf为标定时的太阳辐射强度，A为光伏电 池模块的面积，C3、C4 实验标定常数，V为当地平均风速.光伏电池电力模型中实验标定常数C1=66.42.光电池的温度系数C2=0.244风速系数C4=0.15高度系数C3=0.037 4.2最佳倾斜角计算 在理论上给定地理经度，地形高度等参数以后，倾角为?的函数Hy?。对Hy?关于变量?求导并取值为0即 dHy? d?0 （20） 阜阳经度：东经115.81度，纬度：北纬32.89度；阜阳平均海拔17.5米。带入方程 求解方程即可得到年最佳倾角?=35.72度。 4.3最佳方位角确定 假如太阳能电池板的倾角固定，就存在一个可以接收最多太阳能辐射的最佳朝向。这就是最佳方位角。在研究过程中假设太阳能电池板全天无阴影遮盖。因为太阳能电池板的最佳方位角与太阳辐射中的散射部分没有关系。在只考虑太阳能电池板上接收的太阳能辐射与方位角的关系。查阅文献可知在无阴影遮盖的某一区域全天太阳能直射辐射能量的计算公式如下 ?B?ED?A()exp()cos?cos?ssin?cos?c?cos?sin?ssin?sin?c?sin?sin?ts1sin?ts2 dts （21） 式中ts2为当地的太阳日出时间，ts1为当地的太阳日落时间，为大气透明系数,随地区 而改变。?为太阳高度角，?为太阳能电池板倾角。?c为太阳能电池板正向与正南方的夹角。 A,B的数值可查阅阜阳气象站可得。假设天气情况不变可得 ts?ED?B?A()cos?csin?2exp()(cos?sin?s)dtsts1?csin? ?A()sin?csin?exp(ts1ts2?B)(cos?sin?c)dts sin? 由于H?360?ts?12? 24 H为日出时间对应的太阳时角，正弦sin?s是太阳时角H的奇函数 A()sin?csin?exp(H1H2?B)(cos?cos?s)dH?0 sin? 计算可知?c=0 查阅资料：阜阳全年日照时数为22003000小时，辐射量在502586x104kJcm2?a。 _ 1 郭志球, 沈辉, 刘文正, 等. 太阳能电池研究进展 J. 材料导报, xx, 20( 3): 41 43. 2 申树芳, 刘伶俐, 徐承天. 太阳能电池研究及应用 J. 化学教学, xx, 4: 45 47 3 周传华, 陈呖. 太阳能电池的研究进展与应用 J.科协论坛, xx, 8: 47 48. 4 汪建军, 刘金霞. 太阳能电池及材料研究和发展现状 J. 浙江万里学院学报, xx, 19( 5): 73 77 5 蒋荣华, 肖顺珍. 硅基太阳能电池与材料 J. 新材料产业, xx, 116( 7): 8 13. 6 王延年，赵玉龙，朱笠，等.电池检测中的应用J.郑州大学学报，xx,35（2）. 7 方荣生. 太阳能应用技术(第3 版) M . 北京: 中国农业机械出版社, 1998. 8 杭利军，何存福，吴斌，等.新型检测技术及定位方法研究J.xx,28（1）：123-127. 9 王忠东，王宝辉，闫铁，等. 太阳能电池的原理xx,32（4）：70-72. 10郑亚娟，王忠东，衣实贤. 基于OTDR技术安全预警系统J.监测与仪表，xx,35（2）： 45-46. 致谢：在张新