下载文档原格式
太阳能房屋一体化设计的研究与应用海军航空工程学院（青岛）易忻毛世超王文龙指导教师曹华林专家点评：本文借鉴建筑一体化设计理念与光伏电池组件结构化模块设计思想，在综合考虑发电量和单位发电费用的目标要求下，提出了电池板的铺设方案。
论文首先根据设计要求，对附件数据进行了聚类分析，确定了电池组件铺设原则，并建立了相应的多目标规划模型。
对于问题1，本文先以分析数据为依据，以总太阳能利用率最大为目标，使用禁忌搜索算法与图解法求解了各外表面铺设方案，并对发电总量和经济效益进行了求解。
问题2中，本文首先确定了电池板的最佳倾斜角，然后利用问题1 的模型与算法对问题进行了求解。
对于问题3，本文首先利用深度搜索算出最佳朝向角，然后以小屋铺设电池面受到的年光辐射总量最大为目标，建立了优化模型，并对其进行了求解。
本文采用的方法适当，内容完整，是一篇较为优秀的论文。
点评人：青岛科技大学数理学院杨树国教授摘要本文以太阳能小屋的设计为研究对象，借鉴建筑一体化设计理念与光伏电池组件结构化模块设计思想，在综合考虑发电量和单位发电费用的目标要求下，采用有效解法求解铺设方案。
针对该问题，根据设计要求，对附件数据进行比较分析与聚类分析，确定符合建筑一体化设计的组件结构化铺设原则，将多目标规划模型转换为达到决策者满意约束要求的单目标组合优化规划模型，使用近似算法求出有效解。
问题1 中，我们首先以分析数据为依据，确定小屋需要铺设电池的外表面以及各表面的最优电池类型，然后以总太阳能利用率最大为目标，使用禁忌搜索算法与图解法，以结构化设计为基础，在铺设原则的约束下，用Matlab 编程与Solidworks 软件图解近似求解各外表面铺设组合优化方案，最后计算出该方案35 年发电总量51.84 万千瓦时，经济效益6.05 万元，投资收回年限26 年，并分析该方案是满足设计要求与满意程度约束的有效解。
问题2 中考虑架空情况，根据数据资料采用搜索法计算俯仰角33.7°为电池组件的最佳俯仰角，使用问题1的模型与算法计算铺设方案，计算出使用周期内发电总量为56.56 万千瓦时，经济效益11.77 万元, 投资收回年限20 年。
太阳能电池的结构与工作原理太阳能电池是利用光电效应将光能转化为电能的一种设备。
其结构以及工作原理十分关键，本文将从多方面进行阐述。
一、太阳能电池的结构太阳能电池的主要结构是由P型半导体和N型半导体材料组成的PN结构。
其具体结构如下：（1）P型半导体层：由于P型半导体材料内部原子存在杂质，导致其内部有大量少子分布，因此呈现出正电导特性。
（2）N型半导体层：与P型半导体层相似，N型半导体材料内部原子也存在杂质，导致其内有大量多子分布，因此呈现出负电导特性。
（3）P-N结：当P型半导体层与N型半导体层相结合时，因其电子浓度相反，形成PN结。
PN结中含有少量的杂质离子，如磷、硅、锗等，在室温下可获得稳定性，并形成一定的空间电荷区，即反向漏电区，可以有效防止电子和空穴的复合，从而将光电转换效率提高到最高。
（4）金属电极：在P型半导体的顶部和N型半导体的底部，分别电浆贴附上一层金属电极，以加强电路连通性。
二、太阳能电池的工作原理太阳能电池是通过光电效应实现将光能转换为电能的。
当光线经过太阳能电池表面时，会被吸收，产生光电子激发，使电子跃迁到导带中，形成相应的空穴。
通过PN结的内部电场作用使空穴向P型半导体集中，电子向N型半导体集中，形成电动势。
在外部电路的作用下，电子流进入电路的负载，使得负载发生电流，从而实现转换效果。
在实际应用中，太阳能电池的转换效率与多种因素有关，如太阳能的强度与方向、电池板的温度与表面状况、电池板质量等因素。
同时，太阳能电池的制造也对其转换效率产生重要影响。
通过多样化材质结构的选择，制造出转换效率高、成本低、稳定性好的太阳能电池，对于太阳能电池的推广应用产生了积极推动作用。
三、太阳能电池的种类太阳能电池种类较多，根据主要材料不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池和非硅太阳能电池。
其中，硅太阳能电池占据了市场主导地位，非硅太阳能电池虽然目前市场份额较小，但这种新型太阳能电池的研究及发展有着重要意义。
光伏贴片!贴上它就连肥皂泡都能发电! 目前，科学家们已经制造了最薄的，最轻的太阳能电池，它们特别轻松，甚至可以悬挂在肥皂泡上而不会爆裂。
这些超薄太阳能电池几乎可以放置在任何固体表面上，包括织物，纸张和玻璃。
太阳能电池，技术上称为光伏电池，直接将能量从光转换为电能。
新的太阳能电池厚度只有1.3微米。
相比之下，人的平均毛发厚度约为100微米。
这些新设备也特别重量轻，仅重约0.01磅。
每平方码(每平方米3.6克)。
相比之下，典型的办公用纸重量约为20倍。
讨论人员表示，这种新型太阳能电池将光转换为电能，其效率与传统的玻璃基太阳能电池大致相同。
此外，新器件的功率重量比是太阳能电池有史以来的最高值。
讨论人员表示，这对于重量很重要的应用至关重要，例如航天器或高空讨论气球。
传统的硅基太阳能电池组件每磅产生约6.8瓦特(每千克15瓦特)，但这些新设备每磅产生的能量超过2,720瓦(每克6瓦特)，约为400瓦特。
麻省理工学院电子工程师弗拉基米尔布洛维奇(VladimirBulović)在一份声明中说："它可能很轻，你甚至不知道它在你的衬衫或笔记本上。
这些新设备将作为现有结构的附加物消失。
'新电池使用称为DBP的有机化合物作为其主要的光汲取材料。
太阳能电池夹在聚对二甲苯层之间，聚对二甲苯是市售的柔性透亮塑料，广泛用于爱护电路板和植入的生物医学设备免受环境损害。
科学家表示，太阳能电池及其聚对二甲苯载体和涂层在室温下在真空室中制造，无需使用任何溶剂。
相反，传统的太阳能电池制造需要高温柔刺激性化学品。
太阳能电池和聚对二甲苯一起生成。
据讨论人员称，聚对二甲苯在制造过程中从不需要处理，清洁或从真空中移除，这样可以最大限度地削减灰尘和其他可能降低太阳能电池性能的污染物。
讨论人员指出，他们可以使用商业设备轻松制造厚度达80微米的聚对二甲苯薄膜，而不会失去其制造技术的其他优势。
使用这种方法，你可以想象将轻质甚至不行见的太阳能电池层压到窗户或其他固体表面上，用于建筑和设备集成电子设备。
丝网印刷太阳能电池的仿真模拟实验
仿真模拟实验开始前，我们先了解了丝网印刷太阳能电池的基本原理。
该技术通过在金属箔或塑料薄膜上涂覆一层光敏材料，当光线照射到这一层材料时，其内部的半导体材料会吸收光子能量并产生电子空穴对，从而产生电流。
这种太阳能电池具有成本低、效率高、可制备性强等特点，是未来太阳能发电领域的重要研究方向。
实验过程中，我们在计算机上运行了一款名为“光伏模拟器”的软件，用于模拟丝网印刷太阳能电池的工作过程。
首先，我们在软件中设置了光源参数、材料参数和结构参数等，然后启动模拟程序。
在屏幕上，我看到了一个个由光敏材料构成的微小结构，它们在阳光的照射下逐渐产生了电流。
整个过程仿佛是一场自然界的魔法表演，让我叹为观止。
仿真模拟实验不仅让我们直观地了解了丝网印刷太阳能电池的工作原理，还让我们体会到了科学的魅力。
在这个过程中，我们学会了如何使用计算机软件进行科学计算和数据处理，提高了我们的计算思维能力。
同时，实验也让我们更加珍惜地球上的自然资源，激发了我们对绿色能源研究的热情。
回想起这次仿真模拟实验，我深感科技的力量是无穷的。
在未来的日子里，我们将继续努力学习科学知识，为实现可持续发展的目标贡献自己
的一份力量。
我相信，在不久的将来，我们一定能够创造出更多像丝网印刷太阳能电池这样的科技成果，让人类的生活变得更加美好。
光伏电池片包装规格一、电池片数量光伏电池片的数量根据不同的规格和型号有所不同，具体数量应按照客户的需求和订单进行确定。
二、包装尺寸光伏电池片的包装尺寸应满足客户的具体要求，根据电池片的数量、尺寸和质量等因素进行设计。
一般情况下，包装箱的尺寸应足够大，以方便装卸和运输，同时也要考虑到包装箱的稳定性，防止在运输过程中发生倾倒或变形。
三、重量要求光伏电池片的包装重量应符合相关的运输要求，确保在运输过程中不会超过承运人的限重规定。
同时，重量也要合理分配，以保持包装箱的稳定性。
四、防震防潮措施光伏电池片是一种脆弱的电子产品，需要进行防震防潮处理。
包装箱应采用适当的材料和结构，以保护电池片在运输和存储过程中不受损坏。
同时，包装箱内应放置适量的干燥剂或防潮剂，以防止电池片受潮或发生氧化。
五、标识与追溯每个包装箱上应贴有明显的标识，包括产品名称、规格型号、数量、重量、生产日期等信息。
这些标识应清晰、易读、不易脱落，以便在运输、存储和使用过程中进行追溯和管理。
六、绝缘与防火要求光伏电池片具有一定的绝缘性能和防火性能，但为了确保安全，包装箱的材料和结构也应具备相应的绝缘和防火性能。
同时，在包装箱内部应放置适当的防火材料，以防止电池片在意外情况下发生燃烧。
七、环保与回收光伏电池片是一种环保产品，其包装也应符合环保要求。
包装材料应采用可回收利用的材料，以便在废弃后进行环保处理。
同时，也应尽量减少包装材料的使用量，以降低对环境的影响。
八、附件与配件根据需要，包装箱内可以放置一些附件和配件，如安装说明书、保修卡、备用螺丝等。
这些附件和配件的数量和种类应按照客户的需求进行配置。
太阳能小屋设计摘要介绍了浙江省慈溪市天和家园住宅小区43kW．屋顶太阳能并网光伏发电系统的设计思路，以及系统的具体功能与配置，提出了设计中需要注意的问题及具体的解决方案。
包括：①光伏系统提供公用设施用电，在阴雨天时使用城市电网为公用负荷供电；②光伏系统在小区内局部并网．不考虑将电能输入上级城市电网；③太阳能电池组件方阵倾角确定为3O。
，选用常州天合光能有限公司生产的TSM一175D型高效单晶硅电池组件。
分析了组件分组串接原则，确定了布置方案；( 并网逆变器选择德国艾思玛(SMA)公司SMC6o(》0rIL型无变压器集中式逆变器和SB5o0仇1．型无变压器多组串逆变器；( 地下车库照明负荷曲线与日照曲线接近．因此选择地下车库照明和智能化设备用电为光伏系统负荷；⑥简介了防直击雷和防感应雷措施．以及选择电缆和设计支架时应考虑的因素；⑦监控系统选用SMA的Sunny Boy Control Plus产品。
关键词住宅小区并网光伏发电太阳能电池组件多组串逆变器1 项目简介1．1天和家园住宅小区概况浙江省慈溪市天和家园住宅小区占地面积64 788m2，总建筑面积13．4万m2。
小区住宅整体布置方式为南北朝向，南北均无高大建筑物，无遮阴情况，日照充分。
小区建筑住宅以多层为主，屋顶呈人字形，楼高22．2—22．86m。
计划在天和家园2O号楼屋顶装设太阳能电池板，建住宅小区太阳能光伏发电示范电站。
2O号楼目前处于在建状态，-屋顶可利用面积有：西侧平台，面积87m ；斜屋面，～7共7块，总面积(斜面)113．9m。
；露台，厶一厶共5个，总面积233．44m 。
1-2设计要求a．该项目有一定的公众影响力。
美观与否非常重要，要求光伏电池组件的安装应保持屋顶的风格和美观，并与小区及周围环境相协调。
b．该光伏电站主要提供天和家园小区公用设施用电，包括：地下车库西区照明灯35．2kW，地下车库东区照明．灯21．4kW，智能化设备2kW等。
要求在阴雨天气时，’应能使用城市电网为公用负荷供电。
c．光伏电站建设费用计入小区开发成本。
建成后随小区移交物业管理，要求节省投资。
维护管理方便。
2 光伏发电系统运行方式的选择太阳能光伏发电系统的运行方式可分为两类。
即：独立运行和并网运行[1]。
独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区。
由于必须有蓄电池储能装置，所以整个系统的造价很高。
在有公共电网的地区。
光伏发电系统一般与电网连接，即采用并网运行方式。
并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池，而将电网作为自己的储能单元。
由于蓄电池在存储和释放电能的过程中，伴随着能量的损失，且蓄电池的使用寿命通常仅为5～8年，报废的蓄电池又将对环境造成污染，所以，省去蓄电池后的光伏系统不仅可大幅度降低造价，还具有更高的发电效率和更好的环保性能，且维护简单、方便。
在建筑密度很大的城市住宅小区中，能够安装太阳能电池板的面积有限，住宅小区屋顶光伏发电系统的容量通常远远小于其变压器的容量，即光伏系统的发电功率始终小于小区负载的功率，没有剩余电能送入上级城市电网[2】。
综合考虑，该光伏发电系统拟采用并网运行方式．并在小区内局部并网，不考虑将电能输入上级城市电网，系统原理图如图l所示。
采取小区内局部并网3 系统设计3．1设计依据该系统的设计依据有：《光伏系统并网技术要求》(GB／T19939—2005)；当地气象资料；建设方提供的相关资料及要求等。
3．2光伏系统太阳能电池组件的配置方案3．2．1最佳方阵倾角的确定慈溪市介于北纬3O。
O2 一3O。
24 和东经121。
02 一121。
42 之间，处于北亚热带南缘，属季风型气候。
平均年日照时数2 038小时，太阳年辐射量4 000～4 800MJ／m ，年日照百分率47％。
查阅相关资料可知，太阳能电池组件方阵最佳倾角为30。
3．2-2太阳能电池组件的选择与布置3．2-2．1太阳能电池组件的选择目前，高效晶体硅太阳能电池的光电转换效率已达2l％以上，大批量生产的单晶硅光伏电池组件的光电转换效率也已达到14％以上。
该系统选用了常州天合光能有限公司生产的rlSM一175D型高效单晶硅电池组件．其外形如图2所示。
TSM一175D型电池组件技术参数如下，峰值功率：Pm=175WP；开路电压：=43．58V；最佳工作电压：=36．2V；短路电流：厶=4．97A；最佳工作电流：，m=4．85A；重量：G=16kg；尺寸：长×宽×厚=l 581 mm×809mm ×40mm。
3．2．2．2太阳能电池组件的布置将太阳能光伏发电应用于城市住宅小区时，与建在边远地区、荒漠地区的独立光伏电站有很多不同点，不能简单地将太阳能电池方阵按最佳倾角的要求布置，必须要充分考虑与周围环境的协调和美观。
根据建设方提供的加号楼屋面图(参见图3)以及现场考察情况，电池方阵布置方案如下：a．西侧平台面积87mz。
采用锯齿型方阵。
共安装组件36块，方阵倾角为30o。
功率为：175Wp×36=6 300W 。
b．斜屋面一，共7块小屋面可安装太阳能组件，总面积(斜面)113．9m：，与斜屋面平行安装组件87块，方阵倾角为斜屋面坡度31。
功率为：175W ×87=15 225Wp。
c．顶层露台上方装饰性花架有厶一共5个可安装太阳能组件。
面积233．44m。
，考虑露台的采光和建筑的整体布局和美观。
将露台上方装饰性花架前半部分空出一定面积，保持装饰性花架的原貌，后部约有163 m2安装组件，共安装组件126块，为减少风压及屋顶的美观，方阵倾角为7。
功率为：175Wp×126=22 050Wp。
该布置方案共安装了1’SM一175D 型高效单晶硅太阳能组件249块，总功率为43 575W。
，设计按43kWp配置、计算3．2．3太阳能组件的分组串接从系统效率考虑，直流电压越高效率就越高，住宅用电电压为220～400V。
安装组件时原则上要在同一日最低的组件影响导致整体输出严重下降。
该方案屋面布置的太阳能电池组件在安装后的光照有两种情况：a．平台、露台上方装饰性花架安装的组件将不会受到建筑物等的挡光影响；b．斜屋面安装的组件在每天的不同时间段，其光照将会受到不同方向建筑的一定影响。
为了将组件串接后的热斑效应损耗降到最低，受到不同方向建筑物影响的组件进行分组。
将受到相同方向建筑物影响的组件归为一组。
并且在系统中采用多组串逆变器(在后面的逆变器中详述)。
为了平衡逆变器的功率，每台多组串逆变器都接入了多组的组件。
由多组串逆变器的每路MPPT(最大功率跟踪)电路对每路组件进行最大功率点跟踪，从而使因挡光引起的组件功率损失降低到最低限度。
电池组件分组数参见图3所示(电池组件被圈的为一组)。
3．3并网逆变器选择与配置方案3．3．1并网逆变器的选择并网逆变器是并网光伏系统的重要电力电子设备．其主要功能是把来自太阳能电池方阵输出的直流电转换成与电网电力相同电压和频率的交流电，并把电力输送给与交流系统连接的负载，同时还具有极大限度地发挥太阳能电池方阵性能的功能和异常或故障时的保护功能，即：①尽可能有效地获取因天气变化而变动的太阳能电池方阵输出所需的自动运行和停机功能，以及最大功率跟踪控制功能；②保护电网安全所需的防单独运行功能和自动电压调整功能③电网或并网逆变器发生异常时，安全脱网或停下逆变器的功能。
已进入实用阶段的并网逆变器的回路方式有电网频率变压器绝缘方式、高频变压器绝缘方式和无变压器方式3种。
其中无变压器回路方式因在成本、尺寸、质量和效率等方面具有优势而被广泛采用。
该系统的并网逆变器选用德国艾思玛公司(SMA)生产的Sunny Mini Central系列SMC6000TL 型无变压器集中式逆变器和Sunny Boy系列SB50OOTL Multi—String~无变压器多组串逆变器，具有过压保护、对地故障保护、孤岛效应保护、过载保护、短路故障保护等完善的保护功能，并具有内置逆变采集器和RS485、RS232通信接口，可方便地获取逆变器的运行参数(直流输入电压和电流、交流输出电压和电流、功率、电网频率等)。
其技术参数如表1所示。
多组串逆变器采用了每路独立的最大功率跟踪，可以处理不同朝向和不同型号的光电组件，也可以弥补不同连接串中的光电组件数量和部分阴影的影响。
因而可以有效地避免屋面安装的组件因阴影引起的功率损失。
3．3．2逆变器与电池组件的分组匹配逆变器与电池组件的分组串接如图4所示。
在标准测试条件下逆变器所接入的每路组件数量、输入电压、功率如表2所示。
对照表1可知，该方案逆变器与电池组件的配置是合理的，满足要求。
3．4太阳能光伏发电系统负载的选择从严格意义上来讲。
并网光伏发电系统是将整个城市电网作为自己的储能单元，因而，光伏系统所带负荷是任意的，不存在选择问题。
但由于我国《可再生能源法》刚刚于2006年1,q 1日实施，《可再生能源法》的“上网电价法”和“全网平摊”法规尚未实施，这就带来了住宅小区移交物业管理后电费管理上的困难。
因而，为了更好地保证上级城市电网的安全，方便管理，太阳能并网光伏系统负载的选择原则应是使屋顶并网光伏系统的发电功率小于所带负载的用电功率，并且尽可能使负载的用电时间与光伏系统的发电时间相匹配。
天和家园设置了高压环网站一座，在小区各负荷点设置了7个箱变．其中2 箱变为800 kV·A，6 箱变l ooO kV．A．其它均为630 kV·A。
与光伏系统公共接入点相连的箱变变压器容量为630kV·A，主要供小区公用负荷用电。
天和家园公用负载主要有：地下车库西区照明灯35．2kW，地下车库东区照明灯21．4kW，智能化设备2 kW，以及小区景观灯、围墙灯等。
地下车库照明负荷曲线与太阳光日照曲线接近，因此，选择地下车库照明和智能化设备用电为光伏系统的负荷。
总负荷功率为58．6kW，大于光伏系统的峰值功率43kW ，且所安装的光伏系统峰值功率43kW。
不到所连4#箱变容量的10％，保证了无电能输入上级城市电网，符合设计要求。
’3．5防雷设计3．5．1防直击雷措施直击雷是指直接落到太阳能电池阵列、低压配电线路、电气设备以及在其旁的雷击。
防直击雷的基本措施是安装避雷针。
由于该光伏系统中的外置设备在整个环境中不是最高建筑物，所以设计为：把所有屋顶电池组件的钢结构与屋顶建筑的防雷网相连，以达防雷击的目的，并符合《光伏(PV)发电系统过电压保护一导则》(SJ／T11127)中有关规定。
3．5．2防感应雷措施太阳能光伏发电系统的雷电浪涌入侵途径，除了太阳能电池阵列外。
还有配电线路、接地线以及它们的组合。
从接地线侵入是由于近旁的雷击使大地电位上升，相对比电源高，从而产生从接地线向电源侧反向电流引起的。
