大型地面光伏电站工程优化设计技术研究
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专业硕士学位论文
大型地面光伏电站工程优化设计技术研究 Research on Engineering Design Optimization of Large Ground Photovoltaic Power Plant
作者： 导师：
北京交通大学
2014 年 5 月
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明）
学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日
导师签名： 签字日期： 年 月 日
中图分类号：TM615 UDC：621.3
学校代码：10004 密级：公开
北京交通大学
专业硕士学位论文
大型地面光伏电站工程优化设计技术研究
Research on Engineering Design Optimization of Large Ground Photovoltaic Power Plant
iii
北
京
交
通
大
学
专
业
硕
士
学
位
论
文
ABSTRACT
ABSTRACT: In response to the energy crisis and environmental pollution, solar photovoltaic power generation has been rapid development, but the photovoltaic power generation has the problem of high cost and low efficiency. This paper studies based on the background in the photovoltaic power station system integrated optimization design. (1). Introduces the configuration of the two-axis tracking system and the control principle, in the use of photovoltaic power station, about 30% of the electricity generated can be improved, and according to the actual power plant 1 year operation data, through comparing the two-axis tracking system and fixed system in the power generation using two-axis tracking system can be improved about 30% of the electricity, and in view of the irradiation equipment available hours difference, the analysis summarizes the difference between actual generating capacity and the design value, and proposes the solution. (2). Combined with the meteorological and field conditions, in comparing of different schemes of modules, determine the best way of module configuration model from the aspects of difference in the quantity of steel covering. And this paper puts forward some optimization scheme for array design. (3) Based on 1 MW cell array of photovoltaic power station, this paper comprehensively consider the facts such as regularity of array, inverter room layout, junction box layout, DC cable trend and cost, according to different array layout economical comparison, to determine the optimal array layout form, provide the basis for large-scale ground photovoltaic power station design. KEYWORDS：Inverter; Two-axis tracking; Photovoltaic modules; Array design CLASSNO：TM615
北
京
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大
学
专
业
硕
士
学
位
论
文
目
录
目录
中文摘要 ................................................................................................................. iii ABSTRACT............................................................................................................. iv 1 1.1 引言 ............................................................................................................. 1 课题研究背景及意义 ......................................................................... 1 1.1.1 传统能源危机及环境污染 .......................................................... 1 1.1.2 光伏产业的发展 .......................................................................... 1 1.2 课题研究现状 ..................................................................................... 4 1.2.1 跟踪装置 ...................................................................................... 5 1.2.2 光伏阵列设计 .............................................................................. 5 1.3 2 2.1 论文主要研究内容 ............................................................................. 6 双轴跟踪装置的技术原理 ................................................................. 8 2.1.1 双轴跟踪装置的支架 .................................................................. 8 2.1.2 高性价比的传动机构设计 ........................................................ 10 2.1.3 双轴跟踪装置的工作原理 ........................................................ 12 2.2 2.3 2.4 3 3.2 3.1 双轴跟踪系统数学模型 ................................................................... 14 固定系统与双轴跟踪系统发电量计算 ........................................... 15 固定系统发电量与双轴系统实际发电量的比较： ........................ 16 组串的设计 ....................................................................................... 21 固定安装倾角的设计 ....................................................................... 22 3.2.1 小时辐射量估算方法 ................................................................ 22 3.2.2 小时水平辐射量转换到倾斜面 ................................................ 23 3.3 固定支架的设计 ............................................................................... 24 3.3.1 组串排布设计 ............................................................................ 24 3.3.2 支架设计 .................................................................................... 25 3.3.3 支架重量比较 ............................................................................ 29 3.3.4 不同支架型式的阵列间距计算： ............................................. 32 3.3.5 不同支架型式的占地面积 ........................................................ 32 3.3.6 不同支架型式的发电量对比 .................................................... 34 3.3.7 不同场地采用不同支架型式的分析 ........................................ 39
作者姓名： 导师姓名： 工程领域：电气工程
学 职
号： 称：
学位级别：硕士
北京交通大学 2014 年 5 月
i
北
京
交
通
大
学
专
业
硕
士
学
位
论
文
致谢
北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文
中 文 摘 要
中文摘要
摘要：为应对能源危机和环境污染问题，太阳能光伏发电得到了快速发展，但光 伏发电存在成本偏高和效率偏低的问题，本文基于这一背景在光伏电站系统集成 优化设计方面进行Fra Baidu bibliotek研究： 1.介绍了双轴跟踪跟踪系统的控制原理与配置情况，通过理论与仿真分析得出 电站采用双轴跟踪后，相对于固定式一年可提高 30%的发电量，并以西藏羊八井 20MW 光伏电站的运行 1 年的实际发电数据进行了对比分析，证明结果与理论分 析一致； 2.综合考虑气象、场地等条件，对不同组件排布的方案，在用钢量、占地面积 等方面的差异进行对比分析，确定了最佳组件排布方式，并针对阵列设计提出了 一些优化方案； 3.以光伏电站 1MW 发电单元为例，综合考虑阵列的规整度、逆变器室布局、 汇流箱布局、直流电缆及走向和造价等因素，针对不同阵列布局进行了经济性比 较，确定了最佳阵列布局形式，为大型地面光伏电站设计提供依据。 关键词：逆变器；双轴跟踪；太阳电池组件；阵列设计 分类号：TM615
大型地面光伏电站工程优化设计技术研究 Research on Engineering Design Optimization of Large Ground Photovoltaic Power Plant
作者： 导师：
北京交通大学
2014 年 5 月
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导师签名： 签字日期： 年 月 日
中图分类号：TM615 UDC：621.3
学校代码：10004 密级：公开
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大型地面光伏电站工程优化设计技术研究
Research on Engineering Design Optimization of Large Ground Photovoltaic Power Plant
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ABSTRACT: In response to the energy crisis and environmental pollution, solar photovoltaic power generation has been rapid development, but the photovoltaic power generation has the problem of high cost and low efficiency. This paper studies based on the background in the photovoltaic power station system integrated optimization design. (1). Introduces the configuration of the two-axis tracking system and the control principle, in the use of photovoltaic power station, about 30% of the electricity generated can be improved, and according to the actual power plant 1 year operation data, through comparing the two-axis tracking system and fixed system in the power generation using two-axis tracking system can be improved about 30% of the electricity, and in view of the irradiation equipment available hours difference, the analysis summarizes the difference between actual generating capacity and the design value, and proposes the solution. (2). Combined with the meteorological and field conditions, in comparing of different schemes of modules, determine the best way of module configuration model from the aspects of difference in the quantity of steel covering. And this paper puts forward some optimization scheme for array design. (3) Based on 1 MW cell array of photovoltaic power station, this paper comprehensively consider the facts such as regularity of array, inverter room layout, junction box layout, DC cable trend and cost, according to different array layout economical comparison, to determine the optimal array layout form, provide the basis for large-scale ground photovoltaic power station design. KEYWORDS：Inverter; Two-axis tracking; Photovoltaic modules; Array design CLASSNO：TM615
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中文摘要 ................................................................................................................. iii ABSTRACT............................................................................................................. iv 1 1.1 引言 ............................................................................................................. 1 课题研究背景及意义 ......................................................................... 1 1.1.1 传统能源危机及环境污染 .......................................................... 1 1.1.2 光伏产业的发展 .......................................................................... 1 1.2 课题研究现状 ..................................................................................... 4 1.2.1 跟踪装置 ...................................................................................... 5 1.2.2 光伏阵列设计 .............................................................................. 5 1.3 2 2.1 论文主要研究内容 ............................................................................. 6 双轴跟踪装置的技术原理 ................................................................. 8 2.1.1 双轴跟踪装置的支架 .................................................................. 8 2.1.2 高性价比的传动机构设计 ........................................................ 10 2.1.3 双轴跟踪装置的工作原理 ........................................................ 12 2.2 2.3 2.4 3 3.2 3.1 双轴跟踪系统数学模型 ................................................................... 14 固定系统与双轴跟踪系统发电量计算 ........................................... 15 固定系统发电量与双轴系统实际发电量的比较： ........................ 16 组串的设计 ....................................................................................... 21 固定安装倾角的设计 ....................................................................... 22 3.2.1 小时辐射量估算方法 ................................................................ 22 3.2.2 小时水平辐射量转换到倾斜面 ................................................ 23 3.3 固定支架的设计 ............................................................................... 24 3.3.1 组串排布设计 ............................................................................ 24 3.3.2 支架设计 .................................................................................... 25 3.3.3 支架重量比较 ............................................................................ 29 3.3.4 不同支架型式的阵列间距计算： ............................................. 32 3.3.5 不同支架型式的占地面积 ........................................................ 32 3.3.6 不同支架型式的发电量对比 .................................................... 34 3.3.7 不同场地采用不同支架型式的分析 ........................................ 39
作者姓名： 导师姓名： 工程领域：电气工程
学 职
号： 称：
学位级别：硕士
北京交通大学 2014 年 5 月
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学
专
业
硕
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论
文
致谢
北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文
中 文 摘 要
中文摘要
摘要：为应对能源危机和环境污染问题，太阳能光伏发电得到了快速发展，但光 伏发电存在成本偏高和效率偏低的问题，本文基于这一背景在光伏电站系统集成 优化设计方面进行Fra Baidu bibliotek研究： 1.介绍了双轴跟踪跟踪系统的控制原理与配置情况，通过理论与仿真分析得出 电站采用双轴跟踪后，相对于固定式一年可提高 30%的发电量，并以西藏羊八井 20MW 光伏电站的运行 1 年的实际发电数据进行了对比分析，证明结果与理论分 析一致； 2.综合考虑气象、场地等条件，对不同组件排布的方案，在用钢量、占地面积 等方面的差异进行对比分析，确定了最佳组件排布方式，并针对阵列设计提出了 一些优化方案； 3.以光伏电站 1MW 发电单元为例，综合考虑阵列的规整度、逆变器室布局、 汇流箱布局、直流电缆及走向和造价等因素，针对不同阵列布局进行了经济性比 较，确定了最佳阵列布局形式，为大型地面光伏电站设计提供依据。 关键词：逆变器；双轴跟踪；太阳电池组件；阵列设计 分类号：TM615