船用太阳能光伏发电系统设计及性能评估

进入充满挑战的新千年,在节约资源和保护环境的双重制约下全社会如何保持经济的持续、繁荣和发展已成为全球热点问题。国际市场上煤炭、石油等传统燃料资源的价格起伏跌宕,广泛使用不可再生能源对环境造成的危害日益加剧,能源问题已经成为经济发展的重要制约因素。另一方面,取之不尽、用之不竭的太阳辐射能作为一种重要的可再生能源,在开发利用过程中具有显著的优势,可以预见在后化石燃料时代其必将成为人类社会主要的利用能源之一。 值得注意的是,尽管太阳能光伏发电经过近几年的研究和发展,技术上已几近成熟,而且在电力电子技术先进的德国、日本、美国和加拿大等发达国家也已经有成熟、技术先进、性能优秀的产品问世,但将其作为交通运输工具的动力及辅助设备能源方面的研究起步较晚,涉及能源的转换综合利用和船舶电网匹配并网方面的研究还较薄弱,实际应用尚不广泛,可谓是刚起步。以现在的技术发展水平而言,太阳能作为船舶动力及辅助设备能源的研究属高技术含量的科技,有不少关键性的技术尚有待研发或改进。若从当前的实际情况出发,着眼于船舶航运业的技术进步和长远发展,先期开发应用于大型远洋船舶的太阳能光伏系统,即船用太阳能光伏发电系统,无疑是一个值得深入思考的方向。 针对太阳能光伏发电技术,文中就其技术原理、系统组成和关键技术进行了介绍,其中关键技术主要涉及软件控制方面,主要包括最大功率点跟踪控制、直交流逆变和蓄电池充放电等对太阳能光伏发电整个起到决定性影响的技术。通过对陆用光伏系统技术本身及特性的综合分析,参照船舶电力能源体系的特点,为后续章节对船用光伏试验系统的设计及性能分析提供理论和技术支撑。 从技术性和经济性两个层面选取适宜的目标船,分析了其典型航线上的太阳能资源分布状况并初步评估光伏能源利用率；根据目标船电力设备负荷,优化选择太阳能光伏系统与船舶电力体系匹配耦合模型并确定在设定光伏系统容量的前提下实际选定的光伏系统类型；评估光伏辅助电力系统的各模块效率及总体效率；完整论述了在大型远洋船舶上安装使用太阳能光伏系统的优化与分析过程。 就整套船舶光伏发电试验系统的设计流程、硬件实施方案、仿真计算及结果对比分析等四个方面的内容进行了详细的论述。其中,整套船舶光伏系统部分,通过技术实施方案流程图的形式,将该系统所涉及的研究方向、技术内容及研究流程等三部分的内容做出了完整概述。基于三种并网类型,通过仿真计算分析得出了试验光伏系统与船舶主电网之间以并网模式涉及运行时需进行容量合理搭配的结论。