光伏建筑一体化计算机辅助设计系统开发

【摘要】：随着光伏发电技术的飞速发展,光伏建筑在国内的应用日趋广泛。当前以光伏建筑工程师主观设计为主的现状,不仅造成了资源的大量浪费,且有很大的不确定性,已难以满足光伏建筑的发展需要,用计算机辅助设计软件实现光伏建筑一体化设计已迫在眉睫。 本文首先从光伏建筑入手,研究了作为光伏建筑重要组成部分的光伏发电系统和支架结构体系。并网光伏系统主要由太阳能电池、逆变器等构成,本文根据材料的差异把太阳能电池分作单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜三类,并论述了其光生伏打效应原理；讨论了逆变器的设计与使用要求以及并网光伏系统在节能环保等领域的优点等。同时,根据光伏组件和建筑集成形式的不同,把光伏支架分作倾斜式、平卧式。嵌入式三类,并阐述了其设计要求。其后,对光伏建筑一体化的相关设计原则作了归纳总结。 随后,本文以光伏发电系统和支架体系为骨架,建立了光伏建筑一体化设计模型。首先,建立了光伏系统各模块的数学模型,包括太阳能各天文参数、地外水平面辐射量、地表辐射量的计算方法,光伏方阵最佳倾角的选择原则及其计算模型,光伏阵列设计中单路电压与电流的计算方法、方阵组件串并联计算模型、逆变器设计方法等,光伏系统设计功率计算模型,其经济、环保效益等。同时,建立了光伏支架设计模型。在对支架结构作出相关假定的基础上,对倾斜式、平卧式、嵌入式三种支架体系从分析方法、设计条件、荷载计算、梁的受力分析、节点强度验算等方面作了详细论述,并建立了支架梁截面设计的资料数据库。 最后,根据本文所建立的光伏建筑设计模型,结合国内外相关资料与实验室多年研究成果,开发设计了光伏建筑一体化辅助设计软件。介绍了主程序的设计流程,及程序输入与输出等相关内容,并把软件分为初步设计、工程设计、结果查询三大模块,分别对其相关界面作了详细描述。在文章最后,把本软件应用于某工程算例中,实现了该工程的计算机辅助设计。 【关键词】：光伏建筑 并网光伏系统 支架 计算模型 软件设计
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 光伏建筑一体化定义10
• 1.2 光伏建筑一体化分类10-13
• 1.3 光伏建筑一体化优势13-14
• 1.4 光伏建筑一体化发展现状14-17
• 1.4.1 国外发展现状14-15
• 1.4.2 国内发展现状15-17
• 1.5 本文主要研究内容17-19
• 第2章 光伏建筑一体化组成和设计原则19-29
• 2.1 前言19-20
• 2.2 并网光伏系统的组成和工作原理20-25
• 2.2.1 太阳能电池20-22
• 2.2.2 逆变器22-24
• 2.2.3 并网光伏系统24-25
• 2.3 光伏支架25-27
• 2.3.1 光伏支架分类25-26
• 2.3.2 光伏支架设计要求26-27
• 2.4 光伏建筑一体化设计原则27
• 2.5 本章小结27-29
• 第3章 光伏系统各模块数学模型29-52
• 3.1 前言29
• 3.2 太阳辐射能的计算29-34
• 3.2.1 太阳能各天文参数的计算29-30
• 3.2.2 地外水平面辐射量的计算30-32
• 3.2.3 地表辐射量的计算32-34
• 3.3 光伏方阵的最佳倾角34-35
• 3.3.1 最佳倾角选择原则34
• 3.3.2 最佳倾角计算模型34-35
• 3.4 光伏阵列设计模型35-41
• 3.4.1 单路电压与电流的计算35-37
• 3.4.2 光伏组件方阵设计37-40
• 3.4.3 光伏逆变器设计模型40-41
• 3.5 光伏支架设计模型41-49
• 3.5.1 设计依据41
• 3.5.2 模型设计假定41-44
• 3.5.3 模型分析方法44-45
• 3.5.4 主梁受力分析45-49
• 3.5.5 节点强度验算49
• 3.6 光伏系统功率与效益49-51
• 3.6.1 光伏系统的功率计算49-50
• 3.6.2 光伏系统的经济与环保效益50-51
• 3.7 本章小结51-52
• 第4章 软件设计与实现52-78
• 4.1 前言52
• 4.2 软件程序设计52-54
• 4.2.1 主程序设计52-54
• 4.2.2 程序输入与输出54
• 4.3 软件各模块界面54-74
• 4.3.1 初步设计模块55-60
• 4.3.2 工程设计模块60-72
• 4.3.3 结果查询模块72-74
• 4.4 软件应用举例74-77
• 4.5 本章小结77-78
• 第5章 结论与展望78-80
• 5.1 本文主要结论78
• 5.2 下一步工作与展望78-80
• 参考文献80-83
• 作者简介83
• 硕士学位期间发表(录用)的论文83

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