摘 要

当前，船舶业排放产生的环境污染引起了国际的高度重视，燃油在船舶上的消耗量巨大，为推进节能减排，研究人员都在找出可以代替传统燃料的绿色能源。随着光伏发电技术的提高，太阳能越来越多的被用于船舶上的动力能源和辅助能源，太阳能具有无污染和可再生的特点，对于船舶有广泛的应用前景。

论文主要分析得是太阳能发电系统在趸船上的应用。趸船上的负载主要为生活用电，现提出使用太阳能发电系统代替发电柴油机。本文设计了一套离网光伏发电系统用于趸船的日常供电，根据对趸船不同月份用电量的估算，确定光伏系统的装机功率和蓄电池的容量，并结合趸船的船舶结构在船上进行合理的布置。针对太阳能电池板在船舶上的布置方式分析，选择半固定式的布置方式，并且对于趸船上敷设面积不足的问题，提出了利用伸缩机构的方案。为了提升其发电效率，设计了一种自动追光平台用于跟踪太阳运动轨迹。文中设计的追光支架是基于高度角-方位角跟踪原理，通过电机带动轴使支架的运动，实现对太阳光线跟踪的要求。

关键词：趸船；太阳能发电系统；太阳能跟踪；布置方式

Abstract

At present, the environmental pollution caused by the emission of the ship industry has aroused the great attention of the world. Fuel consumption on ships is huge. In order to promote energy saving and emission reduction, researchers are finding green energy that can replace traditional fuels. With the improvement of photovoltaic power generation technology, more and more solar energy is used for power energy and auxiliary energy on ships. Solar energy has the characteristics of non-pollution and renewable, and has a broad application prospect for ships.

The paper mainly analyzes the application of solar power system on barge. The load on barge is mainly for living electricity. Now it is proposed to use solar power generation system instead of generating diesel engine. This paper designs a set of off-grid photovoltaic power generation system for daily power supply of barges. According to the estimation of the amount of electricity used in different months of the barge, the installed power of the photovoltaic system and the capacity of the battery are determined, and a reasonable arrangement is made on the ship with the ship structure of the barge. For the analysis of the arrangement of solar panels on ships, the semi-fixed layout method is selected, and for the problem of insufficient area on the barges, a solution using telescopic mechanisms is proposed. In order to improve its power generation efficiency, an automatic tracking platform is designed to track the trajectory of the sun. The light tracking bracket designed in this paper is based on the principle of the elevation angle-azimuth tracking. The shaft is driven by the motor to make the movement of the bracket and realize the requirements for tracking the sun rays.

Key words: pontoon; solar power generation system; solar tracking; layout method

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 太阳能船舶的发展现状 1

1.2.1 国内太阳能船舶发展现状 2

1.2.2 太阳能船舶国外发展现状 2

1.3 论文所做主要内容 3

第2章 光伏发电系统在趸船上的设计 4

2.1 趸船太阳能光伏发电系统 4

2.1.1 趸船太阳能光伏发电系统的组成 4

2.1.2 趸船太阳能光伏发电系统的类型 4

2.2 趸船离网光伏系统的设计 6

2.2.1 负载的分析 6

2.2.2 光伏阵列功率计算 7

2.2.3 蓄电池容量的选择 9

2.2.4 趸船优化系统匹配 9

2.3 趸船太阳能供电系统关键部位选型 10

2.3.1 太阳能电池选型 10

2.3.2 光伏控制逆变器的选型 11

2.3.3 蓄电池的选型 11

2.4 趸船光伏系统构建方案 11

2.4.1 配电控制间布置 11

2.4.2 太阳能组件安装工艺要求 11

2.5 本章小结 13

第3章 光伏阵列在趸船上的布置优化方案 14

3.1 光伏阵列布置方式 14

3.1.1 固定式布置方式分析 14

3.1.2 半固定式布置方式 16

3.2 光伏阵列间距的计算 16

3.3增大趸船上太阳能电池板面积的方案 17

3.4本章小结 22

第4章 趸船太阳能电池阵列追光平台的研究设计 23

4.1 太阳跟踪方案的选择 23

4.1.1 视日运动轨迹跟踪方式 23

4.1.2 光电自动跟踪方式 23

4.1.3 视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合的方式 23

4.1.4 三种跟踪方式的比较 23

4.2 追光平台的电池板支架最佳倾角计算 23

4.2.1 太阳高度角和方位角的计算 23

4.2.2 电池板支架的最佳倾角计算 26

4.3 趸船追光平台的设计 27

4.3.1趸船太阳追踪机构的选择 27

4.3.2 趸船追光平台的设计 28

4.4 本章小结 30

第5章 总结与展望 31

5.1总结 31

5.2展望 31

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着现代工业的发展，世界对能源的消耗量显著增长，尤其是在运输业，因科技的迅速发展和人类对交通的依赖，长途汽车、飞机、大型船舶的需求量越来越大，由此产生的污染物如温室气体和颗粒物等不断积累，严重损害了人们的生存环境，想要逆转环境的恶化很难实现，所以，我们只能减少对燃料的使用，找到清洁能源代替传统的燃料。

化石燃料是不可再生的能源，据统计，全球每年大概会消耗134亿吨煤，化石燃料的消耗量占总的能源消耗量大85%，而对于中国这样一个人口基数多密度大的国家，燃料的储备量是无法满足需求量的，供需矛盾十分尖锐。如果不重视这个问题，可能许多年能源方面有严重影响。现阶段，各国都在大力推进节能减排，其中最值得研究得是新型能源和清洁能源，清洁能源并且可再生能源有风力、水力和太阳能等，其中在中国大部分地区，太阳能的资源是十分丰富的。在我国青藏高原、新疆南部和内蒙古南部等太阳能资源属于一类地区，即太阳能资源丰富地带，太阳能的研究利用也有利于推动当地的经济发展，在河北、贵州、甘肃等地平均年辐射也在2500小时以上，如果能有效利用好这些资源，将减少大量的化石燃料，同时带来巨大经济效益。