论文总字数：22938字

摘 要

绿色船舶和绿色航运是当前水路运输技术发展的主要方向，而利用太阳能发电则是最具有革新性和代表性的技术之一。西江被称为“黄金水道”，是珠江流域内最大的水系，作为我国的第四大河流，其航运量超过黄河仅次于长江，营运船舶共有6000余艘。自2019年1月1日起，西江也被划入船舶大气污染物排放控制区且控制范围为西江干线的广西南宁至广东肇庆段通航水域，此航段光照充足、水域开阔，十分利于光伏发电技术的应用。

本文通过对西江运输船营运状况和用电需求开展调研，完成了一套离网光伏发电系统的设计。该系统主要由太阳能电池组件、光伏控制器、锂电池储能单元、离网型逆变器和能量管理装置等组成。论文具体分析了西江运输船负载、光伏组件和锂电池等主要部件参数，依据匹配计算方法，确定太阳能电池板和蓄电池的容量，设计安装布置方案和能量管理装置控制策略，并完成运输船光伏离网发电系统的集成设计。

关键词：绿色船舶；离网光伏系统；电力管理

ABSTRACT

At present, green ship and green shipping have become the development direction of waterway transportation technology, among which solar power generation technology and electric propulsion technology constitute the most innovative and representative ship integrated electric propulsion technology. Xijiang River in China is the inland waterway next to the Yangtze River, with more than 6000 ships in operation. Since January 1, 2019, Xijiang River has also been included in the ship air pollutant emission control area, which covers the navigable waters from Nanning, Guangxi to Zhaoqing, Guangdong, the main line of Xijiang River. This segment has sufficient illumination and wide water area, which provides good conditions for the application of photovoltaic power generation.

This article completed the design of a set of off-grid photovoltaic power generation system by investigating the operation status and electricity demand of the Xijiang transport vessel. The system is mainly composed of solar cell components, photovoltaic controller, lithium battery energy storage unit, off-grid inverter and energy management device. The thesis specifically analyzes the parameters of the main components such as the load of the Xijiang transport ship, photovoltaic modules and lithium batteries, determines the capacity of the solar panels and storage batteries according to the matching calculation method, designs the installation layout plan and the control strategy of the energy management device, and completes the transport vessel photovoltaic Integrated design of grid power generation system.

Keywords：Green ship；Off-grid photovoltaic system；Power management

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 船舶太阳能发电技术国内外研究现状 1

1.3 论文（设计）主要研究内容 4

第2章 光伏发电技术 5

2.1 太阳能光伏发电原理 5

2.2 光伏发电系统的组成 5

2.3 离网太阳能光伏发电系统各组件功能 6

2.3.1 光伏组件组成及功能 6

2.3.2 光伏控制器功能 7

2.3.3 离网逆变器功能 8

2.3.4 锂电池储能单元 8

第3章 西江运输船光伏发电系统集成设计 10

3.1 西江运输船用电需求分析 10

3.2 系统配置方案 11

3.3 光伏阵列设计 12

3.3.1 光伏阵列发电量 12

3.3.2 光伏阵列的功率 13

3.3.3 光伏组件选型 14

3.3.4 太阳能电池板串并联方式 15

3.4 锂电池储能单元 16

3.5 光伏控制器 16

3.6 逆变器 17

第4章 光伏系统能量管理装置设计 18

4.1 系统运行模式 18

4.2 能量管理装置主要功能 19

4.2.1 数据采集和显示功能 19

4.2.2 故障报警和保护功能 20

4.2.3 光伏发电的影响因素及分析 20

4.2.4 数据储存和报表输出功能 21

4.3 能量管理装置设计 21

第5章 总结与展望 25

5.1 总结 25

5.2 展望 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

水路运输具备载量大、成本低和环境友好等有利条件，随着交通强国、海洋强国、“一带一路”以及长江经济带等针对我国航运事业发展的国家战略的提出，水运业更是面临着全新的发展机遇与挑战。水路运输在支撑国民经济发展的同时，营运船舶所造成的大气和水污染问题已到了不容忽视的程度，据交通运输部统计，我国沿海船舶总排放量可占全球总污染物排放量的10%，氮氧化物排放占国家总排放量的8.9%，而污染排放来源主要是船用柴油动力系统。

为减少化石能源消耗和船舶污染物排放，交通运输部大力推进绿色船舶计划。中国船级社陆续推出《绿色船舶规范》和《内河绿色船舶规范》等技术指导文件。自2016年设置船舶污染排放控制区后，又在2019年将其进一步扩容至全国沿海12海里以及长江和西江干线。交通部印发的《推进珠江水运绿色发展行动方案（2018-2020）》中更是指出我国要推动运输船舶绿色发展、推进船舶节能环保。在未来，超出使用年限以及改造后仍不符合绿色环保规范的船舶将会被依法强制报废。西江是珠江水系的最大干流，95%以上的营运船舶以柴油机发电系统作为其动力来源，因而在航行营运过程中会产生大量的废气、油污水、噪音等污染排放，与水域生态环境绿色健康的发展方向背道而驰。

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