光伏發(fā)電原理

1、光伏發(fā)電原理,1,整理課件,并網(wǎng)光伏發(fā)電原理,工作原理 白天，在光照條件下，太陽電池組件產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，通過組件的串并聯(lián)形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求。再通過逆變器的作用，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，輸送到電力變壓器，通過變壓器進(jìn)行升壓將電能輸送到電力網(wǎng)中。 組成部分 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，自動(dòng)太陽能跟蹤系統(tǒng)，匯流設(shè)備，直流配電設(shè)備，逆變器，變壓器、監(jiān)控系統(tǒng)，二次繼電保護(hù)系統(tǒng)、光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)等設(shè)備組成。,2,整理課件,并網(wǎng)光伏發(fā)電原理流程圖,3,整理課件,太陽能電池組件,太陽能電池發(fā)電原理： 太陽能電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將 光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏 效應(yīng)

2、的材料有許多種，如：?jiǎn)尉Ч瑁?多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。 它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體 為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過 摻雜磷可得N型硅，形成PN結(jié)。當(dāng)光線照射太陽能電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在PN結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。,4,整理課件,太陽能電池組件,太陽能電池板 Solar panel 分類： 晶體硅電池板：多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池。 非晶硅電池板：薄膜太陽能電池、有機(jī)太陽能電池

3、。 化學(xué)染料電池板：砷化鎵、硒銦銅、銻化鎘等。,5,整理課件,太陽能電池組件,單晶硅電池組件 多晶硅電池組件 非晶硅電池組件,6,整理課件,太陽能電池組件,組件性能及影響因素： 在太陽電池IV曲線上有三個(gè)具有重要意義的點(diǎn)，即最大功率點(diǎn)(Vmp,Imp)，開路電壓(Voc)和短路電流(Isc)。IV曲線上最大功率點(diǎn)標(biāo)注為“Vmp,Imp”。 在這個(gè)工作點(diǎn)組件產(chǎn)生最大的 輸出功率。 影響太陽電池組件輸出特性的 主要因素是：日照強(qiáng)度、太陽電 池溫度、陰影和晶體結(jié)構(gòu)。,7,整理課件,太陽能電池組件,日照強(qiáng)度 太陽電池組件的輸出功率與直接的太陽輻射強(qiáng)度成比例，日照增強(qiáng)時(shí)組件輸出也隨之增加。值得注意的是日

4、照強(qiáng)度變化時(shí)，組件工作電壓基本不變。,8,整理課件,太陽能電池組件,太陽電池溫度 太陽電池組件溫度較高時(shí)，工作效率降低。通常在8090之問，溫度每上升1，組件的效率損失0.5。,9,整理課件,太陽能電池組件,陰影 陰影對(duì)太陽電池組件性能的影響不可低估，有時(shí)組件上的一個(gè)局部陰影也會(huì)引起輸出功率的明顯減少。,10,整理課件,并網(wǎng)逆變器,通常，把將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流，把完成整流功能的電路稱為整流電路，把實(shí)現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設(shè)備或整流器。與之相對(duì)應(yīng)，把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實(shí)現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變?cè)O(shè)備或逆變器。 并網(wǎng)光伏系

5、統(tǒng)逆變器 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過光伏組件將接收來的太陽輻射能量經(jīng)過高頻直流轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電，經(jīng)過逆變器逆變后轉(zhuǎn)換后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流。,11,整理課件,并網(wǎng)逆變器,按逆變器輸出的相數(shù)分可分為： （1）單相逆變器； （2）三相逆變器； （3）多相逆變器 按照逆變器輸出電能的去向分可分為： （1）有源逆變器； （2）無源逆變器 按逆變器主電路的形式分可分為： （1）單端式逆變器； （2）推挽式逆變器； （3）半橋式逆變器； （4）全橋式逆變器。,12,整理課件,并網(wǎng)逆變器,按逆變器主開關(guān)器件的類型分可分為： （1）晶閘管逆變器；（

6、2）晶體管逆變器；（3）場(chǎng)效應(yīng)逆變器；（4）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）逆變器 按直流電源分可分為: （1）電壓源型逆變器（VSI）；（2）電流源型逆變器（CSI） 按逆變器控制方式分可分為： （1）調(diào)頻式（PFM）逆變器；（2）調(diào)脈寬式（PWM）逆變器 按逆變器開關(guān)電路工作方式分可分為： （1）諧振式逆變器；（2）定頻硬開關(guān)式逆變器；（3）定頻軟開關(guān)式逆變器,13,整理課件,并網(wǎng)逆變器,按逆變器輸出電壓或電流的波形分可分為： （1）方波逆變器 線路比較簡(jiǎn)單，使用的功率開關(guān)數(shù)量很少。設(shè)計(jì)功率一般在百瓦至千瓦之間。 優(yōu)點(diǎn)是：線路簡(jiǎn)單，維修方便，價(jià)格便宜。 缺點(diǎn)是方波電壓中含有大量的高次諧波，在帶

7、有鐵心電感或變壓器的負(fù)載用電器中 將產(chǎn)生附加損耗，對(duì)某些通訊設(shè)備有干擾。此外，這類逆變器還有調(diào)壓范圍不夠?qū)?，保護(hù) 功能不夠完善，噪聲比較大等缺點(diǎn)。 （2）正弦波逆變器 正弦波逆變器的優(yōu)點(diǎn)是：輸出波形好，失真度很低，對(duì)收音機(jī)及通訊設(shè)備干 擾小，噪聲低。此外，保護(hù)功能齊全，整機(jī)效率高。 缺點(diǎn)是：線路相對(duì)復(fù)雜，對(duì)維修技術(shù)要求高 ，價(jià)格昂貴。,14,整理課件,并網(wǎng)逆變器 逆變器控制框圖,15,整理課件,并網(wǎng)逆變器的電路結(jié)構(gòu),MPPT 跟蹤器保證光伏陣列產(chǎn)生直流電能能最大程度地被逆變器所使用。IGBT 全橋電路將直流電轉(zhuǎn)換成交流電壓和電流。保護(hù)功能電路在逆變器運(yùn)行過程中監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀況，在非正常工作條件下可

8、觸發(fā)內(nèi)部繼電器從而保護(hù)逆變器內(nèi)部元器件免受損壞。,16,整理課件,并網(wǎng)逆變器,功能 逆變器不僅具有直交流變換功能，還具有最大限度地發(fā)揮太陽電池性能的功能和系統(tǒng)故障保護(hù)功能。歸納起來有自動(dòng)運(yùn)行和停機(jī)功能、最大功率跟蹤控制功能、防單獨(dú)運(yùn)行功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、自動(dòng)電壓調(diào)整功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、直流檢測(cè)功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、直流接地檢測(cè)功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）。這里簡(jiǎn)單介紹自動(dòng)運(yùn)行和停機(jī)功能及最大功率跟蹤控制功能。 1、自動(dòng)運(yùn)行和停機(jī)功能 早晨日出后，太陽輻射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，太陽電池的輸出也隨之增大，當(dāng)達(dá)到逆變器工作所需的輸出功率后，逆變器即自動(dòng)開始運(yùn)行。進(jìn)入運(yùn)行后，逆變器便時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)視太陽電池組件的輸出，只要太

9、陽電池組件的輸出功率大于逆變器工作所需的輸出功率，逆變器就持續(xù)運(yùn)行；直到日落停機(jī)，即使陰雨天逆變器也能運(yùn)行。當(dāng)太陽電池組件輸出變小，逆變器輸出接近0時(shí)，逆變器便形成待機(jī)狀態(tài)。,17,整理課件,并網(wǎng)逆變器,2、最大功率跟蹤控制功能 太陽電池組件的輸出是隨太陽輻射強(qiáng)度和太陽電池組件自身溫度（芯片溫度）而變化的。另外由于太陽電池組件具有電壓隨電流增大而下降的特性，因此存在能獲取最大功率的最佳工作點(diǎn)。太陽輻射強(qiáng)度是變化著的，顯然最佳工作點(diǎn)也是在變化的。相對(duì)于這些變化，始終讓太陽電池組件的工作點(diǎn)處于最大功率點(diǎn)，系統(tǒng)始終從太陽電池組件獲取最大功率輸出，這種控制就是最大功率跟蹤控制。太陽能發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器

10、的最大特點(diǎn)就是包括了最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）這一功能。,18,整理課件,并網(wǎng)逆變器,3、防孤島效應(yīng)功能 “孤島”是指公共電網(wǎng)停止供電后，由于分布式發(fā)電的存在(與電網(wǎng)相連并輸送電能)，使電網(wǎng)停電區(qū)的部分線路仍維持帶電狀態(tài)，形成自給電力供應(yīng)的孤島。在孤島狀態(tài)下電力公司失去對(duì)線路電壓、頻率的控制，會(huì)帶來一系列的安全隱患及事故糾紛，危害人身安全，造成設(shè)備損害。因而，電力公司要求并網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)需要反孤島檢測(cè)技術(shù)及時(shí)檢測(cè)出孤島并將分布式發(fā)電裝置與公共電網(wǎng)斷離。,19,整理課件,并網(wǎng)逆變器,4、低電壓穿越功能 低電壓穿越，指在逆變器并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，逆變器能夠保持低電壓穿越并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間(區(qū)域)。,20,整理課件,并網(wǎng)逆變器,5、其他保護(hù)功能 逆變器保護(hù)功能：a、 過載保護(hù)；b、短路保護(hù)；c、接反保護(hù)；d、欠壓保護(hù)；e、過壓保護(hù)；f、過熱保護(hù)；。,21,整理課件,電力變壓器,變壓器（Transformer）是 利用電磁感應(yīng)的原理來改 變交流電壓的裝置，主要 構(gòu)件是