畢業(yè)實踐報告論文光伏發(fā)電系統(tǒng)

1、四 川 工 程 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 生 綜 合 實 踐 報 告 （ 論 文 ）*學(xué)院畢業(yè)生綜合實踐報告（論文） 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)學(xué) 校：*系 別：*班 級：*姓 名：*學(xué) 號：*指導(dǎo)教師：*太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)摘要：太陽能是一種大有前途的新型能源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點。太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；光伏發(fā)電系統(tǒng)可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，而且還緩解了目前能源危機與環(huán)境危機，這是其它電源無法比擬的。關(guān)鍵詞：太陽能，光伏發(fā)電，能源，環(huán)境。s

2、olar photovoltaic power generation systemabstract：solar energy is a promising new type of energy, with a permanent, clean and flexible three major advantages. solar battery life, as long as there is sun, solar cells can be an investment and long-term use , compared with thermal power, nuclear power,

3、 solar cells will not cause environmental pollution . photovoltaic power generation system can be both medium and small, medium large million-kilowatt power plant, only a small battery pack with solar, but also ease the current energy crisis and environmental crisis, which is unmatched by other powe

4、r.key word : solar energy , photovoltaic power generation , energy , environment.正文：我國能源總儲量在世界上只是中等水平，這也決定了自我生產(chǎn)的力度很可能會造成個別關(guān)鍵的傳統(tǒng)能源的迅速枯竭，石油、天然氣人均可采儲量僅有世界平均水平的7.7%和7.1%，儲量比較豐富的煤炭只有世界平局水平的58.5%。給我們的資源安全問題造成了巨大的隱患。而且我國的能源利用率只有33%，比國際先進(jìn)水平低10%左右，這種能源浪費在成都市是相當(dāng)驚人的。能源利用率低下的主要原因是粗放型經(jīng)濟(jì)增長方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、工藝技術(shù)裝備落后、能源管理

5、水平低等。我國還面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境問題。結(jié)果顯示在全球144個國家和地區(qū)當(dāng)中，中國的環(huán)境可持續(xù)發(fā)展指數(shù)位居世界的129位。我法國環(huán)境的承受上線確已經(jīng)達(dá)到了極值，能源和環(huán)境的承載能力對工業(yè)發(fā)展的束縛，造成了我國的工業(yè)化幾乎成為了對能源的掠奪性利用，對環(huán)境的破壞性開發(fā)惡性局面。生態(tài)環(huán)境在一手建設(shè)一手破壞中已經(jīng)脆弱不堪。正是由于現(xiàn)在的能源和環(huán)境問題，我國及世界都繼續(xù)尋找一種清潔型的新能源，太陽能就成為人們關(guān)注的一個焦點。太陽能發(fā)電也因此迅速發(fā)展起來。1光伏發(fā)電簡介光伏發(fā)電系統(tǒng)(見圖1)是利用太陽能電池直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它的主要部件是太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器。其特點是可靠性高、

6、使用壽命長、不污染環(huán)境、能獨立發(fā)電又能并網(wǎng)運行，受到各國企業(yè)組織的青睞，具有廣闊的發(fā)展前景。交流負(fù)載光伏逆變器匯流箱光伏控制器太陽能電池板蓄電池電網(wǎng)直流負(fù)載光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨立太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電不與電網(wǎng)連接的發(fā)電方式，典型特征為需要蓄電池來存儲夜晚用電的能量。獨立太陽能光伏發(fā)電在民用范圍內(nèi)主要用于邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，如家庭系統(tǒng)、村級太陽能光伏電站；在工業(yè)范圍內(nèi)主要用于電訊、衛(wèi)星廣播電視、太陽能水泵，在具備風(fēng)力發(fā)電和小水電的地區(qū)還可以組成混合發(fā)電系統(tǒng)，如風(fēng)力發(fā)電/太陽能發(fā)電互補系統(tǒng)等。并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電連接到國家電網(wǎng)的發(fā)電的

7、方式，成為電網(wǎng)的補充，典型特征為不需要蓄電池。民用太陽能光伏發(fā)電多以家庭為單位，商業(yè)用途主要為企業(yè)、政府大樓、公共設(shè)施、安全設(shè)施、夜景美化景觀照明系統(tǒng)等的供電，工業(yè)用途如太陽能農(nóng)場。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）和控制系統(tǒng)組成。如輸出電源為交流220v或 110v，還需要配置逆變器。以下簡單介紹各部分的作用2太陽能電池板2.1太陽能電池板太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。太陽能光伏電池用于把太陽的光

8、能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的硅太陽能電池，可分為單晶硅、多晶硅太陽能電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率低，但價格更便宜。單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率低，但價格更便宜。單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池按照應(yīng)用需求，太陽能電池經(jīng)過一定的組合，達(dá)到一定的額定輸出功率和輸出的電壓的一組光伏電池，叫光伏組件。根據(jù)光伏電站大小和規(guī)模，由光伏組件可組成各種大小不同的陣列。2.2太陽能電池材料1、單晶硅單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發(fā)展的前沿。其

9、主要用途是用作半導(dǎo)體材料和利用太陽能光伏發(fā)電、供熱等。2、多晶硅多晶硅，是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。3、非晶硅單質(zhì)硅的一種形態(tài)。棕黑色或灰黑色的微晶體。硅不具有完整的金剛石晶胞，純度不高。熔點、密度和硬度也明顯低于晶體硅。2.3原理光生伏打效應(yīng)。太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。3光伏匯流箱：3.1匯流箱簡介在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

10、中，為了減少太陽能光伏電池陣列與逆變器之間的連線，而設(shè)計出匯流箱，用戶可以將一定數(shù)量、規(guī)格相同的光伏電池串聯(lián)起來，組成一個個光伏串列，然后再將若干個光伏串列并聯(lián)接入光伏匯流箱，在光伏匯流箱內(nèi)匯成一路后，通過直流斷路器輸出。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中匯流箱的應(yīng)用減少了電池陣列與逆變器之間的連線，同時具有防雷、防反接等功能。3.2匯流箱的發(fā)展最初的匯流箱只有匯流，防雷的功能。第二代：從之前只有匯流防雷到現(xiàn)在的可以監(jiān)控。第二代的匯流箱可以監(jiān)控每一路的電流電壓。還可以檢測到匯流箱的溫度和濕度?，F(xiàn)在匯流箱已經(jīng)發(fā)展到第三代。第三代的匯流箱除了具備前面2代產(chǎn)品的有點外，還可以匯流箱失效告警，數(shù)據(jù)采集，無線數(shù)據(jù)傳輸。4

11、光伏控制器4.1光伏控制器光伏控制器是用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，控制多路太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給太陽能逆變器負(fù)載供電的自動控制設(shè)備。光伏控制器采用高速cpu微處理器和高精度a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個微機數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測控制系統(tǒng)。通過使用創(chuàng)新性的最大功率追蹤技術(shù)，光伏控制器能保證太陽能陣列全天時、全天候的最大效率的工作?？梢詫⒐夥M件工作效率提高30%（平均可提高效率為10%-25%）。 帶溫度補償?shù)娜塱-u曲線充電控制可以顯著地延長蓄電池的壽命。4.2光伏控制器的功能1、高壓（hvd）斷開和恢復(fù)功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開和恢復(fù)連接的功能。2、欠壓（lvg）告警和恢復(fù)功能：當(dāng)蓄電池電

12、壓降到欠壓告警點時，控制器應(yīng)能自動發(fā)出聲光告警信號。3、低壓（lvd）斷開和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過放電。通過一種繼電器或電子開關(guān)連結(jié)負(fù)載，可在某給定低壓點自動切斷負(fù)載。當(dāng)電壓升到安全運行范圍時，負(fù)載將自動重新接入或要求手動重新接入。有時，采用低壓報警代替自動切斷。4、保護(hù)功能： 防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。 防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。 防止夜間蓄電池通過太陽電池組件反向放電保護(hù)。 防止負(fù)載、太陽電池組件或蓄電池極性反接的電路保護(hù) 在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護(hù)。5、溫度補償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于時，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過程。相反，高于該溫度蓄電池要求充

13、電電壓較低。5蓄電池：5.1蓄電池的基本特性1、放電深度 它以電池容量的百分?jǐn)?shù)表示，標(biāo)定容量可以從電池外殼上或說明書上獲得，電池所能承受的放電容量與其結(jié)構(gòu)有關(guān)。絕大多數(shù)普通電池有電活性的鉛合金板，浸沒于稀的電解液中，板可分為普蘭特式(純鉛)、涂漿極板式和管式。對于不同的應(yīng)用，可用不同的合金(如鉛鈣、鉛銻合金)和不一樣的厚度來制作板，一般來說，電極板越大，則蓄電池所能承受的充放電程度等的性能就越好。電池工作有淺循環(huán)和深循環(huán)之分。淺循環(huán)電池較輕，較便宜，但是如果經(jīng)常超過規(guī)定的放電深度則壽命會大大降低。許多密封式電池(即所謂的免維護(hù)電池)就是淺循環(huán)電池，一般的淺循環(huán)電池的放電量不應(yīng)超過電池容量的25

14、。獨立光伏系統(tǒng)中經(jīng)常使用的電池是深度循環(huán)電池，其極板厚度大，可承受的放電量為其標(biāo)定容量的80，絕大多數(shù)此類電池是電解液電池，也就是說其極板被電解液所覆蓋。電解液的液量需要經(jīng)常檢查，并定期加入蒸餾水以保證電極被電解液完全覆蓋。對于鎘鎳電池，雖然其價格昂貴但能在惡劣的環(huán)境下工作，且可完全放電而不會損壞，電解液不會凍住，也可以省去系統(tǒng)中的控制器。2、溫度校正蓄電池對溫度極為敏感，低溫的電池比高溫的電池提供的電能要少。一個處于25的電池如果以c20的放電速率進(jìn)行放電(c為電池標(biāo)定容量)則可以提供1oo的能量(電池的標(biāo)定能量)。而在-20時以c20速率放電只能提供75的能量，如果放電速率升高到c5，則其

15、只能輸出50的能量。在同一溫度下，放電速率升高則輸出能量降低。盡管溫度高就可以得到甚至高于額定容量的能量，但是發(fā)熱溫度會減少電池的壽命，所以還是應(yīng)使蓄電池的工作溫度處于室溫附近。3、電池額定容量即電池在某一特定溫度和放電速率下所能產(chǎn)生的最大能量。當(dāng)電池用于光伏系統(tǒng)中時，不可能反復(fù)達(dá)到額定容量，然而額定容量設(shè)置了一個基線用以比較電池的性能。需注意的是，如果比較不同電池的額定容量時，需在同一溫度下使用相同的放電速度。4、電池壽命電池壽命由許多因素決定，如放電速率、放電深度、循環(huán)次數(shù)和工作溫度等，所以電池壽命很難預(yù)測。對于光伏系統(tǒng)來說，很少有鉛酸電池的壽命超過15年的，一般是510年。鎳鎘電池在相同

16、的條件下可工作更長時間，在最優(yōu)化條件下，可穩(wěn)定地工作15年以上。5.2蓄電池的選用原則 1、按需選擇的原則根據(jù)自己的需要,計算出需要的電池容量與數(shù)量。2、安全的選擇原則出于安全的原則,應(yīng)該選擇有一定品牌的蓄電池廠家,選擇有技術(shù)力量以及服務(wù)好的經(jīng)銷代理商。3、性價比選擇的原則根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量,有的蓄電池壽命只有2年,有的蓄電池壽命長達(dá)10年,進(jìn)行比較選擇最適合用戶的蓄電池。 6光伏逆變器逆變器又稱電源調(diào)整器，根據(jù)逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的用途可分為獨立型電源用和并網(wǎng)用二種。根據(jù)波形調(diào)制方式又可分為方波逆變器、階梯波逆變器、正弦波逆變器和組合式三相逆變器。對于用于并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器，根據(jù)有無變壓器又可分

17、為變壓器型逆變器和無變壓器型逆變器。6.1光伏逆變器的結(jié)構(gòu)與工作原理逆變器是一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力。一般由升壓回路和逆變橋式回路構(gòu)成。升壓回路把太陽電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓；逆變橋式回路則把升壓后的直流電壓等價地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。逆變器主要由晶體管等開關(guān)元件構(gòu)成，通過有規(guī)則地讓開關(guān)元件重復(fù)開-關(guān)，使直流輸入變成交流輸出。當(dāng)然，這樣單純地由開和關(guān)回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實用。一般需要采用高頻脈寬調(diào)制（spwm），使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹，正弦波中央的電壓寬度變寬，并在半周期內(nèi)始終讓開關(guān)元件按一定頻率朝一方向動

18、作，這樣形成一個脈沖波列（擬正弦波）。然后讓脈沖波通過簡單的濾波器形成正弦波。6.2光伏逆變器的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。歸納起來有自動運行和停機功能、最大功率跟蹤控制功能、防單獨運行功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、自動電壓調(diào)整功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、直流檢測功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、直流接地檢測功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）等。以下簡單介紹簡單介紹自動運行和停機功能及最大功率跟蹤控制功能。1、自動運行和停機功能早晨日出后，太陽輻射強度逐漸增強，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，逆變器即自動開始運行。進(jìn)入運行后，逆變器便時時刻刻監(jiān)視太陽

19、電池組件的輸出，只要太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)運行，直到日落停機，即使陰雨天逆變器也能運行。當(dāng)太陽電池組件輸出變小，逆變器輸出接近0時，逆變器便形成待機狀態(tài)。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。太陽輻射強度是變化著的，顯然最佳工作點也是在變化的。相對于這些變化，始終讓太陽電池組件的工作點處于最大功率點，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)用的逆變器的最大特點

20、就是包括了最大功率點跟蹤（mppt）這一功能。7光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)應(yīng)用并網(wǎng)太陽能光伏系統(tǒng)就是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)電網(wǎng)并聯(lián)，共同承擔(dān)供電任務(wù)。太陽能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的必由之路，即光伏發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)并聯(lián)發(fā)電。7.1并網(wǎng)運行對光伏發(fā)電系統(tǒng)的要求1負(fù)載與日照辯護(hù)幅度較大時系統(tǒng)仍可正常運行。2逆變器具有最大功率跟蹤控制，使光伏電池工作在最大功率點。3電網(wǎng)斷電時可以單獨供電。4輸出電壓與電網(wǎng)電壓的偏差旨在允許范圍內(nèi)（三相：7%；單相-10%+7%）。5光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)同步運行時頻率偏差值0.5hz6光伏系統(tǒng)輸出電信號的諧波分量小于功率調(diào)節(jié)器輸出的5%7并網(wǎng)運行時逆變器向電網(wǎng)饋送的直流

21、分量交流額定值的1%7.2并網(wǎng)應(yīng)注意的問題1、諧波（1）含義從嚴(yán)格的意義來講，諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量；從廣義的角度來講，頻率不等于工頻頻率的成分統(tǒng)統(tǒng)都是諧波。（2）諧波處理常用的諧波治理的方法無外乎有三種，無源濾波、有源濾波、無功補償。下面就談?wù)勥@二種方法的優(yōu)缺點以及市場前景及其經(jīng)濟(jì)效益的分析。2、孤島效應(yīng)（1）含義孤島狀態(tài)的含義可解釋為當(dāng)逆變器并網(wǎng)工作時，因為各種原因?qū)е率须姴荒芙o本地負(fù)載供電，此時如果沒有任何孤島判斷技術(shù)，逆變器會持續(xù)給本地負(fù)載和局部電網(wǎng)負(fù)載供電。（2）孤島效應(yīng)的危害一般來說，孤島效應(yīng)可能對整個配電系統(tǒng)設(shè)備及用戶端的設(shè)備造成不利的影響，包括：a危害電

22、力維修人員的生命安全；b影響配電系統(tǒng)上的保護(hù)開關(guān)動作程序；c孤島區(qū)域所發(fā)生的供電電壓與頻率的不穩(wěn)定性質(zhì)會對用電設(shè)備帶來破壞；d當(dāng)供電恢復(fù)時造成的電壓相位不同步將會產(chǎn)生浪涌電流，可能會引起再次跳閘或?qū)夥到y(tǒng)、負(fù)載和供電系統(tǒng)帶來損壞；e光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)因單相供電而造成系統(tǒng)三相負(fù)載的欠相供電問題。 孤島效應(yīng)有著諸多危害，為消除孤島效應(yīng)已經(jīng)研制出了一些相關(guān)的設(shè)備，當(dāng)檢測到孤島效應(yīng)時，就會在安全的時間內(nèi)自動斷開與電網(wǎng)的鏈接，從而有效地避免了孤島效應(yīng)帶來的諸多危害。7.3保護(hù)要求1、光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)接口處電壓（u）波動范圍控制，見（表1）電壓（接口處）最大分閘時間電壓（接口處）最大分閘時間u50%0.1s110%u135%2.0 s50%u85%0.2 su135%0.05 s85%u110%持續(xù)運行表12、接口處頻率差超過限定值，頻率保護(hù)裝置應(yīng)于0.2s內(nèi)斷開與電網(wǎng)的連接。3、電網(wǎng)斷電或者失壓時，為了防止孤島效應(yīng)應(yīng)于2s內(nèi)斷開與電網(wǎng)的連接4、光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)之間應(yīng)設(shè)短路保護(hù)裝置，當(dāng)電網(wǎng)短路時，逆變器向電