太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)MicrosoftWord文檔綜述

1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)參觀我校5kw光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，我對(duì)太陽(yáng)能光發(fā)電有了 初步的了解。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有太陽(yáng)能光伏電池陣列、控制器、蓄電池、逆變器、等組成。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，主要是利用太陽(yáng)光直接發(fā)電。這是一種利用光電轉(zhuǎn)換原理和相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器材來(lái)發(fā)電的系統(tǒng) 它具有安裝方便、規(guī)?？纱罂尚?、發(fā)電過(guò)程不排放污染物質(zhì)、無(wú)噪音 和整個(gè)壽命期間幾乎免維護(hù)等許多優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)可劃分為兩種，即太陽(yáng)能光伏發(fā)電獨(dú)立電源系統(tǒng)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池方陣、并網(wǎng)逆變器和 控制器等組成，如圖1所示。這是太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化 發(fā)電階段、成為電力工業(yè)組成部分

2、之一的重要方向，是當(dāng)今世界太陽(yáng) 能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主www solarzoom com圖1人陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖流趨勢(shì)一、光伏發(fā)電的基本原理1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能光伏電池組，光伏系統(tǒng)電池控 制器，蓄電池和交直流逆變器是其主要部件。 其中的核心元件是光伏 電池組和控制器。（1）、太陽(yáng)能光伏電池組由于技術(shù)和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實(shí)用中 的太陽(yáng)能電池是單一電池經(jīng)串、 并聯(lián)組成的電池系統(tǒng)，稱為電池組件 （陣列）。單一電池是一只硅晶體二極管，根據(jù)半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特 性，當(dāng)太陽(yáng)光照射到由P型和N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體 材料構(gòu)成的P-N結(jié)

3、上時(shí)，在一定的條件下，太陽(yáng)能輻射被半導(dǎo)體材料 吸收，在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結(jié)勢(shì)壘區(qū)存在著較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場(chǎng)，因而能在光照下形成電流密度J,短路電流Isc,開(kāi)路電壓Uoc。若在內(nèi)建電場(chǎng)的兩側(cè)面引出電極并接 上負(fù)載，理論上講由P-N結(jié)、連接電路和負(fù)載形成的回路，就有光 生電流流過(guò)，太陽(yáng)能電池組件就實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的功率 P輸出。目前 光電轉(zhuǎn)換的效率，也就是光伏電池效率大約是單晶硅13%- 15%,多晶硅11%- 13%。目前最新的技術(shù)還包括光伏薄膜電池。5kw光伏發(fā)電系統(tǒng)共有26塊太陽(yáng)能電池板組成太陽(yáng)能電池陣列。（2）太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)在確定NP之前，我們先確定其相關(guān)量

4、的計(jì)算方法。 將太陽(yáng)能電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽(yáng)能日輻射量 Ht，轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn) 光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù) H (日輻射量參見(jiàn)表1)： H=HtX2.778/10000h (3)式中：2.778/10000 (h m2/kJ)為將日輻射量換算為標(biāo) 準(zhǔn)光強(qiáng)(1000W/m2 )下的平均日輻射時(shí)數(shù)的系數(shù)。 太陽(yáng)能電池組件日發(fā)電量 Qp Qp=locXHXKopXCzAh(4)式中：loc 為太陽(yáng)能電池組件最佳工作電流；Kop為斜面修正系數(shù)(參照表1);Cz為修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一 般取0.& 兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw，此數(shù)據(jù)為本設(shè)計(jì)之獨(dú)特之處，主要考慮要在此

5、段時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來(lái)， 需補(bǔ)充的蓄電池容量 Bcb為：Bcb=AX QDNLAh(5) 太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù) Np的計(jì)算方法為：Np二(Bcb + NWK QL) /(QpXNw) (6)式(6)的表達(dá)意為：并聯(lián)的太陽(yáng)能電池組組數(shù)，在兩 組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負(fù)載使用，還需補(bǔ)足蓄電池在最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。(3) 太陽(yáng)能電池方陣的功率計(jì)算根據(jù)太陽(yáng)能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽(yáng)能電池方陣的功率 P： p=po*NS*NP (w)。表1幾種太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率實(shí)驗(yàn)室典型電池商品薄膜電池各種太陽(yáng)能電池nmax(%)各種太陽(yáng)能電池n (%)單晶硅2

6、4.4多晶硅16.6多晶硅18.6銅銦鎵硒18.8GaAs（單結(jié)）25.7碲化鎘16.0a-s K單結(jié)）13銅銦硒14.12、控制器控制器：作用于整個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程控制。光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的控 制器類型很多，如2點(diǎn)式控制器，多路順序控制器、智能控制器、大 功率跟蹤充電控制器等，我國(guó)目前使用的大都是簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的控制器， 智能型控制器僅用于通信系統(tǒng)和較大型的光伏電站。 控制器的主要功 能是使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)始終處于發(fā)電的最大功率點(diǎn)附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)即 PWM控制方式，使 整個(gè)系統(tǒng)始終運(yùn)行于最大功率點(diǎn) Pm附近區(qū)域。放電控制主要是指當(dāng) 電池缺電、系統(tǒng)故障，如電池開(kāi)路或接

7、反時(shí)切斷開(kāi)關(guān)。目前日立公司研制出了既能跟蹤調(diào)控點(diǎn)Pm,又能跟蹤太陽(yáng)移動(dòng)參數(shù)的向日葵式控制器，將固定電池組件的效率提高了 50%左右。3、蓄電池蓄電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，用于存儲(chǔ)從光伏電池轉(zhuǎn)換來(lái)的電力。目前我國(guó)還沒(méi)有用于光伏系統(tǒng)的專用蓄電池， 而是使用常 規(guī)的鉛酸蓄電池太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電先進(jìn)入蓄電池儲(chǔ)存， 蓄電池 的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。 蓄電池技術(shù)是十分成熟的，但 其容量要受到末端需電量，日照時(shí)間（發(fā)電時(shí)間）的影響。因此蓄電池 瓦時(shí)容量和安時(shí)容量由預(yù)定的連續(xù)無(wú)日照時(shí)間決定。（1）蓄電池組容量設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置主要是蓄電池。 與太陽(yáng)能電池方 陣配套的蓄電池通常

8、工作在浮充狀態(tài)下， 其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載 用電量的變化而變化。它的容量比負(fù)載所需的電量大得多。 蓄電池提 供的能量還受環(huán)境溫度的影響。為了與太陽(yáng)能電池匹配，要求蓄電池 工作壽命長(zhǎng)且維護(hù)簡(jiǎn)單。（2）蓄電池的選用能夠和太陽(yáng)能電池配套使用的蓄電池種類很多， 目前廣泛采用的 有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。 國(guó)內(nèi) 目前主要使用鉛酸免維護(hù)蓄電池，因?yàn)槠涔逃械?免”維護(hù)特性及對(duì)環(huán) 境較少污染的特點(diǎn)，很適合用于性能可靠的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)，特別是 無(wú)人值守的工作站。普通鉛酸蓄電池由于需要經(jīng)常維護(hù)及其環(huán)境污染較大，所以主要適于有維護(hù)能力或低檔場(chǎng)合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過(guò)

9、充、過(guò)放性能，但由于其價(jià)格較高，僅適用于較 為特殊的場(chǎng)合。(3) 蓄電池組容量的計(jì)算蓄電池的容量對(duì)保證連續(xù)供電是很重要的。在一年內(nèi)，方陣發(fā)電量各月份有很大差別。方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需要的月份， 要 靠蓄電池的電能給以補(bǔ)足；在超過(guò)用電需要的月份，是靠蓄電池將多 余的電能儲(chǔ)存起來(lái)。所以方陣發(fā)電量的不足和過(guò)剩值，是確定蓄電池 容量的依據(jù)之一。同樣，連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載用電也必須從蓄電池 取得。所以，這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。因此，蓄電池的容量 BC計(jì)算公式為：BC二從QDNLXTO/ CCAh(1)式中：A為安全系數(shù)，取1.11.4之間；QL為負(fù)載日平均 耗電量，為工作電流乘

10、以日工作小時(shí)數(shù)；NL為最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)；TO 為溫度修正系數(shù)，一般在0C以上取1,10C以上取1.1,10C以 下取1.2； CC為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75,堿性鎳鎘 蓄電池取0.85。4、逆變器DC-AC逆變器;逆變器按激勵(lì)方式，可分為自激式振蕩逆變和他 激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流，電逆變成交流電。通過(guò) 全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過(guò)調(diào)制、濾波、升壓等，得到 與昭J八、明負(fù)載頻率f,額定電壓Un等匹配的正弦交流電供系統(tǒng)終端用戶使 用。5、影響設(shè)計(jì)的諸多因素由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電屬于能量密度低、 穩(wěn)定差，調(diào)節(jié)能力差的能 源，發(fā)電量受天氣及地域的影響較大，并網(wǎng)發(fā)電后

11、會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全，穩(wěn) 定，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成一定影響。 至于有多大的影響 目前尚不清楚。我們知道目前電能是不能大規(guī)模低成本儲(chǔ)存的， 在可 以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)也不能大規(guī)模低成本儲(chǔ)存。 這就使得光伏發(fā)電的應(yīng)用受 到物理因素的制約，同時(shí)也受到地理上的限制。但是隨著技術(shù)和市場(chǎng) 的發(fā)展，當(dāng)光伏發(fā)電的上網(wǎng)電量在電網(wǎng)中與火電廠，水電，核電等電 廠的發(fā)電量處于可比較的數(shù)量級(jí)和成為不可忽略的一部分時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電將對(duì)現(xiàn)有發(fā)電模式和電網(wǎng)的技術(shù)、 經(jīng)濟(jì)、政策和環(huán)境效益帶來(lái) 如下問(wèn)題：（1）負(fù)荷峰谷對(duì)電網(wǎng)的影響。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備調(diào)峰和調(diào)頻能力，這將對(duì)電網(wǎng)的早峰負(fù)荷和晚峰負(fù)荷造成沖擊。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)增加的

12、發(fā)電能力并不能減少傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)組的擁有量，電網(wǎng)必須為光伏發(fā)電系統(tǒng)準(zhǔn)備大量的旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組來(lái)解決早峰和晚峰的調(diào)峰 問(wèn)題。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)供電是以機(jī)組利用小時(shí)數(shù)下降為代價(jià)的。這當(dāng)然是發(fā)電商所不愿意看到的。（2）晝夜變化，東西部時(shí)差以及季節(jié)的變化對(duì)電網(wǎng)的影響。由于陽(yáng) 光和負(fù)荷出現(xiàn)的周期性，光伏并網(wǎng)發(fā)電量的增加并不能減少對(duì)電網(wǎng)裝 機(jī)容量的需求。（3）氣象條件的變化。當(dāng)一個(gè)城市的光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電達(dá)到一定規(guī) 模時(shí)，如果地理氣象出現(xiàn)大幅變化，電網(wǎng)將為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供 足夠的區(qū)域性旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組和無(wú)功補(bǔ)償容量， 來(lái)控制和調(diào)整系統(tǒng)的頻 率和電壓。在這種情況下，電網(wǎng)將以犧牲經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式為代價(jià)來(lái)保證 電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。（4）遠(yuǎn)距離光伏電能輸送。當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電遠(yuǎn)距離輸送電力在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上成為可能時(shí)，由于光伏并網(wǎng)發(fā)電沒(méi)有旋轉(zhuǎn)慣量，調(diào)速器及勵(lì) 磁系統(tǒng)，它將給交流電網(wǎng)帶來(lái)新的穩(wěn)定問(wèn)題。 如果光伏并網(wǎng)發(fā)電形成 規(guī)模采用高壓交直流送電，將會(huì)給與光伏發(fā)電直流輸電系統(tǒng)相鄰的交 流系統(tǒng)帶來(lái)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，（專門(mén)用