光伏發(fā)電工程技術 第2版 課件 項目2-光伏發(fā)電系統(tǒng)設計基礎

光伏發(fā)電工程技術目錄CONTENTS光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及案例分析項目1項目2項目3家用3kW光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計施工與運行項目4項目5

光伏發(fā)電系統(tǒng)設計基礎

某校園3.6kW離網光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計施工與運行10MW光伏發(fā)電系統(tǒng)設計、施工與運維

光伏發(fā)電系統(tǒng)設計基礎項目2任務2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體設計【學習目標】1）能畫出光伏發(fā)電系統(tǒng)的實用設計流程圖。2）能闡述光伏發(fā)電系統(tǒng)設計內容及設計應考慮的問題。光伏發(fā)電工程技術2.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)設計的內容

太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設計分為軟件設計和硬件設計，軟件設計先于硬件設計。

離網光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計內容圖光伏發(fā)電工程技術2.1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)設計的原則科學原則安全原則高效原則智能化可擴展性可靠原則成本原則光伏發(fā)電工程技術2.1.3設計考慮的相關因素1．負載的特性和用電特點負載特性從以下幾方面考慮：①負載是直流負載還是交流負載；②負載是沖擊性負載（如電動機、電冰箱等）還是非沖擊性負載（如電熱水器、直流燈等）；③從負載使用時間的角度考慮。光伏發(fā)電工程技術2.1.3設計考慮的相關因素2．光伏陣列的方位角和傾角

方位解指陣列的垂直面與正南方向的夾角。傾角是光伏陣列平面與水平地面的夾角。方位角和高度角

傾角光伏發(fā)電工程技術2.1.3設計考慮的相關因素3．陰影對發(fā)電量的影響

有陰影時的發(fā)電量比無陰影的要減少約10%～20%。光伏發(fā)電系統(tǒng)設計之初，就要特別考慮地勢差異，考慮到組件前后陣列的間距可能帶來的陰影等。在系統(tǒng)安裝時要特別注意設備選型，光伏發(fā)電工程技術2.1.3設計考慮的相關因素4．最長連續(xù)陰雨天數

最長連續(xù)陰雨天數是指需要蓄電池向負載維持供電的天數，也稱為系統(tǒng)自給天數。

確定最長連續(xù)陰雨天數的主要依據是光伏發(fā)電系統(tǒng)所在的地區(qū)的光照數據、系統(tǒng)總負載和負載類型以及用戶對供電可靠性的要求等。光伏發(fā)電工程技術2.1.4太陽輻射的計量及峰值日照時數1．太陽輻射的計量

太陽以輻射形式發(fā)射的能量稱為太陽輻射功率或輻射通量，單位為瓦（W）；太陽投射到單位面積上的輻射功率（輻射通量）稱為輻射度或輻照度，單位為瓦/平方米（W/m2）。

其換算關系為：1kW·h/m2=85.98cal/cm2=3.6MJ/m2=100mW·h/cm2光伏發(fā)電工程技術2.1.4太陽輻射的計量及峰值日照時數2．峰值日照時數

（1）概念

1）日照時間是指太陽光在一天當中從日出到日落實際的照射時間。2）日照時數是指某個地點，一天當中太陽光達到一定的輻照度（一般以氣象臺測定的120W/m2為標準）時直到小于此幅度所經過的時間。3）平均日照時數是指某地的一年或若干年的日照總時數的平均值。4）峰值日照時數是將當地的太陽能輻射量折算成標準測試條件下（1000W/m2）的時數。光伏發(fā)電工程技術2.1.4太陽輻射的計量及峰值日照時數2．峰值日照時數

（2）換算

如果斜面輻射量的單位是MJ/m2，就有：

峰值日照時數=A/(3.6×365)式中，A為傾斜面的上年輻照總量，單位為MJ/m2；3.6為單位換算系數，1kW·h=1

000（J/s）×3

600s=3.6×106J=3.6MJ。例如：某地的方陣面上的年輻照為6

207MJ/m2，則年峰值日照時數為6207÷3.6÷365=4.72h任務2.2認識太陽能電池片和光伏組件【學習目標】1）能識別太陽能電池片、光伏組件的基本結構。2）能闡述光伏組件的制作工序過程。3）能對太陽能電池片、光伏組件進行測試。光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試1．太陽能電池片的外部結構

常用的硅太陽能電池片有單晶硅型和多晶硅型兩種。

a)

b)太陽能電池片外形圖a)單晶硅太陽能電池

b)多晶硅太陽能電池光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試1．太陽能電池片的外部結構

電池片的結構圖a)正面

b)背面

a)

b)光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試2.電池片的內部結構晶硅電池技術是以硅片為襯底，根據硅片的差異區(qū)分為P型電池和N型電池。P型電池

N型電池光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試2.電池片的內部結構P型電池和P型硅電池比較：光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試3.太陽能電池片的尺寸

目前主流PERC電池片的尺寸、效率和功率參考表注：電池片生產廠家不同、檔位各有不同，以上信息僅做參考。光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試4．太陽能電池的分類（1）按所用材料分類太陽能電池按所用材料分類光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試4．太陽能電池的分類（1）按所用材料分類非晶薄膜電池

a)b)c)

化合物電池的實物圖a)銅薄膜電池b)碲化鎘薄膜電池

c)砷化鎵（GaAs）太陽能電池光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試4．太陽能電池的分類（2）按構造分類

太陽能電池按結構分類光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試4．太陽能電池的分類（3）按襯底材料進行分類

硅太陽能電池按襯底材料分類光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試5.主流及新型太陽能電池簡介

（1）BSF電池

BSF電池(AluminiumBackSurfaceField)也叫鋁背場電池。BSF電池制作工藝光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試5.主流及新型太陽能電池簡介（2）PERC電池

PERC電池（PassivatedEmitterRearCell），也叫鈍化發(fā)射極和背面電池。常規(guī)電池與PERC電池對比光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試5.主流及新型太陽能電池簡介（3）TOPCon電池

TOPCon（TunnelOxidePassivatedContact）電池也叫隧穿氧化層鈍化接觸電池，核心技術是背面鈍化接觸。N-TOPCon電池結構光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試5.主流及新型太陽能電池簡介（4）HJT電池

HJT電池—異質結電池（HeterojunctionTechnologyCell）的基本原理是在N型硅片基底上采用非晶硅沉積的方式形成異質結并作為鈍化層。N-HJT電池結構及工藝流程光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試5.主流及新型太陽能電池簡介（5）IBC電池

IBC（InterdigitatedBackContact）-交叉指式背接觸電池技術。N-IBC電池結構光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試6．太陽能電池片的主要技術參數太陽能電池片分選儀的實物圖及IV、PV曲線光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試6．太陽能電池片的主要技術參數（1）開路電壓（Uoc）在標準測試條件（STC）下，電池片沒有接負載（即開路）時的端電壓，約為0.6V。（2）短路電流（Isc）在標準測試條件（STC）下，電池片短路時的輸出電流。（3）最大功率（Pm）在標準測試條件（STC）下，電池片所能輸出的最大功率。（5）峰值電壓（Um）峰值電壓也叫最大工作電壓或最佳工作電壓。（6）峰值電流（Im）峰值電流也叫最大工作電流或最佳工作電流。光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試6．太陽能電池片的主要技術參數（7）填充因子（FF）（8）效率（EFF）太陽能電池的轉換效率等于太陽能電池的輸出功率與入射到太陽能電池表面的能量之比。（9）等效串聯電阻太陽能電池片內部的等效串聯電阻會影響其正向伏安特性和短路電流。光伏發(fā)電工程技術2.2.1太陽能電池片的識別與測試7.太陽能電池片的光照度特性和溫度特性太陽能電池片的光照度特性曲線太陽能電池片的溫度特性曲線光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試1．光伏組件的結構光伏組件的結構圖光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試2．光伏組件的分類光伏組件有以下幾種不同的分類。（1）按照基體材料分類（2）按照結構分類（3）按照用途分類（4）按使用狀態(tài)分類（5）按封裝材料分類光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試3．傳統(tǒng)光伏組件的制作工序

光伏組件的封裝結構圖伏組件的制作工序圖光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試3．傳統(tǒng)光伏組件的制作工序（1）電池片的分選（2）單片焊接電池片的單片焊接光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試3．傳統(tǒng)光伏組件的制作工序（3）串聯焊接電池片的串聯焊接光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試3．傳統(tǒng)光伏組件的制作工序（4）組件疊層組件疊層光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試3．傳統(tǒng)光伏組件的制作工序（5）EL檢測EL檢測光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試3．傳統(tǒng)光伏組件的制作工序（5）組件層壓層壓機光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試3．傳統(tǒng)光伏組件的制作工序（7）修邊（8）裝框裝框機光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試3．傳統(tǒng)光伏組件的制作工序（9）安裝接線盒（10）成品測試光伏組件測試儀接線盒光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試4．光伏組件全自動生產線

隨著自動化技術的進步，人工成本的增加，目前主流生產光伏組件的企業(yè)均采用光伏組件全自動化生產線進行生產某公司生產的太陽能光伏組件的自動化流水線結構光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試5．光伏組件的性能光伏組件典型I-V曲線最大功率點Pm（Ump×Imp）、開路電壓（Uoc）和短路電流（Isc）。光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試5．光伏組件的性能（1）最大功率Pm（2）開路電壓Uoc（3）短路電流Isc（4）最大工作電壓Ump（5）最大工作電流Imp（6）轉換效率光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試6.新型光伏組件（1）雙面光伏組件雙面光伏組件的原理光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試6.新型光伏組件雙面雙玻光伏組件結構光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試6.新型光伏組件（2）MWT組件

MWT技術(metalWrapThrough金屬穿孔纏繞)，是一種將電池的正負電極均制備在電池的背面(正負電極背面化)。MWT背接觸結構和組件實物

MWT電池結構和實物光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試7．光伏陣列光伏陣列光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試7．光伏陣列太陽能光伏陣列示意圖光伏發(fā)電工程技術2.2.2光伏組件的識別與測試8．太陽能電池（組件）的熱斑效應

遮擋物在太陽電池組件上就形成了陰影，局部被遮擋的太陽能電池（或組件）由未被遮擋的那部分太陽能電池（或組件）來提供負載所需的功率，使該部分太陽電池如同一個工作于反向偏置下的二極管，其電阻和壓降較大，從而消耗功率而導致發(fā)熱，這就是熱斑效應。旁路二極管接法示意圖a)接一個旁路二極管b)接兩個旁路二極管c)接3個旁路二極管任務2.3蓄電池的結構、充放電控制與測試【學習目標】1）能闡述蓄電池的結構組成。2）能闡述蓄電池的充、放電電路的工作過程。3）能分析普通蓄電池充放電控制電路、基于UC3906的鉛酸蓄電池充電器電路工作過程。4）能根據蓄電池的型號說明其內涵。5）能對蓄電池充電和放電情況進行測試。光伏發(fā)電工程技術2.3.1鉛酸蓄電池的結構及原理分析1．鉛酸蓄電池的結構

鉛酸密封蓄電池的結構圖光伏發(fā)電工程技術2.3.1鉛酸蓄電池的結構及原理分析1．鉛酸蓄電池的結構（1）正、負極板正、負極板是由板柵和活性物質組成的。（2）隔板（膜）普通鉛酸蓄電池采用隔板，而VRLA蓄電池采用隔膜。（3）蓄電池的殼體（電池槽、蓋）蓄電池的殼體（電池槽、蓋）是由PP塑料、橡膠等材料制成的，是盛放正、負極板和電解液等的容器。光伏發(fā)電工程技術2.3.1鉛酸蓄電池的結構及原理分析1．鉛酸蓄電池的結構（4）電解液一是使極板上的活性物質發(fā)生溶解和電離，產生電化學反應；二是起導電作用。（5）安全閥作用有兩個：一是安全使用；二是密封作用。（6）正負接線端正接線柱標“＋”號或涂紅色，負接線柱標“－”號或涂藍色、綠色。光伏發(fā)電工程技術2.3.1鉛酸蓄電池的結構及原理分析2．鉛酸蓄電池的原理分析目前公認的是哥來德斯東和特利浦兩人提出的“雙硫酸化理論”。鉛酸蓄電池充放電反應原理化學反應式為：光伏發(fā)電工程技術2.3.1鉛酸蓄電池的結構及原理分析3.膠體電池鉛酸蓄電池包括膠體和液體兩大類。膠體鉛酸蓄電池是用膠體電解液代換了硫酸電解液。光伏發(fā)電工程技術2.3.2鉛酸蓄電池的充電控制1．充電過程中的階段劃分充電過程一般分為主充、均充和浮充。1）主充一般是快速充電。以慢充作為主充模式，一般采用的是低電流的恒流充電模式。2）為了消除鉛酸蓄電池組深度放電或長期浮充后平衡現象而進行的充電叫作均衡充電，簡稱為均充。3）為保護蓄電池不過充，在蓄電池快速充電至80%～90%容量后，一般轉為浮充（恒壓充電）模式，以適應后期蓄電池可接受充電電流的減小。光伏發(fā)電工程技術2.3.2鉛酸蓄電池的充電控制2．主充、均充、浮充各階段的自動轉換1）時間控制，即預先設定各階段充電時間，由時間繼電器或CPU控制轉換時刻。2）設定轉換點的充電電流或蓄電池端電壓值，當實際電流或電壓值達到設定值時，自動進行轉換。3）采用積分電路在線監(jiān)測蓄電池的容量，當容量達到一定值時，則發(fā)出信號改變充電電流的大小。光伏發(fā)電工程技術2.3.2鉛酸蓄電池的充電控制3．充電程度的判斷1）觀察蓄電池去極化后的端電壓變化。2）檢測蓄電池的實際容量值，并與其額定容量值進行比較，即可判斷其充電程度。3）檢測蓄電池端電壓判斷。光伏發(fā)電工程技術2.3.2鉛酸蓄電池的充電控制4．停充控制1）定時控制。定時器可由時間繼電器或者由單片機充當。2）電池溫度控制。對VRLA電池而言，正常充電時，蓄電池的溫度變化并不明顯，但是，當電池過充時，其內部氣體壓力將迅速增大，負極板上氧化反應使內部發(fā)熱，溫度迅速上升（每分鐘可升高幾個攝氏度）。3）電池端電壓負增量控制。在電池充足電后，其端電壓將呈現下降趨勢，據此可將電池電壓出現負增長的時刻作為停充時刻。光伏發(fā)電工程技術2.3.3鉛酸蓄電池充放電控制電路分析1．普通蓄電池充放電控制電路普通蓄電池充放電控制電路如圖光伏發(fā)電工程技術2.3.3鉛酸蓄電池充放電控制電路分析2．基于UC3906的鉛酸蓄電池充電器電路UC3906是密封鉛酸蓄電池充電專用芯片，它具有密封鉛酸蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測功能。UC3906內部框圖光伏發(fā)電工程技術2.3.3鉛酸蓄電池充放電控制電路分析2．基于UC3906的鉛酸蓄電池充電器電路12V密封鉛酸電池雙電平浮充充電器電路光伏發(fā)電工程技術2.3.4蓄電池的主要技術參數（1）蓄電池的容量（A·h）蓄電池的容量是指電池儲存電量的多少。1）理論容量。2）實際容量。3）額定容量。蓄電池的電量分為理論容量、實際容量、額定容量:光伏發(fā)電工程技術2.3.4蓄電池的主要技術參數（2）蓄電池的電壓1）開路電壓。電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。2）工作電壓。工作電壓指電池接通負載后在放電過程中顯示的電壓，又稱為端電壓。3）浮充電壓。鉛蓄電池的浮充電壓是指電源對電池進行浮充時設定的電壓值。4）放電終止電壓。鉛蓄電池以一定的放電率在25℃環(huán)境溫度下放電至能再反復充電使用的最低電壓稱為放電終止電壓。光伏發(fā)電工程技術2.3.4蓄電池的主要技術參數（3）放電時率和放電倍率1）放電時率。放電時間率以放電時間的長短來表示蓄電池放電的速率，即蓄電池在規(guī)定的放電時間內，以規(guī)定的電流放出的容量。放電時間率可用下式確定，即光伏發(fā)電工程技術1.1.4太陽能發(fā)電的優(yōu)缺點（3）放電時率和放電倍率2）放電倍率。放電倍率是放電電流為蓄電池額定容量的一個倍數，即式中，X為放電倍率；I為放電電流；C為蓄電池的額定容量。小時率/h0.51451020倍率/A2C1C0.25C0.2C0.1C0.05C小時率和倍率之間的關系表光伏發(fā)電工程技術1.1.4太陽能發(fā)電的優(yōu)缺點（4）內阻電池內阻包括歐姆內阻和極化內阻。在蓄電池使用過程中，電池放出的容量占其額定容量的百分比稱為放電深度（DOD）。（5）放電深度與荷電狀態(tài)蓄電池的荷電狀態(tài)（SOC），其表達式式中，Cr、Ct分別為某時刻蓄電池的剩余電量和總電量。任務2.4光伏控制器的功能、分類、電路結構與測試【學習目標】1）能闡述光伏控制器的功能。2）能闡述最大功率點跟蹤（MPPT）的控制原理和控制方法。3）能闡述光伏控制器的工作過程。4）能讀懂實用光伏控制器的主要技術參數。5）能對實驗用光伏控制器進行測試。光伏發(fā)電工程技術2.4.1光伏控制器的功能、分類1．光伏控制器的功能

將光伏組件（陣列）產生的直流電能提供給蓄電池充電，同時防止蓄電池的過充電或過放電。還具有防止反充功能、過載和短路等保護功能。

按照輸出功率的大小不同，可分為大中小功率光伏控制器。

按照電路方式的不同，可分為串聯型、并聯型、多路控制型、脈寬調制型、智能型和最大功率跟蹤型。

按放電過程控制方式的不同，可分為常規(guī)放電控制型和剩余電量放電全過程控制型。

還有采用微處理電路的智能控制器。2．光伏控制器的分類光伏發(fā)電工程技術2.4.2光伏控制器電路結構及工作過程光伏控制電路的工作原理框圖光伏發(fā)電工程技術2.4.2光伏控制器電路結構及工作過程1.串聯型控制器

當蓄電池充滿電時，開關器件斷開充電回路，停止為蓄電池充電；當蓄電池電壓回落到一定值時，充電電路再次被接通，繼續(xù)為蓄電池充電。串聯型控制器的原理框圖優(yōu)點：結構簡單，價格便宜；缺點：電路的電壓損失較大，使充電效率有所降低。光伏發(fā)電工程技術2.4.2光伏控制器電路結構及工作過程檢測控制電路包括過電壓檢測控制和欠電壓檢測控制兩部分。檢測控制電路光伏發(fā)電工程技術2.4.2光伏控制器電路結構及工作過程2.并聯型控制器

當蓄電池充滿電時，把在光伏組件（或陣列）的輸出分流到旁路電阻器或功率模塊上去，以熱的形式消耗掉；當蓄電池電壓回落到一定值時，再斷開旁路恢復充電。并聯型控制器的原理框圖優(yōu)點：設計簡單，價格便宜。缺點：有限的負載操作和有通風要求。光伏發(fā)電工程技術2.4.2光伏控制器電路結構及工作過程3.多路控制器

多路控制器將光伏組件（或陣列）分成多個支路接入控制器中。它可以依據蓄電池的充電狀態(tài)，自動設定不同的充電電流。

多路控制器的原理框圖光伏發(fā)電工程技術2.4.2光伏控制器電路結構及工作過程4.脈寬調制型控制器

脈寬調制型（PWM）控制器它以脈沖方式控制開、關光伏組件的輸入。

脈寬調制型（PWM）控制器的原理框圖優(yōu)點：1.既保護蓄電池，又能充分利用能量。

2.實現光伏系統(tǒng)的最大功率跟蹤功能。光伏發(fā)電工程技術2.4.2光伏控制器電路結構及工作過程5.智能控制器

智能控制器采用帶MCU或CPU對光伏電源系統(tǒng)的運行參數進行高速實時采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程序對單路或多路光伏陣列進行切離/接通控制。

智能控制器的原理框圖光伏發(fā)電工程技術2.4.2光伏控制器電路結構及工作過程3.多路控制器

多路控制器將光伏組件（或陣列）分成多個支路接入控制器中。它可以依據蓄電池的充電狀態(tài)，自動設定不同的充電電流。

多路控制器的原理框圖光伏發(fā)電工程技術2.4.3光伏陣列最大功率點跟蹤（MPPT）控制技術

光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強度、環(huán)境溫度和負載情況影響。

如果把光伏陣列與蓄電池直接連接起來，一方面蓄電池的內阻不會隨著太陽能電池輸出的最大功率點的變化而變化，從而使無法對太陽能電池的輸出進行調節(jié)，造成資源的浪費；另一方面蓄電池的充電電壓隨外界環(huán)境的變化而變化，不穩(wěn)定的電壓對蓄電池進行充電，會影響蓄電池的壽命。

把實時調整太陽能電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近的過程，稱為最大功率點跟蹤（MaximumPowerPointtracking，MPPT）。光伏發(fā)電工程技術2.4.3光伏陣列最大功率點跟蹤（MPPT）控制技術

（MPPT）控制是實時檢測光伏陣列的輸出功率，采用一定的控制算法預測當前工況下陣列可能的最大功率輸出，通過改變當前的阻抗情況來滿足最大功率輸出的要求。1.MPPT技術原理MPPT控制技術方法的原理示意圖光伏發(fā)電工程技術2.4.3光伏陣列最大功率點跟蹤（MPPT）控制技術

光伏陣列的最大功率點跟蹤（MPPT）控制技術常用的有恒電壓跟蹤方法、干擾觀察法、電導增量法和模糊邏輯控制等。2.MPPT控制技術方法（1）恒電壓跟蹤（CVT）法干擾觀察法的原理示意圖恒電壓跟蹤法的工作原理示意圖

（2）干擾觀察法光伏發(fā)電工程技術2.4.3光伏陣列最大功率點跟蹤（MPPT）控制技術（3）電導增量法2.MPPT控制技術方法

電導增量法也是MPPT控制常用的算法之一。通過光伏陣列P-U曲線可知最大值Pmax處的斜率為零，所以可以比較光伏陣列的瞬時電導和電導的變化量來實現最大功率跟蹤。

（4）模糊邏輯控制

模糊邏輯控制（FuzzyLogicControl）基于模糊推理系統(tǒng)，其本質是以設備操作者的經驗和直覺為基礎，而傳統(tǒng)控制系統(tǒng)則通常建立在被控對象的數學模型之上。

光伏發(fā)電工程技術2.4.3光伏陣列最大功率點跟蹤（MPPT）控制技術3.最大功率點跟蹤太陽能型控制器光伏發(fā)電工程技術2.4.4光伏控制器電路案例一個實際光伏控制器的結構框圖光伏發(fā)電工程技術2.4.4光伏控制器電路案例1.光伏組件（陣列）電壓采集模塊

光伏組件（陣列）電壓采集模塊電路光伏發(fā)電工程技術2.4.4光伏控制器電路案例

通過電流輸出型霍爾電流傳感器SMNA100L來直接采集電流，然后進行分壓、分流、濾波和跟隨等一系列調理，最后將采樣的電流數據輸入到單片機MSP430中，進行電流大小判斷2.電流采集模塊3.蓄電池溫度采集模塊蓄電池溫度采集模塊電路光伏發(fā)電工程技術2.4.4光伏控制器電路案例

光強采集模塊的基本原理是，太陽光光強與太陽能電池的電流成正比，通過檢測太陽能電池的電流即可采集到太陽能陣列的光強。4.光強采集模塊5.充放電控制模塊a.光強采集模塊電路b.充放電控制模塊電路光伏發(fā)電工程技術2.4.5光伏控制器的主要技術參數（1）系統(tǒng)電壓（2）最大充電電流（3）太陽能電池方陣輸入路數（4）電路自身損耗（5）蓄電池過充電保護電壓（HVD）（6）蓄電池充電保護的關斷恢復電壓（HVR）（7）蓄電池的過放電保護電壓（LVD）（8）蓄電池過放電保護的關斷恢復電壓（LVR）（9）蓄電池充電浮充電壓

光伏發(fā)電工程技術2.4.4光伏控制器電路案例（10）溫度補償（11）工作環(huán)境溫度（12）其他保護功能1）控制器輸入、輸出短路保護功能。2）防反充保護功能。3）極性反接保護功能。4）防雷擊保護功能。5）耐沖擊電壓和沖擊電流保護。光伏發(fā)電工程技術2.4.4光伏控制器電路案例為某光伏控制器主要技術參數:電氣參數低壓斷開電壓21.6V電氣參數描述具體參數低壓恢復電壓25.2V光伏輸入電壓≤50V其他額定充電電流20A人機接口數碼管顯示屏，按鍵1個系統(tǒng)電壓24V散熱方式鋁型材散熱器蓄電池過壓保護電壓29.6V接線方式PCB接線端子，≤16mm2工作溫度-20℃~+50℃額定放電電流20A儲存溫度-30℃+60℃自損耗≤14mA工作溫度10%~90%充電回路壓降0.26V尺寸196×111×54mm放電回路壓降0.15V重量407g充電控制模式多階段充電控制USB接口5V1A浮充充電電壓27.6V防護等級IP30提升充電電壓28.8V負載控制模式普通、光控提升充電時間2hs蓄電池類型膠體、密封、開口鉛酸蓄電池任務2.5光伏逆變器的功能、分類、電路結構與測試【學習目標】1）能闡述光伏逆變器的功能。2）能闡述孤島效應的概念、危害及采取的措施。3）能闡述光伏逆變器電路結構的主要組成及各部分作用。4）能闡述各種光伏逆變器電路的工作過程。5）能讀懂實用離網和并網光伏逆變器的主要技術參數。6）能對實驗用離網光伏逆變器進行測試。光伏發(fā)電工程技術2.5.1光伏逆變器的功能、分類

光伏逆變器除了具有將直流轉化交流功能外，還具有自動運行和停機、防孤島效應、最大功率點跟蹤（MPPT）控制等功能。1．光伏逆變器的功能（1）自動運行和停機功能（2）防孤島效應功能

當電網失壓時，防孤島效應保護應在2s內動作，將光伏系統(tǒng)與電網斷開。逆變器可采用兩種“孤島效應”檢測方法，包括被動式和主動式兩種。（3）電壓自動調整功能（4）最大功率點跟蹤控制功能光伏發(fā)電工程技術2.5.1光伏逆變器的功能、分類

按逆變器輸出的相數，分為單相逆變器和三相逆變器。

按逆變器的線路原理，分為自激振蕩型逆變器、階梯波疊加逆變器、脈寬調制型逆變器和諧振型逆變器。

根據逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的用途，分為獨立型光伏逆變器和并網用逆變器。

按照逆變器輸出能量的去向不同，分為有源逆變器和無源逆變器。

按照逆變器輸出電壓的波形，分為方波逆變器、階梯波逆變器和正弦波逆變器。2．光伏逆變器的分類光伏發(fā)電工程技術2.5.1光伏逆變器的功能、分類3．逆變器的基本電路結構逆變器的基本電路結構光伏發(fā)電工程技術2.5.2光伏逆變器電路結構及工作過程1.基本電路的工作原理a)電路

b)波形

逆變器基本原理光伏發(fā)電工程技術2.5.2光伏逆變器電路結構及工作過程2.單相推挽逆變器電路原理

單相推挽逆變器電路3.半橋式逆變器電路原理

半橋式逆變器電路光伏發(fā)電工程技術2.5.2光伏逆變器電路結構及工作過程4.全橋式逆變器電路原理

全橋式逆變器電路光伏發(fā)電工程技術2.5.2光伏逆變器電路結構及工作過程5.三相逆變電路原理

電壓型三相橋式逆變電路光伏發(fā)電工程技術2.5.2光伏逆變器電路結構及工作過程6.正弦脈寬調制技術（SPWM）

控制原理光伏發(fā)電工程技術2.5.2光伏逆變器電路結構及工作過程光伏發(fā)電工程技術2.5.2光伏逆變器電路結構及工作過程6.正弦脈寬調制技術（SPWM）雙極性SPWM單極性SPWM光伏發(fā)電工程技術2.5.3光伏逆變器電路案例1離網光伏逆變器電路一款家用逆變器電源的電路圖光伏發(fā)電工程技術2.5.3光伏逆變器電路案例2．組串式并網逆變器電路組串式逆變器及電路框圖光伏發(fā)電工程技術2.5.4光伏逆變器的主要技術參數（1）逆變器效率（2）額定輸出容量（功率）（3）額定輸出電壓（4）輸出電壓的波形失真度（5）額定輸出頻率（6）負載功率因數（7）系統(tǒng)輸入電壓1．離網逆變器的主要技術參數光伏發(fā)電工程技術2.5.4光伏逆變器的主要技術參數（8）抗浪涌能力（9）保護措施

1）輸入欠電壓保護。

2）輸入過電壓保護。

3）過電流保護。

4）輸出短路保護。

5）輸入反接保護。

6）防雷保護。（10）通訊功能

1．離網逆變器的主要技術參數光伏發(fā)電工程技術2.5.4光伏逆變器的主要技術參數1）最大輸入功率2）最大輸入電壓3）額定輸入電壓4）MPPT電壓范圍5）滿載mppt工作范圍6）啟動電壓7）MPPT路數及每路MPPT輸入組件串數8）最大直流電流9）最大短路電流

2.并網逆變器主要技術參數（1）直流側參數光伏發(fā)電工程技術2.5.4光伏逆變器的主要技術參數

1）額定輸出功率

2）最大輸出功率

3）額定輸出容量（視在功率）

4）功率因數

5）效率

2.并網逆變器主要技術參數（2）交流側技術參數任務2.6防雷及光伏陣列支架的設計【學習目標】1）能闡述防雷設備的防雷原理。2）能闡述光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷措施。3）能進行光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷及光伏陣列支架的設計。4）能進行陣列支架傾斜角選取。5）能進行光伏陣列前后排距離的計算。光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計

這種雷云之間或雷云與大直之迅猛的放電過程產生強烈的閃電并伴隨巨大的聲音，即雷電。1．雷電的基本概念光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計（1）直擊雷及危害（2）感應雷及危害（3）雷電侵入波2．雷電的基本形式及危害

光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計

獨立光伏電站易遭受雷擊的部位有兩處，即太陽能電池板和機房。3．獨立光伏電站易遭雷擊的主要部位光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計

防雷系統(tǒng)由外部防雷系統(tǒng)、內部防雷系統(tǒng)、過電壓保護系統(tǒng)組成。

外部防雷系統(tǒng)由接閃器、引下線和接地裝置3部分組成；內部防雷系統(tǒng)主要由避雷器、接地裝置兩部分組成。4．雷電的防護設備（1）接閃器

避雷針光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計

避雷線

避雷帶光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計4．雷電的防護設備（2）引下線（3）接地裝置（4）防雷器引下線接地裝置防雷器光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計（1）離網光伏電站的防雷保護裝置設計避雷針是防護直擊雷破壞的主要裝置。對感應雷和雷電波的防護，工程中選用防雷器。（2）太陽能電池陣列的防雷設計1）直擊雷防護設計。5．離網光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計

防直擊雷的原理圖光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計（2）靜電感應過電壓防護設計。（3）直流輸入、輸出電纜的防雷設計

太陽能電池板背面引出的導線一般采用BV-1×4mm2或BV-1×6mm2型電纜線，導線的脈沖絕緣耐壓大于30kV，與供電系統(tǒng)設備達到絕緣配合。

匯流箱內加裝了防雷器，即分別在正極對地、負極對地間安裝防雷器。

光伏陣列至機房控制器的直流電纜采用鎧裝電纜，其金屬外皮均與太陽電池陣列支架連接，并可靠接地。

在控制器的直流輸入端同樣將鎧裝電纜的金屬外皮可靠接地。5．離網光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計（4）機房內設備的防雷設計對機房內的設備，只需進行感應雷電（靜電感應、電磁感應）和雷電波的防護。（5）輸電線路的防雷設計在架空線路的火線與零線間安裝防雷器件。（6）獨立光伏電站（系統(tǒng)）接地裝置獨立光伏電站（系統(tǒng)）接地裝置的作用是把雷電流盡快地散到大地。5．離網光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計（7）光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷實例5．離網光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計一般離網光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷示意圖光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計6．并網光伏電站防雷設計大型并網光伏電站的典型防雷方案光伏發(fā)電工程技術2.6.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計（1）光伏陣列的防雷

架設避雷針防止低空直擊雷；將光伏方陣支架可靠接地；匯流箱內，輸入、輸出處加裝防雷器；各機殼均可靠接地。（2）交直流配電柜、逆變器、通信設備的防雷

逆變器、交直流配電柜不僅要注意防感應雷，而且要注意雷電電磁脈沖。（3）升壓站的防雷

如果是10kV直接上網，就應在電站第一級出線電桿處加裝斷路器和防雷器。6．并網光伏電站防雷設計光伏發(fā)電工程技術2.6.2光伏陣列支架的設計（1）根據材料分類根據光伏支架主要受力桿件所采用材料的不同，可分為鋁合金支架、鋼支架。1.光伏支架的類型光伏支架按材料分類支架類型鋁合金支架鋼支架防腐性能一般采用陽極氧化（>15μm）；鋁在空氣中能形成保護膜，后期使用不需要防腐維護；防腐性能好一般采用熱浸鍍鋅（>65μm）；后期使用中需要防腐維護；防腐性能較差機械強度鋁合金型材變形量約是鋼材的2.9倍鋼材強度約是鋁合金的1.5倍材料重量約2.71t/m3約7.85t/m3材料價格鋁合金型材價格約為鋼材的3倍適用項目對承重有要求的家庭屋頂電站；抗腐蝕性有要求的工業(yè)廠房屋頂電站強風地區(qū)、跨度比較大等對強度有要求的電站光伏發(fā)電工程技術2.6.2光伏陣列支架的設計（2）根據安裝方式分類根據安裝方式可分為固定式光伏支架和跟蹤式光伏支架。1.光伏支架的類型光伏發(fā)電工程技術2.6.2光伏陣列支架的設計1）固定式光伏支架

1.光伏支架的類型

固定式光伏支架分類光伏發(fā)電工程技術2.6.2光伏陣列支架的設計1）固定式光伏支架

①最佳傾角固定1.光伏支架的類型

平頂屋面混凝土壓載支架平頂屋面條形混凝土基礎支架光伏發(fā)電工程技術2.6.2光伏陣列支架的設計1）固定式光伏支架

②斜屋面固定式1.光伏支架的類型

輕鋼屋頂安裝系統(tǒng)瓦片屋頂安裝系統(tǒng)光伏發(fā)電工程技術2.6.2光伏陣列支架的設計1）固定式光伏支架

③固定傾角可調式1.光伏支架的類型固定傾角可調試光伏發(fā)電工程技術2.6.2光伏陣列支架的設計2）跟蹤式光伏支架

①平單軸跟蹤系統(tǒng)②斜單軸跟蹤系統(tǒng)③雙軸跟蹤系統(tǒng)1.光伏支架的類型

平單軸跟蹤系統(tǒng)試

平單軸跟蹤系統(tǒng)試雙軸跟蹤系統(tǒng)光伏發(fā)電工程技術2.6.2光伏陣列支架的設計應在安裝地進行設計陣列支架。在保證強度和剛度的前提下，盡量節(jié)約材料，簡化制造工藝，降低成本。支架的焊接制造質量需求符合國家規(guī)范，盡量做到重量輕以便于輸送和安裝。2.光伏支架設計原則3.陣列支架傾斜角選取

離網光伏發(fā)電系統(tǒng)的方陣最佳傾角推薦方陣傾角在當地緯度的基礎上再增加5°～15°?；２⒕W光伏發(fā)電系統(tǒng)的方陣最佳傾角推薦傾角等于當地緯度。光伏發(fā)電工程技術2.6.2光伏陣列支架的設計

一般的確定原則是冬至日當天早晨9:00到下午3:00時間段組件陣列均不應被遮擋。4．光伏陣列前后排的距離

陣列前后排間距的示意圖式中，φ為安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)所在地區(qū)的緯度，H為前排組件最高點與后排組件最低點的差距。任務2.7光伏發(fā)電站的并網設計【學習目標】