太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)MicrosoftWord文檔綜述

1、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過參觀我校5kw光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，我對太陽能光發(fā)電有了 初步的了解。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有太陽能光伏電池陣列、控制器、蓄電池、逆變器、等組成。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在實際應用中，主要是利用太陽光直接發(fā)電。這是一種利用光電轉換原理和相應的光電轉換器材來發(fā)電的系統(tǒng) 它具有安裝方便、規(guī)模可大可小、發(fā)電過程不排放污染物質、無噪音 和整個壽命期間幾乎免維護等許多優(yōu)點。系統(tǒng)可劃分為兩種，即太陽能光伏發(fā)電獨立電源系統(tǒng)和太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣、并網(wǎng)逆變器和 控制器等組成，如圖1所示。這是太陽能光伏發(fā)電進入大規(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，是當今世界太陽 能光伏發(fā)電技術發(fā)展的主www solarzoom com圖1人陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結構框圖流趨勢一、光伏發(fā)電的基本原理1、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能光伏電池組，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）、太陽能光伏電池組由于技術和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實用中 的太陽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)半導體材料的電子學特 性，當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質半導體 材料構成的P-N結

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

4、的計算方法。 將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量 Ht，轉換成在標準 光強下的平均日輻射時數(shù) H (日輻射量參見表1)： H=HtX2.778/10000h (3)式中：2.778/10000 (h m2/kJ)為將日輻射量換算為標 準光強(1000W/m2 )下的平均日輻射時數(shù)的系數(shù)。 太陽能電池組件日發(fā)電量 Qp Qp=locXHXKopXCzAh(4)式中：loc 為太陽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)為本設計之獨特之處，主要考慮要在此

5、段時間內將虧損的蓄電池電量補充起來， 需補充的蓄電池容量 Bcb為：Bcb=AX QDNLAh(5) 太陽能電池組件并聯(lián)數(shù) Np的計算方法為：Np二(Bcb + NWK QL) /(QpXNw) (6)式(6)的表達意為：并聯(lián)的太陽能電池組組數(shù)，在兩 組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內所發(fā)電量，不僅供負載使用，還需補足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內所虧損電量。(3) 太陽能電池方陣的功率計算根據(jù)太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽能電池方陣的功率 P： p=po*NS*NP (w)。表1幾種太陽能電池的轉換效率實驗室典型電池商品薄膜電池各種太陽能電池nmax(%)各種太陽能電池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）25.7碲化鎘16.0a-s K單結）13銅銦硒14.12、控制器控制器：作用于整個系統(tǒng)的過程控制。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，我國目前使用的大都是簡單設計的控制器， 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 能是使太陽能發(fā)電系統(tǒng)始終處于發(fā)電的最大功率點附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調制技術即 PWM控制方式，使 整個系統(tǒng)始終運行于最大功率點 Pm附近區(qū)域。放電控制主要是指當 電池缺電、系統(tǒng)故障，如電池開路或接

7、反時切斷開關。目前日立公司研制出了既能跟蹤調控點Pm,又能跟蹤太陽移動參數(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)中的關鍵部件，用于存儲從光伏電池轉換來的電力。目前我國還沒有用于光伏系統(tǒng)的專用蓄電池， 而是使用常 規(guī)的鉛酸蓄電池太陽能電池產生的直流電先進入蓄電池儲存， 蓄電池 的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。 蓄電池技術是十分成熟的，但 其容量要受到末端需電量，日照時間（發(fā)電時間）的影響。因此蓄電池 瓦時容量和安時容量由預定的連續(xù)無日照時間決定。（1）蓄電池組容量設計太陽能電池電源系統(tǒng)的儲能裝置主要是蓄電池。 與太陽能電池方 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)電量和負載 用電量的變化而變化。它的容量比負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。為了與太陽能電池匹配，要求蓄電池 工作壽命長且維護簡單。（2）蓄電池的選用能夠和太陽能電池配套使用的蓄電池種類很多， 目前廣泛采用的 有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。 國內 目前主要使用鉛酸免維護蓄電池，因為其固有的 免”維護特性及對環(huán) 境較少污染的特點，很適合用于性能可靠的太陽能電源系統(tǒng)，特別是 無人值守的工作站。普通鉛酸蓄電池由于需要經(jīng)常維護及其環(huán)境污染較大，所以主要適于有維護能力或低檔場合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過

9、充、過放性能，但由于其價格較高，僅適用于較 為特殊的場合。(3) 蓄電池組容量的計算蓄電池的容量對保證連續(xù)供電是很重要的。在一年內，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足；在超過用電需要的月份，是靠蓄電池將多 余的電能儲存起來。所以方陣發(fā)電量的不足和過剩值，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為負載日平均 耗電量，為工作電流乘

10、以日工作小時數(shù)；NL為最長連續(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 全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過調制、濾波、升壓等，得到 與昭J八、明負載頻率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、影響設計的諸多因素由于太陽能光伏發(fā)電屬于能量密度低、 穩(wěn)定差，調節(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、會對電網(wǎng)安全，穩(wěn) 定，經(jīng)濟運行以及電網(wǎng)的供電質量造成一定影響。 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)模低成本儲存的， 在可 以預見的將來也不能大規(guī)模低成本儲存。 這就使得光伏發(fā)電的應用受 到物理因素的制約，同時也受到地理上的限制。但是隨著技術和市場 的發(fā)展，當光伏發(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)量級和成為不可忽略的一部分時，光伏并網(wǎng)發(fā)電將對現(xiàn)有發(fā)電模式和電網(wǎng)的技術、 經(jīng)濟、政策和環(huán)境效益帶來 如下問題：（1）負荷峰谷對電網(wǎng)的影響。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備調峰和調頻能力，這將對電網(wǎng)的早峰負荷和晚峰負荷造成沖擊。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)旋轉機組的擁有量，電網(wǎng)必須為光伏發(fā)電系統(tǒng)準備大量的旋轉備用機組來解決早峰和晚峰的調峰 問題。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)供電是以機組利用小時數(shù)下降為代價的。這當然是發(fā)電商所不愿意看到的。（2）晝夜變化，東西部時差以及季節(jié)的變化對電網(wǎng)的影響。由于陽 光和負荷出現(xiàn)的周期性，光伏并網(wǎng)發(fā)電量的增加并不能減少對電網(wǎng)裝 機容量的需求。（3）氣象條件的變化。當一個城市的光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電達到一定規(guī) 模時，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)域性旋轉備用機組和無功補償容量， 來控制和調整系統(tǒng)的頻 率和電壓。在這種情況下，電網(wǎng)將以犧牲經(jīng)濟運行方式為代價來保證 電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。（4）遠距離光伏電能輸送。當光伏并網(wǎng)發(fā)電遠距離輸送電力在經(jīng)濟和技術上成為可能時，由于光伏并網(wǎng)發(fā)電沒有旋轉慣量，調速器及勵 磁系統(tǒng)，它將給交流電網(wǎng)帶來新的穩(wěn)定問題。 如果光伏并網(wǎng)發(fā)電形成 規(guī)模采用高壓交直流送電，將會給與光伏發(fā)電直流輸電系統(tǒng)相鄰的交 流系統(tǒng)帶來穩(wěn)定和經(jīng)濟問題，（專門用