光伏電站原理光伏電站原理

第一節(jié)戶(hù)用光伏電站的配置與接入第一節(jié)第三章1.1主要內(nèi)容1.1戶(hù)用光伏電站的系統(tǒng)配置1.2戶(hù)用光伏電站的并網(wǎng)接入第三章1.1戶(hù)用光伏電站的系統(tǒng)配置

戶(hù)用并網(wǎng)光伏電站是指以220V或380V低電壓等級(jí)接入用戶(hù)側(cè)電網(wǎng)或公共電網(wǎng)，根據(jù)《分布式光伏發(fā)電接入系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)》、《GB/T33342-2016戶(hù)用分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接口技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的要求，220V電壓等級(jí)單點(diǎn)接入容量不超過(guò)8KW，380V電壓等級(jí)單點(diǎn)接入容量不超過(guò)30KW的光伏發(fā)電系統(tǒng)。戶(hù)用型光伏電站整體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要包括光伏方陣、匯流箱、光伏逆變器、并網(wǎng)計(jì)量箱等。戶(hù)用全額上網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)第三章4太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池原理視頻知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)單晶拉棒過(guò)程電池片生產(chǎn)過(guò)程單晶多晶視頻產(chǎn)業(yè)情況視頻5少數(shù)載流子太陽(yáng)能電池由PN結(jié)構(gòu)成，在P區(qū)、空間電荷區(qū)和N區(qū)都會(huì)產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，這些電子-空穴對(duì)由于熱運(yùn)動(dòng)，會(huì)向各個(gè)方向遷移。

在空間電荷區(qū)產(chǎn)生的與遷移進(jìn)來(lái)的光生電子-空穴對(duì)被內(nèi)建電場(chǎng)分離，光生電子被推進(jìn)N區(qū)，光生空穴被推進(jìn)P區(qū)。在空間電荷區(qū)邊界處總的載流子濃度近似為0。

在N區(qū)，光生電子-空穴產(chǎn)生后，光生空穴便向PN結(jié)邊界擴(kuò)散，一旦到達(dá)PN結(jié)邊界，便立即受到內(nèi)建電場(chǎng)的作用，在電場(chǎng)力作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，越過(guò)空間電荷區(qū)進(jìn)入P區(qū)，而光生電子（多數(shù)載流子）則被留在N區(qū)。同樣，P區(qū)中的光生電子也會(huì)向PN結(jié)邊界擴(kuò)散，并在到達(dá)PN結(jié)邊界后，同樣由于受到內(nèi)建電場(chǎng)的作用而在電場(chǎng)力作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入N區(qū)，而光生空穴（多數(shù)載流子）則被留在P區(qū)。因此在PN結(jié)兩側(cè)形成了正、負(fù)電荷的積累，形成與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)除了一部分抵消內(nèi)建電場(chǎng)以外，還使P型層帶正電，N型層帶負(fù)電，因此產(chǎn)生了光生電動(dòng)勢(shì)。這就是“光生伏打效應(yīng)”（簡(jiǎn)稱(chēng)光伏）。6各尺寸太陽(yáng)能電池片效率功率對(duì)照表7perc

通過(guò)在電池的后側(cè)上添加一個(gè)電介質(zhì)鈍化層來(lái)提高轉(zhuǎn)換效率。鈍化主要通過(guò)以下兩種方式來(lái)減小復(fù)合速率，提高少數(shù)載流子壽命：一是化學(xué)鈍化，即使界面的各種缺陷態(tài)飽和，降低界面缺陷濃度，從而減少禁帶內(nèi)的復(fù)合中心;二是場(chǎng)效應(yīng)鈍化，即通過(guò)電荷積累，在界面處形成靜電場(chǎng)，從而降低少數(shù)載流子濃度。PERC電池的生產(chǎn)流程包括：沉積背面鈍化層，然后開(kāi)口以形成背面接觸。這是比常規(guī)光伏電池生產(chǎn)流程多出來(lái)的兩個(gè)重要步驟。8推薦書(shū)目UNSW光伏電子教程（日）麻蒔立男黃昆(1919-2005)，浙江嘉興人，出生于北京。世界著名物理學(xué)家、中國(guó)固體物理學(xué)和半導(dǎo)體物理學(xué)奠基人之一。1955年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士，2001年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。終身學(xué)習(xí)9本書(shū)國(guó)際經(jīng)典光學(xué)教材，上世紀(jì)70年代末即在國(guó)內(nèi)翻譯出版，全球被譯為6種語(yǔ)言的版本，被國(guó)外多所院校指定或推薦作為學(xué)生的主要參考書(shū)。本書(shū)適合國(guó)內(nèi)的教學(xué)實(shí)際，具有很強(qiáng)的教學(xué)適用性。50年以來(lái)，該書(shū)平均每四五年就有一個(gè)新版面世，每版較之先前版本都有不少改進(jìn)之處，體現(xiàn)了這是一部銳意革新的教材；與此同時(shí)，該書(shū)始終注意保持其基本特色且有所增強(qiáng)，說(shuō)明它又是一部重視繼承傳統(tǒng)的教材。基于聲譽(yù)卓著的研究和教學(xué)工作，艾里克·馬祖爾（EricMazur）教授所著的這套教科書(shū)物理內(nèi)容通達(dá)而易懂，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與教學(xué)理念讓學(xué)生在掌握定量分析的同時(shí)，對(duì)物理概念能形成真實(shí)的理解。10新南威爾士大學(xué)（TheUniversityofNewSouthWales），簡(jiǎn)稱(chēng)UNSW，創(chuàng)立于1949年，是一所享譽(yù)世界的頂尖公立研究型大學(xué)，現(xiàn)有9個(gè)學(xué)院，1個(gè)大學(xué)院，共75個(gè)系。其工程學(xué)院和商學(xué)院享有盛譽(yù)，在工程與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域具有極強(qiáng)實(shí)力。UNSW工程學(xué)院是全澳規(guī)模較大的工程學(xué)院，學(xué)院設(shè)有擁有世界首屈一指的量子計(jì)算和通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和太陽(yáng)能光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，曾參與研發(fā)世界第一款純硅量子計(jì)算機(jī)芯片

、2014年世界最高效率光伏太陽(yáng)能電池、2017年，空間工程研究中心在此基礎(chǔ)上建造了澳大利亞的第一顆EC0衛(wèi)星。11

馬丁·格林（MartinGreen），出生于1948年，澳大利亞人，是太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的權(quán)威，被譽(yù)為“太陽(yáng)能之父”，新南威爾士大學(xué)教授，他領(lǐng)導(dǎo)的小組對(duì)光電技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究和商業(yè)推廣做出了重要貢獻(xiàn)，研制出了世界上效能最高的硅太陽(yáng)能電池和組件，并成功經(jīng)營(yíng)了數(shù)家生產(chǎn)周邊產(chǎn)品的公司。

在過(guò)去的15年里，馬丁·格林教授經(jīng)過(guò)不懈的努力將晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率提高了50%。鑒于在太陽(yáng)能領(lǐng)域的杰出成就，馬丁·格林教授獲得了諸多的國(guó)際榮譽(yù)：1990年榮獲國(guó)際電工委員會(huì)的R.Cherry獎(jiǎng)，1999年榮獲國(guó)際電工委員會(huì)的J.J.Ebers獎(jiǎng)，1999年榮獲澳大利亞國(guó)家獎(jiǎng)，2002年榮獲得正確生活方式獎(jiǎng)（亦被稱(chēng)為諾貝爾環(huán)境獎(jiǎng)）。

施正榮于2000年回國(guó)創(chuàng)業(yè)，尚德的暴利利潤(rùn)也吸引了一大批人進(jìn)入光伏行業(yè)，導(dǎo)致自己的光伏產(chǎn)業(yè)開(kāi)始迅速下滑，而光伏業(yè)的原料也開(kāi)始上漲，生產(chǎn)成本變高，在這兩座大山下，尚德也是連續(xù)虧損了兩年。同時(shí)，美國(guó)對(duì)中國(guó)出口的光伏產(chǎn)品的政策，對(duì)尚德造成了致命打擊，2012年公司陷入危機(jī)，施正榮也被踢出管理層。光伏組件由焊帶、鋼化玻璃、EVA膠膜、背板、鋁型材邊框、硅膠、接線(xiàn)盒等組成，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。圖

光伏組件的結(jié)構(gòu)圖12EVA指的是“乙烯-醋酸乙烯共聚物“及其制成的橡塑發(fā)泡材料，分子式(C2H4)x.(C4H6O2)y，EVA橡塑制品是新型環(huán)保塑料發(fā)泡材料，具有良好的緩沖、抗震、隔熱、防潮、抗化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，且無(wú)毒、不吸水。初期太陽(yáng)能背板具有三層結(jié)構(gòu)（PVDF/PET/PVDF），外層保護(hù)層PVDF具有良好的抗環(huán)境侵蝕能力，中間層為PET聚脂薄膜具有良好的絕緣性能，內(nèi)層PVDF和EVA具有良好的粘接性能。negitive負(fù)的positive正的知識(shí)點(diǎn)組件生產(chǎn)過(guò)程1314光伏組件的電氣連接

光伏組件通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)連接后形成光伏方陣，光伏方陣再通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)接入直流匯流箱，具體的電氣連接圖如圖所示。1、光伏方陣應(yīng)按使導(dǎo)電回路面積最小的方式布線(xiàn)。2、以降低雷電導(dǎo)致的過(guò)電壓值。光伏組串正極和負(fù)極電纜應(yīng)從同一側(cè)平行敷設(shè)。15接地措施地線(xiàn)是光伏系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，在房屋附近土層較厚、潮濕的地點(diǎn)，挖1.5m深坑根據(jù)供電公司要求，埋入50*5mm扁鋼或者φ12的圓鋼，添加降阻劑并引出地線(xiàn)，地線(xiàn)接到組件的支架上，同時(shí)組件邊框也必須接到支架上，接地電阻應(yīng)小于4Ω。第三章知識(shí)點(diǎn)16光伏接頭制作知識(shí)點(diǎn)1718匯流箱知識(shí)點(diǎn)19第三章逆變器光伏逆變器的工作原理

光伏逆變器是一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把光伏方陣發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。光伏逆變器的工作原理框圖如圖所示。光伏逆變器的工作原理框圖20第三章知識(shí)點(diǎn)視頻21知識(shí)點(diǎn)第三章光伏逆變器的工作原理框圖第三章MaximumPowerPointTrackingInsulatedGateBipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管通過(guò)有規(guī)則地讓開(kāi)關(guān)元件重復(fù)開(kāi)-關(guān)（ON-OFF），使直流輸入變成交流輸出。MaximumPowerPointTracking最大功率跟蹤PulseWidthModulation脈沖寬度調(diào)制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(kāi)關(guān)元件按一定頻率朝一方向動(dòng)作，這樣形成一個(gè)脈沖波列（擬正弦波）。然后讓脈沖波通過(guò)簡(jiǎn)單的濾波器形成正弦波。MaximumPowerPointTracking最大功率跟蹤MaximumPowerPointTracking最大功率跟蹤MaximumPowerPointTracking最大功率跟蹤MaximumPowerPointTracking最大功率跟蹤

逆變器一般由升壓回路和逆變橋式回路構(gòu)成。升壓回路把太陽(yáng)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(jià)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(kāi)關(guān)元件構(gòu)成，通過(guò)有規(guī)則地讓開(kāi)關(guān)元件重復(fù)開(kāi)-關(guān)（ON-OFF），使直流輸入變成交流輸出。當(dāng)然，這樣單純地由開(kāi)和關(guān)回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實(shí)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(kāi)關(guān)元件按一定頻率朝一方向動(dòng)作，這樣形成一個(gè)脈沖波列（擬正弦波），然后讓脈沖波通過(guò)簡(jiǎn)單的濾波器形成正弦波。逆變器工作原理最大功率跟蹤技術(shù)

1、最大功率點(diǎn)跟蹤的定義

由于硅太陽(yáng)能電池的伏安特性呈現(xiàn)非線(xiàn)性的原因，只有硅太陽(yáng)能電池在某一輸出電壓值時(shí)其輸出的功率才能達(dá)到最大值。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了讓硅光伏電池能工作在最大輸出功率點(diǎn)，該光伏發(fā)電系統(tǒng)就必須根據(jù)當(dāng)前的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度調(diào)整硅光伏電池的工作點(diǎn)，這個(gè)調(diào)整的過(guò)程就稱(chēng)為“最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT,MaximumPowerPointTracking)”。光伏電池的伏安和功率性曲線(xiàn)如圖4-19所示。25重點(diǎn)2.最大功率點(diǎn)跟蹤的原理

根據(jù)最大功率傳輸定理，在直流電路中內(nèi)阻為Ro的單口電源網(wǎng)絡(luò)向可變電阻負(fù)載RL傳輸最大功率的條件是負(fù)載電阻RL與單口電源網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻Ro相等，滿(mǎn)足RL=Ro條件時(shí)稱(chēng)為最大功率匹配，此時(shí)負(fù)載電阻RL獲得最大功率。

舉個(gè)例子，假設(shè)MPPT還沒(méi)開(kāi)始跟蹤，這時(shí)組件輸出電壓是500V，然后MPPT開(kāi)始跟蹤之后，就開(kāi)始通過(guò)內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)回路上的電阻，以改變組件輸出電壓，同時(shí)改變輸出電流，一直到輸出功率最大(假設(shè)是550V最大)，此后就不斷得跟蹤，這樣一來(lái)也就是說(shuō)在太陽(yáng)輻射不變的情況下，組件在550V的輸出電壓情況，輸出功率會(huì)比500V時(shí)要高，這就是MPPT的作用。2627

并網(wǎng)計(jì)量箱的箱體外部設(shè)有上下觀察窗和計(jì)量鉛封位置及門(mén)鎖，箱體內(nèi)部分上下兩室，上室為計(jì)量室，放置電能表、采集器和刀閘；下室設(shè)置刀閘、漏電保護(hù)器、浪涌保護(hù)器、并網(wǎng)專(zhuān)用開(kāi)關(guān)、空開(kāi)等設(shè)備。箱體上部和下部分別設(shè)有進(jìn)線(xiàn)空位。并網(wǎng)計(jì)量箱28空開(kāi)視頻過(guò)欠壓保護(hù)器視頻1過(guò)欠壓保護(hù)器視頻2電能表視頻1浪涌保護(hù)器視頻1浪涌保護(hù)器視頻2并網(wǎng)計(jì)量箱

低壓的小配電箱，可以使用普通的酚醛紙板。對(duì)于高壓，可以用環(huán)氧玻璃布板。厚度根據(jù)設(shè)計(jì)要求，5-10mm不等漏電開(kāi)關(guān)視頻29斷路器又稱(chēng)空開(kāi)，能夠關(guān)合、承載和開(kāi)斷正?；芈窏l件下的電流，并能關(guān)合、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載和開(kāi)斷異常回路條件(包括短路條件)下的電流的開(kāi)關(guān)裝置。閘刀開(kāi)關(guān)又稱(chēng)刀開(kāi)關(guān)或隔離開(kāi)關(guān)，通常用作隔離電源的開(kāi)關(guān)。（不能自動(dòng)斷電）嚴(yán)格意義上講：斷路器是不能替代閘刀開(kāi)關(guān)，因?yàn)閮烧呤怯斜举|(zhì)差別的。斷路器不能保證完全分?jǐn)嚯娫矗ㄌ貏e在發(fā)生短路故障以后，有可能觸點(diǎn)被焊接?。ｉl刀用于線(xiàn)路的最前端，起隔離通斷作用，不可以帶負(fù)荷開(kāi)啟。視頻第三章一般過(guò)流斷路器欠壓瞬間過(guò)流診斷1診斷2開(kāi)關(guān)區(qū)別也叫防雷器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線(xiàn)路提供安全防護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線(xiàn)路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器能在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對(duì)回路中其他設(shè)備的損害。云中電荷的分布較復(fù)雜，但總體而言，云的上部以正電荷為主，下部以負(fù)電荷為主。因此，云的上、下部之間形成一個(gè)電位差。當(dāng)電位差達(dá)到一定程度后，就會(huì)產(chǎn)生放電，這就是我們常見(jiàn)的閃電現(xiàn)象。閃電的的平均電流是3萬(wàn)安培，最大電流可達(dá)30萬(wàn)安培。閃電的電壓很高，約為1億至10億伏特。浪涌保護(hù)器本項(xiàng)目選用限壓型SPD，2P的浪涌保護(hù)器，選擇規(guī)格Uc~385V，Imax≥20KA，In：≥10KA，Up≤1.5KV。第三章知識(shí)點(diǎn)閃電0閃電1一、全額上網(wǎng)二、余額上網(wǎng)第三章1.2戶(hù)用光伏電站的并網(wǎng)接入第三章

并網(wǎng)計(jì)量箱的箱體外部設(shè)有上下觀察窗和計(jì)量鉛封位置及門(mén)鎖，箱體內(nèi)部分上下兩室，上室為計(jì)量室，放置電能表、采集器和刀閘；下室設(shè)置刀閘、漏電保護(hù)器、浪涌保護(hù)器、并網(wǎng)專(zhuān)用開(kāi)關(guān)、空開(kāi)等設(shè)備。箱體上部和下部分別設(shè)有進(jìn)線(xiàn)空位?！叭~上網(wǎng)”并網(wǎng)計(jì)量箱一次原理圖“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”并網(wǎng)計(jì)量箱一次原理圖

采用“全額上網(wǎng)”和“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”接入方式的并網(wǎng)計(jì)量箱內(nèi)組成基本相同，包括：隔離刀閘、電表

、剩余電流保護(hù)器、浪涌保護(hù)器、并網(wǎng)專(zhuān)用開(kāi)關(guān)、空開(kāi)（斷路器）。兩種接入方式并網(wǎng)計(jì)量箱中唯一的區(qū)別在于全額上網(wǎng)采用雙方向電能表，自發(fā)自用余電上網(wǎng)采用單方向電能表。第三章1.2戶(hù)用光伏電站的并網(wǎng)接入第三章

全額上網(wǎng)的接入方案中，并網(wǎng)點(diǎn)和接入點(diǎn)為同一點(diǎn)，并網(wǎng)計(jì)量箱即為用電計(jì)量箱，產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)在并網(wǎng)計(jì)量箱內(nèi)，并網(wǎng)計(jì)量箱內(nèi)的單向電能表由電網(wǎng)提供。1.2戶(hù)用光伏電站的并網(wǎng)接入第三章

余電上網(wǎng)的接入方案中，并網(wǎng)點(diǎn)和接入點(diǎn)為不同點(diǎn)，并網(wǎng)計(jì)量箱和用電計(jì)量箱單獨(dú)設(shè)立。并網(wǎng)計(jì)量箱內(nèi)的雙向電能表由電網(wǎng)提供。過(guò)欠壓保護(hù)器1.2戶(hù)用光伏電站的并網(wǎng)接入

余電上網(wǎng)的接入方案中，并網(wǎng)點(diǎn)和接入點(diǎn)為不同點(diǎn)，并網(wǎng)計(jì)量箱和用電計(jì)量箱單獨(dú)設(shè)立。第三章用戶(hù)負(fù)載雙向電能表視頻過(guò)欠壓保護(hù)器1.2戶(hù)用光伏電站的并網(wǎng)接入圖

5KW家用分布式并網(wǎng)光伏電站的組成結(jié)構(gòu)框圖37例1、5KW家用分布式并網(wǎng)光伏電站圖

5KW家用分布式并網(wǎng)光伏電站的組成結(jié)構(gòu)效果圖38例1、5KW家用分布式并網(wǎng)光伏電站例1、5KW家用分布式并網(wǎng)光伏電站電氣連接圖。圖

分布式并網(wǎng)光伏電站的電氣連接圖39重點(diǎn)例2、3KW屋頂分布式并網(wǎng)光伏電站電氣連接圖。雙向電能表42例3

某農(nóng)戶(hù)有自建住宅，南北朝向，在閑置的樓頂裝上光伏電站，選用的是300Wp的組件，經(jīng)過(guò)測(cè)算，樓頂面積可以安裝30塊組件。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

所有組件的朝向、傾角完全一致，

分為三個(gè)相同的組串，每串10塊組件，接到逆變器的直流側(cè)，逆變器輸出再通過(guò)配電箱連接到低壓電網(wǎng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第三章匯流箱43序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)規(guī)格單位數(shù)量1支架3m導(dǎo)軌，24根，中壓組與組件匹配2組件峰值功率300W塊303直流線(xiàn)纜PV1-F-4mm2米2004逆變器GCI-1P8K最大輸入功率臺(tái)15配電箱閘刀220V/