太阳能光伏发电系统的组成及原理.docxVIP

太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的 发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。 其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并 网运行，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景。 　　一、特点： 　　太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。 太阳能电池组件（Solarcells）是利用半导体材料的电子学特性实现 P-V 转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地 实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实 现互补。而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太 阳能发电系统。 　　二、系统的组成： 　　 电 源系统：太阳能电池组件和蓄电池。 　　控制保护系统：控制器和逆变器。 　　系统终端（负载）：用户的用电设备。 　　三、太阳能发电原理： 　　太阳能电池板 　　太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发 电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能， 或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量 和成本将直接决定整个系统的质量和成本。 　　太阳能电源系统 　　太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直 接影响着系统工作特性。 　　1）电池单元：由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分 有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系 统，称为电池组件（阵列）。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半 导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由 P 型和 N 型两种不同导 电类型的同质半导体材料构成的 P-N 结上时，在一定的条件下，太 阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即 电子和空穴。同于 P-N 结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能 在光照下形成电流密度 J，短路电流 Isc，开路电压 Uoc。若在内建 电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由 P-N 结、连接电路 和负载形成的回路，于是就有“光生电流”流过，太阳能电池组件就 实现了对负载的功率 P 输出。 　　（2）电能储存单元：太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储 存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十 分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间（发电时间）的 影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决 定。 　　控制器 　　控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功 率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技 术即 PWM 控制方式，使整个系统始终运行于最大功率点 Pm 附近 区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接 反时切断开关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点 Pm，又能跟 踪太阳移动参数的“向日葵”式控制器，将固定电池组件的效率提高 了 50%左右。 　　DC-AC 逆变器 　　逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。 主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。通过全桥电路，一般 采用 SPWM 处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率 f，额定电压 UN 等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。 　　太阳跟踪控制系统 　　由于地球的自转，相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系 统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻 都在变化，有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率 才会达到最佳状态。目前世界上通用的太阳跟踪控制系统都需要根 据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在 的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到 PLC、单片机或电脑 软件中，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。 　　太阳能发电系统的效率 　　在太阳能发电系统中，系统的总效率 ηese 由电池组件的 PV 转 换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。 但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等 其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只 有 17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太 阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来，晶体硅作为 主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围绕 着加大吸能面，如双面电池，减小反射;运用吸杂技术减小半导体材 料的复合;电池超薄型化;改进理论，建立新模型;聚光电池等。