光伏发电系统综合实训作业

1、光伏发电系统综合实训光伏发电系统综合实训 作业文件作业文件 班级：电气班级：电气 09510951 姓名：冯晨晨姓名：冯晨晨 学号：学号：09040435430904043543 指导老师：李金钟、刘颖、朱旭平指导老师：李金钟、刘颖、朱旭平 时间：时间：10.2410.2411.2511.25 南京工业职业技术学院 - 1 - 目录目录 第一章第一章 光伏发电行业调研报告光伏发电行业调研报告- 2 - 一、光伏发电是最有前途的可再生能源- 2 - 二、光伏行业市场现状 - 3 - 三、光伏行业前景 - 4 - 四、中国十大光伏行业 - 5 - 第二章第二章 光伏发电系统简介光伏发电系统简介-

2、6 - 一、光伏发电系统概念 - 6 - 二、光伏发电系统的工作原理 - 6 - 三、光伏发电系统的组成结构 - 7 - 四、光伏发电系统的原理框图 - 7 - 五、光伏系统的前景 - 8 - 第三章第三章 康尼光伏发电系统的简介康尼光伏发电系统的简介- 9 - 康尼 KNT-SV01 光伏发电系统简介 - 9 - 第四章第四章 光伏电池基本知识光伏电池基本知识- 21 - 一、光伏电池介绍 - 21 - 二、太阳能光伏电池的分类 - 21 - 三、光伏电池工作原理 - 22 - 四、应用领域 - 24 - 第五章第五章 铅蓄电池铅蓄电池- 24 - 一、铅酸蓄电池电极反应式为 - 25 -

3、二、铅酸蓄电池发展历史和现状- 25 - 三、铅酸蓄电池分类 - 26 - 1、主要特性 - 28 - 2、产品应用 - 28 - 3、产品结构 - 29 - 4、环境和使用条件 - 30 - 5、铅酸蓄电池注意事项 - 32 - 第六章第六章 光伏逆变器光伏逆变器- 34 - 一、光伏逆变器简介 - 34 - 二、光伏逆变器的分类 - 34 - 三、光伏逆变器行业情况 - 36 - 四、光伏逆变器的结构与工作原理- 36 - 五、光伏逆变器的功能 - 37 - 六、光伏逆变器的应用 - 38 - 第七章第七章 光伏发电系统的光伏发电系统的 PLCPLC 控制程序简介控制程序简介- 39 -

4、南京工业职业技术学院 - 2 - 第一章第一章 光伏发电行业调研报告光伏发电行业调研报告 一一、光光伏伏发发电电是是最最有有前前途途的的可可再再生生能能源源 与石油、天燃气、煤炭、核电等能源形式相比，光伏发电除了清洁之外就 是资源取之不尽，用之不竭。与风电、水电、生物质能等可再生能源相比，光 伏发电最大的优点是可开采资源无限，而水电、风电的可开发数量都是有限的， 据测算，全球太阳能可开采资源高达 6000 亿千瓦。 我国与世界主要能源可使用年限情况（年）我国与世界主要能源可使用年限情况（年） 我国与全球主要可再生能源可开采量我国与全球主要可再生能源可开采量 南京工业职业技术学院 - 3 - 二

5、、光伏行业市场现状 1 1、国际需求量持续增长、国际需求量持续增长 在 2001 年2008 年期间，全球光伏发电新增容量持续快速增长，年均增 速达50.2%，2008 年全球新增光伏发电容量为5.95GW，同比增长110%左右。 在 1996 年2008 年期间，全球光伏电池产量持续增长，年均增速达 43.6%，2008 年全球光伏电池产量为6.85GW，同比增长71%左右。这期间，全球 光伏发电累计装机容量也在持续增长，年均增速达31.25%，截止到2008 年末， 全球累计光伏发电容量为18.3GW，占全球发电装机容量（约60 亿千瓦）的1%不 到。到 2007 年底，全世界光伏总安装量

6、大约12.3GW，其中并网光伏9.84W，占 80%左右，是光伏发电的主流应用领域。除此之外，光伏发电还用于偏远乡村、 通信和工业以及一些日用光伏产品等。 发达国家非常重视光伏产业发展，目前美国、欧洲和日本制订的光中长期 光伏发展目标如表 2所示。按照这一计划，到2010年全球光伏装机容量将达到 28GW，是2008年累计装机18.25GW的1.53倍，相当于需年增4.87GW；2020年将达 到200GW，是2008年的10.95倍，相当于在这个1年里需年增17.2GW；2030年将达 到1850GW，是2008年的99.72倍，市 场 状 况 6 相当于在这个 10 年里需年增 16.5G

7、W。随着技术的进步，或许未来的实际 进程将超出这一规划。 主要国家光伏发展中长期规划累计装机容量主要国家光伏发展中长期规划累计装机容量 年份 日本 欧洲 美国 中国 其它 世界 2008 1.97 - - 0.14 - 18.25 2010 8 10 5 0.25 4.75 28 2020 30 41 36 1.6 89.8 198.4 2030 205 200 200 50 1195 1850 2 2、近期发展主要依赖政府支持、近期发展主要依赖政府支持 德国、日本、美国、西班牙等目前光伏发展较好的国家，对光伏产业发展 主要采取了初始安装补贴、上网电价和电力回购等三方面的政策，当然此外还 包括

8、一些税收、融资、优先上网等方面的政策。除此外，希腊、澳大利亚、法 国、意大利等国家也推出了相关的政策。如希腊：调整光伏强制上网电价，09 年新执行的上网电价将维持两年不变，对于2010年8月份之前签订协议接入电网 的业主，可延迟18个月完成安装；对于投资高于10万欧元的光伏项目仍将享受 40%的补助；2009年还将推出专门针对屋顶的光伏支持计划，目标是再增加 750MW需求；将出台新的10MW以上的光伏系统招标程序。澳大利亚：2009年3月1 日启动第一阶段的针对住宅和商业楼宇的可再生能源电力强制购电法案，该计 划规定全部可再生能源电力均将享受高额电价，而不是扣除发电者消费量后的 部分，电价为

9、50.05澳分/千瓦时，相当于正常供电成本的3.88倍。2009年7月1 日启动第二阶段的强制购电法案，主要针对太阳能和风力发电项目。 在2008年的金融危机中，尽管各国光伏市场需求受到 不利影响，但各国政 府支持光伏产业发展的决心并没有改变，在此期间仍有多个国家推出了扶持光 伏产业发展的相关政策。中国目前还只推出了初始投资补贴政策，后述其他政 南京工业职业技术学院 - 4 - 策尤其是上网电价法政策值得期待。 3、国内的市场情况、国内的市场情况 2008 年中国新增光伏容量 40MW，累计装机 140MW，分别占世界的 0.67%、0.76%。我国太阳能多晶硅产量为 4500 吨左右，硅锭产

10、量为 1.33 万吨 左右，电池片产量为 2000MW 左右，光伏组件产量为 2000MW 左右，占全球 产量的 29.45%，光伏产业产值为 1500 亿元，行业从业人数为 12 万人，从业 企业达 500 多家。由于政策的缺位，2008 年以前我国光伏产业基本处于自生 自灭的状态，形成了目前这种生产大国、消费小国、企业产品以出口导向为主 的格局。从过去几年的情况来看，我国每年新增光伏发电容量基本在 20MW 以 内，与同一期间逢勃发展的风电相比，基本处于停滞不前的状态。不过 2007 年和 2008 年连续 2 年新增容量翻倍，可以说出现了可喜的变化。2009 年 3 与 26 日，财政部

11、推行太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法 ，为光 电建筑示范工程（ 必须大于 50kW，即需要至少 400 平方米的安装面积）提供 20 元/瓦的财政补贴。据中金估计 09 年财政补贴很难超过 20 亿元，新增需求不 超过 100MW，相当于中国 08 年需求的 3 倍，但对于中国 08 年底光伏总产能 2,500MW 和全球 08 年总需求 5，800MW 而言影响有限。但是，由此看到了中 国政府坚定支持光伏行业的态度，相信在顺利走过“示范工程”阶段之后，中国 政府的补贴范围和补贴金额会有实质性的扩大，中国光伏应用市场的大门必将 开启。 2008 年我国光伏应用主要分布在农村电气化、通

12、信和工业、并网发电和光 伏产品等几个领域，这几个领域分别占 2.5%、13.9%、57.8%和 25.7%。与发达 国家并网发电占近 80%相比，我国光伏发电应用相对来说还比较分散，处于初 级阶段。 三、光伏行业前景 1 1、全球光伏趋向多元化、全球光伏趋向多元化 从过去几年的情况来看，传统市场德国依然保持增长，但增速放缓；日本 近几年基本停滞；后起之秀西班牙和美国发展迅速，尤其是西班牙市场2008 年 一举超越德国，成为全球最大的市场，全球光伏市场需求趋于多元化。 电池生产呈现出由美、日等发达国家向中国等发展中国家转移的趋势，美 国和日本电池产量占比呈下降趋势，欧洲基本稳定，中国占比大幅上升

13、。到 2008 年，中国电池产量占全球产量的 29%，成为全球第一大生产基地。 2 2、看好光伏行业的长期发展、看好光伏行业的长期发展 光伏发电行业短期虽难以避免金融危机的影响，但长期来看仍保持快速发 展的趋势。 一方面欧美传统市场将随着数量型放松政策和剥离银行不良资产政策而逐 步走出低谷。我们注意到 09 年 2 月美国新屋销售量环比上涨 4.7%，超过市场 预期，房地产市场的走好加强了市场对信贷恢复以及光伏复苏的信心；另一方 面政府长期扶持光伏的态度不会动摇，08 年 10 月份，欧盟、德国、法国、英 国等都已经纷纷表态，金融危机后要大力发展新能源，要进一步加大对新能源 南京工业职业技术学

14、院 - 5 - 的投资与扶持力度，把新能源作为启动实体经济的重要引擎。美国当选总统奥 巴马更是在当选后提出以新能源发展为主的能源新政策新阿波罗计划， 计划在十年内投入 5000 亿美元，把新能源在美国电力中的比重从不足 10提 升到 25。政府支持光伏的动力不仅在于部分替代传统能源，还在于 1）防止 全球变暖；2）促进就业以及；3）维系能源独立和能源安全。油价的涨跌不会 对政策走向产生短期的影响。 3 3、中国光伏行业的前景、中国光伏行业的前景 2009 年中国首个光伏发电示范项目动工，标志着中国长期发展滞缓的光伏 发电市场开始启动，同时中国正式跻身世界十大光伏市场之列 由于国内光伏发电应用匮

15、乏，90以上的光伏组件都出口国外。从 2009 年 开始，国家相继出台了“金太阳”示范工程、 “屋顶工程”等一系列支持光伏产业发 展的政策希望借此带动 了我国光伏发电的大规模应用。欧洲光伏工业协会 （EPIA）也非常看好中国光伏发电的应用市场，它在近日发布的2014 年全球 光伏市场展望中指出， 12 吉瓦的超大输电线路工程为中国的光伏发电并网 提供了极大便利，中国具备快速成长为亚洲乃至世界主要市场的实力，并预测 今年中国的装机规模可突破 600 兆瓦。到 2014 年，这个数字有望达到 2.5 吉瓦。 在今后的十年中，中国光伏发电的市场还将由独立发电系统转向并网发电系统， 包括沙漠电站和城市

16、屋顶发电系统。 四、中国十大光伏行业四、中国十大光伏行业 尚德电力控股有限公司 常州天合光能有限公司 晶澳太阳能控股有限公司 保利协鑫能源控股有限公司 阿特斯阳光电力集团 韩华新能源有限公司 英利绿色能源控股有限公司 江西赛维 LDK 太阳能高科技有限公司 杜邦光伏 南德意志集团 第二章第二章 光伏发电系统简介光伏发电系统简介 一、光伏发电系统概念一、光伏发电系统概念 太阳能可谓取之不尽，用之不竭。本太阳能光伏发电应用为白天将太阳能通过 光伏电池板转换成电能，后存储与蓄电池中，在夜间需要时取用。系统由太阳 能电池板、充放电控制器、蓄电池、用电设备 4 个部分组成。 南京工业职业技术学院 - 6

17、 - 二、光伏发电系统的工作原理 白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的 电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵， 使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过 充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换 而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器 提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换 成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用 进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控 制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应 有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负 载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。 太阳能电能化学能电能光能光伏系统 是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，

18、逆变器，交流配电柜、自动太阳能跟踪系 三、光伏发电系统的组成结构 1 1、太阳能电池方阵、太阳能电池方阵 在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸 收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生光生电压，这就是光生伏特 效应。在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换 成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电 池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。 2 2、蓄电池组、蓄电池组 其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。 南京工业职业技术学院 - 7 - 太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a.

19、自放电率低；b.使用寿命长； c.深放电能力强；d.充电效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g. 价格低廉。目前我国与太阳能发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和 镉镍蓄电池。配套 200Ah 以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封式免 维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为 2VDC；配套 200Ah 以下的铅酸蓄电 池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为 12VDC。 3 3、充放电控制器、充放电控制器 是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次 数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电 或过放电的

20、充放电控制器是必不可少的设备。 4 4、逆变器、逆变器 是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源， 而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立 运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系 统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变 器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价 低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆 变器成本高，但可以适用于各种负载。 逆变器保护功能：a、 过载保护；b、短路保护；c、接反保护；d、欠压保护； e、过压保护；f

21、、过热保护。 5 5、交流配电柜、交流配电柜 其在电站系统的主要作用是对备用逆变器的切换功能，保证系统的正常供 电，同时还有对线路电能的计量。 四、光伏发电系统的原理框图 南京工业职业技术学院 - 8 - 五、光伏系统的前景 目前，中国光伏设备企业从硅材料生产、硅片加工到太阳能电池芯片的生 产以及相应的纯水制备、环保处理、净化工程的建设，已经初步具备成套供应 能力，部分产品如扩散炉、等离子刻蚀机、单晶炉、多晶铸锭炉等开始少量出 口，可提供 10 种太阳能电池大生产线设备中的 8 种，其中有 6 种（扩散炉、等 离子刻蚀机、清洗/制绒机、石英管清洗机、低温烘干炉）已在国内生产线上占 据主导地位，

22、2 种（管式 PECVD、快速烧结炉）与进口设备并存但份额正逐步增 大。此外，全自动丝网印刷机、自动分拣机、平板式 PECVD 则完全依赖进口。 组件生产用的层压机、太阳能模拟器等在行业获得广泛应用。硅材料加工设备 中单晶炉以优良的性价比占据了国内市场的绝对统治地位并批量出口亚洲，多 线切割机已取得突破，多晶硅铸锭炉已经开始大量在国内企业中使用。 根据业内前十名的发展规划，至 2010 年，中国将再增加 3000MW 以上的生 产能力。即使采用目前成熟的国产设备和进口设备混合搭配的国内主流配置方 案，也至少为设备厂家提供了 36 亿元的市场。若以全进口设备计算，则需设备 投资 84 亿元。这一

23、切为光伏设备企业的发展提供了极好的发展机遇。 提升国 产设备的技术水平，强化已有产品的性价比优势，供更快捷更优质的技术服务， 加快研发国产空白产品，尽早提供国产装备的整套解决方案是国内太阳能装备 厂家的努力方向。进入 2009 年，在国内一些具有自主创新能力和较强的科研实 力的公司（如河北某光伏发电设备有限公司就拥有：“太阳能跟踪系统”， “聚焦发电”等多项国家发明专利的光伏发电技术）的有力推动下，光伏发电 技术有了较快革新和发展；再加上二九年七月十六日国家三部委财政部、 科技部、国家能源局联合印发了关于实施金太阳示范工程的通知，决定综 合采取财政补助、科技支持和市场拉动方式，加快国内光伏发电

24、的产业化和规 模化发展，并计划在 23 年内，采取财政补助方式支持不低于 500 兆瓦的光伏 发电示范项目；各种利好都给中国光伏发电产业注入了强劲的生命活力！希望 在不远的将来，我国的光伏发电整体竞争力能够达到国际领先水平，光伏发电 电力供应量在国内总电力供应中的占比能够达到更高水平，从而更加有力的推 南京工业职业技术学院 - 9 - 动我国经济结构转型和能源结构优化！ 第三章第三章 康尼光伏发电系统的简介康尼光伏发电系统的简介 康康尼尼 K KN NT T- -S SV V0 01 1 光光伏伏发发电电系系统统简简介介 KNT-SPV01 光伏发电实训系统由光源模拟跟踪装置、光源模拟跟踪控制

25、系统、 能量转换控制存储系统、离网逆变负载系统、监控系统组成，如图所示： （a） (b) (c) (d) (e) （a）光源模拟跟踪装置（b）光源模拟跟踪控制系统 （c）能量转换控制存储 系统（d）离网逆变负载系统 （e）监控系统 1 1、光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统、光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统 1. 光源模拟跟踪装置 光源模拟跟踪装置由 4 块太阳能电池板组件、3 盏 300W 投射灯、追日跟踪 传感器、X 和 Y 方向运动机构、直流电动机和支架组成。 2. 光源模拟跟踪控制系统 光源模拟跟踪控制系统由母线单元（SPV01-GE01） 、电源组件（SPV01- PO02

26、） 、GE 可编程序控制器（IC200UDR040） 、按钮单元（SPV01-BU03） 、继 电器、12V 开关电源（DR-120-12）和端子排等低压电器等组成。 3. 追日系统 光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统组成追日系统，控制灯光来模 拟太阳光源（晨日太阳、午日太阳、夕日太阳）的运行轨迹以及太阳光的入射 南京工业职业技术学院 - 10 - 角度，太阳能电池板上的模拟追日跟踪传感器采集模拟太阳光照度信息及位置 信息，控制 X 和 Y 方向运动机构，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源， 以提高太阳能电池的发电效率。光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统结 构框图如图 2 所示。 （

27、a） （b） 图 2 光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统结构框图 PLC 主电路接线图 南京工业职业技术学院 - 11 - 主电路安装接线图 2 2、能量转换控制存储系统、能量转换控制存储系统 能量转换控制存储系统主要由母线单元（SPV01-GE01） 、光伏输入直流单 元（SPV01-DC05） 、断路器、蓄电池直流单元（SPV01-DC09） 、汇流箱 （SPV01-CO06） 、电源组件（SPV01-PO02） 、可调电阻、直流电压采集模块 （KNWS-DV-01） 、直流电流采集模块（KNWS-DI-03） 、温度采集模块 （KNWS-TEMP-14） 、MOSFET 驱动模块（K

28、NWS-MOS-09） 、继电器驱动模块 （KNWS-RELAY-10） 、通信模块（KNWS-COM-12） 、LCD 人机对话模块 （NWS-DIALOGUE-16） 、CPU 模块（KNWS-CPU-17） 、控制主电路单元 （KNWS-SMIN-24） 、直流负载、蓄电池组、直流电压表、直流电流表等单元 和模块组成。能量转换控制存储系统结构框图如图 3 所示。 蓄电池（阀控密封式铅酸蓄电池）主要参数： 容量 12V 18Ah/20HR 南京工业职业技术学院 - 12 - 重量 19kg 尺寸 34519520mm 能量转换控制存储系统是将太阳能电池板发出的电量提供给直流负载或存 储到蓄

29、电池中，并且可以输送给逆变器使用。该系统具有温度检测，充、放电 检测、PWM 脉宽调制、最大功率点跟踪（MPPT）功能以及过冲、过放等保护功 能。 能量转换控制存储系统结构框图 南京工业职业技术学院 - 13 - 能量转换控制存储系统的原理结构图 能量转换电路原理图 南京工业职业技术学院 - 14 - 能量转换单元安装接线图 3 3、离网逆变负载系统、离网逆变负载系统 离网逆变负载系统由母线单元、直流单元、断路器、交流单元、交流互感 器、变压器单元、电源组件、直流电压采集模块、交流电压采集模块、交流电 流采集模块、IGBT 驱动模块、继电器驱动模块、LCD 人机对话模块、通信模块、 CPU 模

30、块、逆变器主电路模块、频率采集模块、直流电压表、直流电流表、交 流电压表、交流电流表、交流谐波表、交流负载和端子排等组成。离网逆变负 载系统结构框图如图 4 所示。 该系统将太阳电池方阵产生的直流电或蓄电池释放的直流电通过逆变器进 行 SPWM 调制，逆变为单相 220V 交流电，供交流负载使用。系统具有输入过、 欠压保护，输出过载、短路保护，过热保护等功能。具有逆变输出的电压幅度、 频率、功率因数、谐波检测和调整功能。 南京工业职业技术学院 - 15 - 离网逆变负载系统结构框图 南京工业职业技术学院 - 16 - 离网逆变负载电气原理图 离网逆变单元安装接线图 4 4、监控系统、监控系统

31、南京工业职业技术学院 - 17 - 监控系统由后台主机、显示器、打印机、组态软件、端子排等组成。监控 系统框图如图 5 所示。监控系统主要完成显示充电电压、充电电流、功率、运 行状态；显示蓄电池电压、蓄电池放电电流、蓄电池放电功率、蓄电池运行状 态；显示负载电压、负载电流、负载功率、负载状态；显示当前温度、温度补 偿系数等；各种参数保护、实时数据显示与处理、详细的事故记录、报警参数 设定、对用户提供权限管理、密码登录等。 监控系统框图 监控画面 南京工业职业技术学院 - 18 - 系统状态 储能单元 南京工业职业技术学院 - 19 - 模拟光源信息 单相离网逆变单元 南京工业职业技术学院 -

32、20 - 第四章第四章 光伏电池基本知识光伏电池基本知识 一一、光光伏伏电电池池介介绍绍 太阳能光伏电池(简称光伏电池)用于把太阳的光能直接转化为电能。目 前地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的硅太阳能电池，可分为单晶硅、多 晶硅、非晶硅太阳能电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶 硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率低，但价格更便宜。 单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率低，但价格更 便宜。单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池按照应用需求，太阳能电池经过一 定的组合，达到一定的额定输出功率和输出的电压的一组光伏电池，叫光伏组 件。根据光伏电站大小和

33、规模，由光伏组件可组成各种大小不同的阵列。本公 司光伏组件，采用高效率单晶硅或多晶硅光伏电池、高透光率钢化玻璃、 Tedlar、抗腐蚀铝合多边框等材料，使用先进的真空层压工艺及脉冲焊接工艺 制造。即使在最严酷的环境中也能保证长的使用寿命。组件的安装架设十分方 便。组件的北面安装有一个防水接线盒，通过它可以十分方便地与外电路连接。 对每一块太阳电池组件，年以上的使用寿命。每一块太阳电池组件，都保证 20 年以上的使用寿命 太阳能电池=光伏电池他们都是一小块一小块，电流和电压都很小，然后我 们把他们先并联获得高电压，再串联获得高电流后，通过一个二极管(防止电流 回输)然后输出并且把他们封装在一个不

34、锈钢金属体壳上，安装好上面的玻璃， 密封，然后充入氮气，最后密封然后这个整个包括架子在内的东西，就是组件， 也就是太阳能电池组件或说是光伏电池组件 太阳能电池和光伏电池是同一个东西，前者是俗称，后者是学名而在他们 之后加个组件，就是产品， 二、太阳能光伏电池的分类 太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式(以下表 示为 a 式和非结晶系薄膜式 (以下表示为 a-)两大类，而前者又分为单结晶 形和多结晶形。按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形， 而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形 (a-Si:H,a-Si:H:F,a 又分为非结晶 形(a-Si:H,a-Si:H:F,

35、aSixGel-x:H 等 SixGel-x:H 等)、V 族(GaAs,InP 等)、(GaAs,InP 等族(Cds 系族(Cds 系)和磷化锌(Zn 3 p 2 )等。 )等。 1、结结晶晶系系薄薄膜膜式式太太阳阳能能电电池池 （1）单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池的光电转换效率为 15%左右，最高的达到 24%，这是目 前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它 还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂 南京工业职业技术学院 - 21 - 进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达 15 年，最高可达 25 年。 （2）多晶硅太阳

36、能电池 多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能 电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约 12%左右 (2004 年 7 月 1 日日本夏普上市效率为 14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。 从制作成 本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的 生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要 比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。 2 2、非非结结晶晶系系薄薄膜膜式式 太阳能电池太阳能电池 非晶硅太阳电池是 1976 年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶 硅太阳电池的制作方

37、法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗 更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问 题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为 10%左右，且不够稳定，随着时 间的延长，其转换效率衰减。 3 3、多元化合物太阳电池、多元化合物太阳电池 多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在 各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：a) 硫化镉太 阳能电池 b) 砷化镓太阳能电池 c) 铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度 Cu(In, Ga)Se2 薄膜太阳能电池) Cu(In, Ga)Se2 是一种性能优良太阳光吸收材料，具有梯度

38、能带间隙（导带 与价带之间的能级差）多元的半导体材料，可以扩大太阳能吸收光谱范围，进 而提高光电转化效率。以它为基础可以设计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电 池明显提高的薄膜太阳能电池。可以达到的光电转化率为 18%，而且，此类薄 膜太阳能电池到目前为止，未发现有光辐射引致性能衰退效应（SWE） ，其光 电转化效率比目前商用的薄膜太阳能电池板提高约 5075%，在薄膜太阳能电 池中属于世界的最高水平的光电转化效率。 三、光伏电池工作原理 1 1、光伏电池工作原理、光伏电池工作原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。 以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化

39、学效应原理工作的太阳 能电池则还处于萌芽阶段。太阳光照在半导体 p-n 结上，形成新的空穴-电子 对。在 p-n 结电场的作用下，空穴由 n 区流向 p 区，电子由 p 区流向 n 区，接 通电路后就形成电流。 2 2、光伏效应、光伏效应 光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸 收的能量足够大，能克服金属内电子吸收的能量足够大，电子吸收的能量足够 大部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。部引力做功，离开金属 南京工业职业技术学院 - 22 - 表面逃逸出来，成为光电子。 “光生伏特效应，简称光伏效应。指光照使不均匀 半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电

40、位光生伏特效应” ，简称“光 伏效应光伏效应” 。光生伏特效应差的现象。差的现象。它首先是由光子(光波) 转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压， 就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。光伏发电，其基 本原理就是“光伏效应” 。太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。因为 要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电池是阳光发电的关键。太阳能电池， 通常称为光伏电池。 光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为 电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、 控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子

41、元器件光伏发电系统主要由太 阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成光伏发电系统主要由太阳能 电池板)、控制器和逆变器三大部分组成构成，不涉及机械部件,所以,光伏发电 设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以 用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩 具,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片)，有单 晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。 目前，光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要 为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通讯电源等，另 外，还包括一些移动电源和备用电源；

42、二是太阳能日用电子产品，如各类太阳 能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，这在发达国家已经 大面积推广实施。我国并网发电还未起步，不过，2008 年北京奥运会部分用电 将会由太阳能发电和风力发电提供 3 3、太阳能电池板、太阳能电池板 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出 电源为交流 220V 或 110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为： （一）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。其作用是将太阳能转化为电能，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

43、个系统的质量和成本。 （二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并 对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控 制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是 控制器的可选项。 （三）蓄电池：一般为铅酸电池，一般有 12V 和 24V 这两种，小微型系统中， 也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所 发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。 （四）逆变器：在很多场合，都需要提供 AC220V、AC110V 的交流电源。由 于太阳能的直接输出一般都是 DC12V、DC24V、DC48V。为能向

44、AC220V 的电器提 供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要 使用 DC-AC 逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到 DC- DC 逆变器，如将 24VDC 的电能转换成 5VDC 的电能（注意，不是简单的降压） 。 4 4、晶体硅太阳能电池制造步骤、晶体硅太阳能电池制造步骤 南京工业职业技术学院 - 23 - “硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从 19 世纪科学家们发 现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20 世纪末， 我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近 15 年来形 成产业化最快

45、的。生产过程大致可分为五个步骤：a a、提纯过程、提纯过程 b b、拉棒过程、拉棒过程 c c、切片过程、切片过程 d d、制电池过程、制电池过程 e e、封装过程。、封装过程。 四、应用领域 1.用户太阳能电源用户太阳能电源：(1)小型电源 10-100W 不等，用于边远无电地区如高原、 海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等。(2)3-5KW 家庭屋顶并网发电系统。(3)光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉。 2.2.交通领域：交通领域：如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空 障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。 3.3.通讯通讯

46、/ /通信领域：通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/ 寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵 GPS 供电等。 4 4. .石石油油、海海洋洋、气气象象领领域域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系 统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。 5 5. .家家庭庭灯灯具具电电源源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、 黑光灯、割胶灯、节能灯等。 6 6. .光光伏伏电电站站：10KW-50MW 独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车 场充电站等。 7 7. .太太阳阳能能建建筑筑：将太阳能发电与建筑材料相结合

47、，使得未来的大型建筑实 现电力自给，是未来一大发展方向。 8 8. .其其他他领领域域包包括括：(1)与汽车配套的太阳能汽车/电动车、电池充电设备、 汽车空调、换气扇、冷饮箱等。(2)太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统。(3)海 水淡化设备供电。(4)卫星、航天器、空间太阳能电站等。 目前，美国、欧洲各国特别是德国及日本、印度等都在大力发展太阳电池 应用，开始实施的“十万屋顶”计划“百万屋顶”计划等，极大地推动了光伏 市场的发展，前途十分光明。 第五章第五章 铅蓄电池铅蓄电池 定义定义：电极主要由铅及其氧化物制成，电解液 是硫酸溶液的一种蓄电池。 英语：Lead-acid battery 荷电

48、状态下，正极主要成分为二氧化 铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极 的主要成分均为硫酸铅。 南京工业职业技术学院 - 24 - 一、铅酸蓄电池电极反应式为 当当放放电电进进行行时时，硫硫酸酸溶溶液液的的的的浓浓度度将将不不断断降降低低，当当溶溶液液的的密密度度降降到到 1 1. .1 18 8g g/ /m ml l 时时应应停停止止使使用用进进行行充充电电 充电：2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4（电解池） 阳极：PbSO4 + 2H2O 2e = PbO2 + 4H+ + SO42 阴极：PbSO4 + 2e = Pb + SO42 当当溶溶液液的的密密度度升升到到

49、1 1. .2 28 8g g/ /m ml l 时时，应应停停止止充充电电 放电：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（原电池） 负极：Pb + SO42 2e = PbSO4 正极：PbO2 + 4H + SO4 + 2e = PbSO4 + 2H2O 二二、铅铅酸酸蓄蓄电电池池发发展展历历史史和和现现状状 蓄电池是 1859 年由普兰特 (Plante)发明的，至今已有一百多年的历史。 铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低 廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的 环境温度范围等优点。 到 20 世纪初，铅酸蓄电池历

50、经了许多重大的改进，提高了能量密度、 循环寿命、高倍率放电等性能。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点： 充电末期水会分解为氢，氧气体析出，需经常加酸、加水，维护工作繁重； 气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，并污染环境，限制了电池的应用。 近二十年来，为了解决以上的两个问题，世界各国竞相开发密封铅酸蓄电池， 希望实现电池的密封，获得干净的绿色能源。 1912 年 ThomasEdison 发表专利，提出在单体电池的上部空间使用铂丝， 在有电流通过时，铂被加热，成为氢、氧化合的催化剂，使析出的H2 与 O2 重新化合，返回电解液中。但该专利未能付诸实现：铂催化剂很快失 效；气体不是按氢 2 氧

51、1 的化学计量数析出，电池内部仍有气体发生； 存在爆炸的危险。 60 年代，美国 Gates 公司发明铅钙合金，引起了密封铅酸蓄电池开发 热，世界各大电池公司投入大量人力物力进行开发。 1969 年，美国登月计划实施，密封阀控铅酸蓄电池和镉镍电池被列入月 球车用动力电源，最后镉镍电池被采用，但密封铅酸蓄电池技术从此得到发 展。 1969-1970 年，美国 EC 公司制造了大约 350,000 只小型密封铅酸蓄电 池，该电池采用玻璃纤维棉隔板，贫液式系统，这是最早的商业用阀控式铅 酸蓄电池，但当时尚未认识到其氧再化合原理。 南京工业职业技术学院 - 25 - 1975 年，GatesRutte

52、r 公司在经过许多年努力并付出高昂代价的情况下， 获得了一项 D 型密封铅酸干电池的发明专利，成为今天VRLA 的电池原型。 1979 年，GNB 公司在购买 Gates 公司的专利后，又发明了 MFX 正板栅 专利合金，开始大规模宣传并生产大容量吸液式密封免维护铅酸蓄电池。 1984 年，VRLA 电池在美国和欧洲得到小范围应用。 1987 年，随着电信业的飞速发展， VRLA 电池在电信部门得到迅速推广 使用。 1991 年，英国电信部门对正在使用的 VRLA 电池进行了检查和测试，发 现 VRLA 电池并不象厂商宣传的那样，电池出现了热失控、燃烧和早期容量 失效等现象，这引起了电池工业界

53、的广泛讨论，并对VRLA 电池的发展前途、 容量监测技术、热失控和可靠性表示了疑问，此时，VRLA 电池市场占有率 还不到富液式电池的 50%，原来提到的 “密封免推护铅酸电池 ”名称正式 被“VRLA 电池”取代，原因是 VRLA 电池是一种还需要管理的电池，采用 “免维护”容易引起误解。 1992 年，针对 1991 年提出的问题，电池专家和生产厂家的技术员纷纷 发表文章提出对策和看法，其中 DrDaridFeder 提出利用测电导的方法对 VRLA 电池进行监测。 IcBearinger 从技术方面评述 VRLA 电池的先进性。 这些文章对 VRLA 电池的发展和推广应用起了很大的促进作

54、用。 1992 年，世界上 VRLA 电池用量在欧洲和美洲都大幅度增加，在亚洲国 家电信部门提倡全部采用 VRLA 电池；1996 年 VRLA 电池基本取代传统的富 液式电池，VRLA 电池已经得到了广大用户的认可。 三三、铅铅酸酸蓄蓄电电池池分分类类 法国人普兰特（ G.Plante）于 1859 年发明铅酸蓄电池，已经历了近 150 年的发展历程，铅酸蓄电池在理论研究方面，在产品种类及品种、产品 电气性能等方面都得到了长足的进步，不论是在交通、通信、电力、军事还 是在航海、航空各个经济领域，铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。 1 11 1 根据铅酸蓄电池结构与用途区别根据铅酸蓄电池结

55、构与用途区别 （1） 起动用铅酸蓄电池； 南京工业职业技术学院 - 26 - 铅酸蓄电池结构图 （2） 动力用铅酸蓄电池； （3） 固定型阀控密封式铅酸蓄电池； （4） 其它类，包括小型阀控密封式铅酸蓄电池，矿灯用铅酸蓄电池等。 1.21.2 铅酸蓄电池在制造方法铅酸蓄电池在制造方法 浇铸板栅和拉网板栅以及铅布板栅等 1.31.3 在维护方面在维护方面 全免维护、少维护、干荷电等 1.41.4 在焊接方面在焊接方面 铸焊和手工焊等 2 2、常用的铅酸蓄电池分类、常用的铅酸蓄电池分类 我们常用的铅酸蓄电池主要分为三类 ,分别为普通蓄电池、干荷蓄电池 和免维护蓄电池三种。 1）普通蓄电池；普通蓄电

56、池的极板是由铅和铅的氧化物构成，电解液 是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低 (即每公斤蓄电池存储的电能 )、使用寿命短和日常维护频繁。 2）干荷蓄电池：它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负 极板有较高的储电能力，在完全干燥状态下，能在两年内保存所得到的电量， 使用时，只需加入电解液，等过 2030 分钟就可使用。 3）免维护蓄电池：免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消 耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、 体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免 维护蓄电池也有两种：第一种在购买时一次性加电

57、解液以后使用中不需要维 护(添加补充液)；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户 根本就不能加补充液 . 铅酸电池有 2.4 伏，4 伏，6 伏，8 伏，12 伏，24 伏系列，容量从 南京工业职业技术学院 - 27 - 200 毫安时到 3000 安时。VRLA 电池是基于 AGM（吸液玻璃纤维板）技术和 钙栅板的可充电电池，具有优越的大电流放电特性和超长的使用寿命。它在 使用中不需加水。 3 3、V VR RL LA A 电电池池用用途途广广泛泛，可可用用在在电电动动工工具具，应应急急灯灯， U UP PS S，电电动动 轮轮椅椅，计计算算机机和和通通讯讯设设备备等等方方面面。

58、 1 1、主主要要特特性性 安全密封 在正常操作中，电解液不会从电池的端子或外壳中泄露出。 没有自由酸 特殊的吸液隔板将酸保持在内，电池内部没有自由酸液，因此电池可放 置在任意位置。 泄气系统 电池内压超出正常水平后， VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery 即“阀控式密封铅酸蓄电池 ”的缩写)电池会放出多余气体并自动 重新密封，保证电池内没有多余气体。 维护简单 由于独一无二的气体复合系统使产生的气体转化成水，在使用 VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery 即“阀控式密封铅酸蓄电池 ” 的缩写)电池的过程中不需要加水

59、。 使用寿命长 采用了有抗腐蚀结构的铅钙合金栏板VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery 即“阀控式密封铅酸蓄电池 ”的缩写)电池可浮充使用 10-15 年。 质量稳定，可靠性高 采用先进的生产工艺和严格的质量控制系统， VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery 即“阀控式密封铅酸蓄电池 ”的缩写)电池的质量稳定， 性能可靠。电压、容量和密封在线上进行100%检验。 2 2、产产品品应应用用 备用电源 *电信 *太阳能系统 *电子开关系统 *通讯设备：机站， PBX，CATV,WLL,ONU,STB,无绳电话等 *后备电源

60、：UPS,ECR,电脑后备系统， sequence，etc 南京工业职业技术学院 - 28 - *紧急设备：应急灯，火警盗警，防火闸 主电源 *通讯设备：收发器 *电力控制机车：采集车，自动运输车，电动轮椅，清洁机器人，电动 车等 *机械工具启动器：剪草机， hedge trimmers，无绳电钻，电动起子， 电动雪橇，等等 *工业设备/仪器 *摄像：闪光灯， VTR/VCR，电影灯等 其它便携式设备，等等 3 3、产产品品结结构构 VRLA 电池是这样设计的：在电池中，一部分数量的电解液被吸收在极片 和隔板中，以此增加负极吸氧能力，阻止电解液损耗，使电池能够实现密封。 VRLA 电池结构 P