小型太阳能发电系统的制作

1、小型太阳能发电系统的制作作者：电气工程系 梁斯麒 陈国荣小型太阳能发电系统的制作- 1）设计目的- 无论是现在还是将来，太阳能都拥有广阔的市场前景。潜力无限的太阳能是一种清洁、高效而且可持续的可再生能源。与高成本的化石燃料污染和全球温室效应相比，太阳能不仅使用范围广，而且更经济。太阳能光伏系统在提供电力的同时，不会排放二氧化碳 (CO2)，绿色环保。- 本设计只是一个简单的模型，采用太阳能电池发电，作为家庭的用电设备的能源供给，实现照明，通风等电气设备的供电能源，当然还可以用太阳能真空管来加热水，达到使用热水的目的等。本设计模型只是说明太阳能发电的实用性，希望推动太阳能以及新能源（例如风能）在

2、各个领域的应用。2）国内外研究概况- 在全世界范围内，目前大约60%的太阳能电池用于并网发电系统，且主要用于城市的建筑与光伏系统的结合。我国迅猛发展的光伏产业将加快光伏建筑一体化成为建筑节能热点的步伐：作为太阳能建筑一体化系统中的主要部件光伏方阵中的太阳能电池组件，我国的年产量己由世界份额的1%发展到2005年的8%，仅次于日本、欧洲，已成为世界光伏产业发展最快的国家之一。在家庭应用方面欧洲、日本，特别是西班牙是目前发展得较快的地区，这与他们的国家大力支持有关，在过去的09年，我国 颁发了可再生能源法，为落实国务院节能减排与发展新能源的战略部署，加快推进太阳能光电在城乡建筑领域的应用，近日，财

3、政部会同住房和城乡建设部印发关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见 及太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法，将大力推进太阳能在我国的应用。3）工作原理- 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应。能产生光电效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同。现以硅为例说明。带正电荷硅原子旁边围绕着四个带负电荷的电子。可以通过向硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等来改变其特性。当掺入硼时，因为硼原子周围只有3个电子，所以硅晶体中就会存在着一个空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P型半导体。当掺入磷原子时，因为磷原子有五个

4、电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N型半导体。P型半导体中含有较多的空穴，而N型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。当光线照射太阳能电池表面时，PN结中的P型半导体的空穴往N型区移动，而N型区中的电子往P型区移动，从而在PN结两侧集聚形成电位差。当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程就是光子能量转换成电能的过程。4）原理方案设计- 任何一个光伏系统设计者的第一项工作是确定系统的负载。这些负载估算是设计及独立光伏（系统成本的重要因素之一。一个电器所需的功率可以测量出来或由制造商

5、提供。然后把电器每日，每周，每月所用的时间估算出来。对户用系统（和其它许多系统）负载所用的时间是可以控制的。实际上，每个电器所估算使用时间须再加裕量（如10%等），不过这将增加光伏系统的规格和成本。 如果使用直流负载如直流节能灯等，就可以避免直流变交流的这部分损失效率高，使用寿命长，而交流电器种类繁多，但效率通常较低。- 对独立光做系统的工作电压的选择决定于负载所需的电压和总的电流。- 一些基本的规则有：- （1）直流负载电压通常是12V或12V的倍数，如24V、36V，48V等，对直流系统，系统电压应为最大负载所需的电压。大多数直流光伏系统在12V下小于1千瓦。此时最大电流应为1000/12

6、=83.3A。、- （2）如果负载需不同的直流电压，选择具有最大电流的电压作为系统电压，对于负载所需电压与系统电压不一致时可用直流直流转换器来提供所需的电压。 例如：如果交流负载是2400瓦，交流电压是120V，则交流电流需20A。（不包括逆变器损耗）直流功率也为2400瓦，如果是12V逆变器则应为200A，这是不可行的。用24V或48V逆变器使电流输入为100A或50A。当电流值升高时，导线和开关的成本亦会升高。- 选择逆变器是相当重要的，它影响系统的特性和成本。通常，效率和功率调整能力在较高直流电压下更好，如一个48V的系统通常比一个12V的系统更有效。在确定系统电压时，应从各方面收集关于

7、逆变器，可用性，成本和容量信息等。 - 另一个需要考虑的因素是当电压增加时，在阵列和存储子系统中基本结构单元也变大了。例如，一个48V系统有4块光伏组件串联而形成了基本的结构单元。给系统增加一点电流意味着要买4块附加的光伏组件。然而高的电压具有只需小的电流就可以达到同样功率的优点。因为大的电流意味着大的导线尺寸，昂贵和较难找到保险、开关和接触器等。- 本设计只是将太阳能光伏发电应用在家居建筑的一个示范，房子的太阳能发电供电能源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

8、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；- - （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，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

9、，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC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。-5）功能及特点本设计只是一个模型，所以只采用了太阳能电池板，蓄电池，一些常规的开关，发光二极管灯具，模拟家庭里的日常的照明用电，来说明太阳能在家居的应用，当然，在实际房子应用的时候会用到以上所述的控制器、逆变器等等的器具。6）主要创新点- 目前，我国用太阳能供电的家居少之又少，综合应用更加没有； 但是太阳能光伏发电系统具有没有转动部件，不产生噪音；没有燃烧过程，不需

10、要燃料，作为关键部件的太阳电池使用寿命长，可根据需要很容易扩大发电规模，这里用这个模型展示了太阳能光伏发电系统的应用，相信大量应用在家居上时间不会太久。-7）作品外形照片8）推广应用价值其实，按照目前太阳能板的性能价格，组装一套太阳能发电供电能源系统也不是过去的天文数字。据资料显示：2004年深圳建成目前亚洲最大的并网太阳能光伏电站，该光伏电站总容量1兆瓦，年发电能力约为100万度。电站设计及安装与深圳综合展馆、花卉展馆等建筑融为一体，堪称国内绿色建筑的典范。在不久前投入使用的北京南站中，主站房屋面中央采光带也采用了太阳能光伏发电系统，该系统总发电量约320千瓦，可辅助解决车站的用电问题。北京的鸟巢体育馆，上海的世博会也大量采用太阳能光伏放电系统来供电。而且，国家 政策的支持加快推进太阳能光电在城乡建筑领域的应用，还有，结合风力发电机更可以满足绿色环保的要求，对有风没太阳光的白天、晚上也能够发电使用。节能减排、绿色环保、未来发展的重要方向。以替代家居250W传统照明灯为例，在10年内，可以 : 节约用电:10768度; 按现行电价0.6元/度，节约电费:6461元 节约标准煤：4308千克； 减少排放碳粉尘：2929千克; 减少排放CO2：10736千克; 减少排放SO2：323千克;所以，这次的设计只是说明太阳能光伏发电的应用，相信