太阳能光伏发电原理及其应用

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2015.4太阳能光伏发电原理及关键设备安全工作汇报2013年安全工作总结2014年安全工作计划2014年安全工作要点1、首先探讨光伏电池原理，重点掌握光伏电池伏安特性。2、在此基础上，学习光伏并网逆变器原理，重点把握波形控制、MPPT原理和反孤岛控制。3、在掌握光电池原理基础上，讨论跟踪器工作原理，重点把握各类跟踪器提高光伏发电量的作用。

目录一、太阳能光伏发电原理二、光伏并网逆变器三、太阳能跟踪器一、太阳能光伏发电原理1.光伏发电系统原理2.光伏电池原理3.光伏电池电气特性光伏发电是指利用太阳能电池这种半导体电子器件的P-N结光生伏打效应原理有效地吸收太阳光辐射能，通过转换装置使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流，具有可再生、无污染等优势。1.光伏发电系原理1.光伏发电原理P-N结的光生伏打效应发电原理光生伏打效应就是当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。半导体太阳能电池的发电过程概括为4点：1、收集太阳光使之照射到太阳能电池表面。2、太阳能电池吸收具有一定能量的光子，激发出光生载流子——电子-空穴对。3、电性相反的光生载流子在太阳能电池P-N结内建电场的作用下，电子-空穴对被分离，电子集中在一边，空穴集中在另一边，在P-N结两边产生异性电荷的积累，从而产生光生电动势，即光生电压。4、在太阳能电池P-N结两侧引出电极，并接上负载，则在外电路中即有光生电流通过，从而获得功率输出，这样太阳能电池就把太阳能直接转换成了电能。2.光伏电站的组成发电过程

光伏电站是利用一定数量太阳能电池组件串联后接收太阳光将辐射能转换为一定电压（逆变器额定电压）和电流的直流电，再将若干电池组串在汇流箱内进行并联以提高电流，并联后电流达到逆变器额定电流的数个汇流箱接入一台并网逆变器，通过并网逆变器将电池组件发出的直流电逆变成符合电网需求的交流电，经过配电装置后接入电站升压变压器，通过变压器将电压升高至符合电网要求的电压等级后，并入电网。组成设备主要设备包括电池组件、汇流箱、逆变器、高低压配电装置和变压器等。2.光伏电站的组成电池组件汇流箱高低压配电柜逆变器变压器电网3.1电池组件3、光伏电站的主要设备及其功能3、光伏电站的主要设备及其功能3.1电池组件目前光伏电站常用的电池组件有以下三种：单晶硅电池组件：光电转换效率为15%左右，最高的达到24％，是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，坚固耐用，使用寿命最高可达25年，但制作成本高。多晶硅电池组件：制作工艺与单晶硅电池相近，光电转换效率约12％左右，制作成本比单晶硅电池低，但寿命比单晶硅电池短。非晶硅电池组件：是新型薄膜式电池组件，制作工艺与单晶硅和多晶硅电池的完全不同，制作成本低。弱光性能优于晶硅电池。但光电转换效率偏低，且衰减较快。3.2光伏电池组件电气特性–预备知识直流电是指方向不随时间发生改变的电流，但电流大小可能不固定，而产生波形。3.2光伏电池组件电气特性

3.2光伏电池组件电气特性

3.2光伏电池组件电气特性标准测试条件STC(AM=1.5,P0=1000W/m2,T=25°C)转换效率k=Pm/Pa=(Im*Um)/(P0*Aa),填充因子FF=Pm/Pc=(Im*Um)/(Isc*Voc),3.2光伏电池组件电气特性3.3并网逆变器光伏并网逆变器（下称逆变器）是光伏发电系统中的核心设备。逆变器将光伏方阵产生的直流电（DC）逆变为三相正弦交流电（AC），输出符合电网要求的电能。逆变器是进行能量转换的关键设备，其效率指标等电气性能参数，将直接影响电站系统发电量。3.3并网逆变器逆变器满足以下要求：a)并网逆变器的功率因数和电能质量应满足电网要求。b)逆变器额定功率应满足用于海拔高度的要求，其内绝缘等电气性能满足要求。c)逆变器使用太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT)。d)逆变器具有极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过温保护、交流过流及直流过流保护、直流母线过电压保护、电网断电、电网过欠压、电网过欠频、光伏阵列及逆变器本身的接地检测及保护功能等。3.4光伏并网逆变器系统图4.1逆变器简化原理图3.5逆变原理（输出电流波形控制）图4.2交流电生成通常通过PWM调节开关桥路输出交流电压v,控制电抗L的电流i，即逆变器输出电流，使得逆变器向电网注入正弦波电流，并且与电网电压e同频同相，达到并网发电目的。两点认识：1）在光伏组件、接收的太阳辐射量固定，在光伏组件不同工作点（电压与电流）输出功率不同，其中存在一个输出功率最大的工作点，即最大功率点MPP2）在光伏组件或接收的太阳辐射量变化时，在光伏组件输出电气特性曲线变化，最大功率点移动。3.6MPPT原理结论：为了从光伏电池中获取更多的电能，充分利用光伏电池组件能量，希望光伏组件尽可能地工作在最大功率点。使用MPPT技术可以达到这个要求3.7反孤岛效应孤岛效应是指分布式并网逆变器构成的局部电网从主电网脱离出来，并且在此局部电网中分布式并网逆变器持续给负载供电的一种电气现象。孤岛的危害：1.孤岛情况下电网无法控制电压和频率，可能造成电网、分布式发电设备和用电设备发生输入电压幅值和频率失控；2.孤岛效应对人身安全造成威胁，干扰电网的维护工作；3.孤岛发生时，当电网恢复正常有可能造成非同相合闸，导致线路再次跳闸，对光伏并网逆变器和其他用电设备造成损坏；4.孤岛效应时，若负载容量与光伏并网器容量不匹配，会造成对逆变器的损坏。3、光伏电站的主要设备及其功能3.8、高低压配电装置高、低压配电装置主要用于控制站内电能的通、断，分配及交换，一般有380V、10KV、35KV等电压等级。3.9、变压器变压器是一种静止的电器，它利用电磁感应原理把交流电压转换成相同频率的另一种交流电压。其结构的主要部分是两个（或两个以上）互相绝缘的绕组，套在一个共同的铁芯上，两个绕组之间通过磁场而耦合，但在电的方面没有直接联系，能量的转换以磁场为媒介。在两个绕组中，把接到电源的一个称为一次绕组，建成原方（或原边），而把接到负载的一个称为二次绕组，简称副方（或副边）。当原方接到交流电源时，在外施电压作用下，一次绕组中通过交流电流，并3、光伏电站的主要设备及其功能3、光伏电站的主要设备及其功能3.9、变压器变压器按相数区分可以分为三相变压器和单相变压器；按绕组数目来区分，可以分为两绕组和三绕组变压器；按冷却介质分，可以分为油浸式变压器、干式变压器（空气冷却