新能源发电技术2太阳能光伏发电技术4

NorthChinaElectricPowerUniversity15-Mar-23李广凯

新能源发电技术第2章(4)电力工程系DepartmentofElectricalEngineering2.3太阳能电池制造工艺2.3.2多晶硅太阳能电池制造工艺(4)去边扩散过程中，硅片周边外表形成了扩散层，使上下电极形成短路环，降低并联电阻。去边的方法主要有腐蚀法和挤压法。工业化生产多用等离子干法腐蚀2.3.2多晶硅太阳能电池制造工艺(5)去处背结化学腐蚀法可以同时去掉背结和周边的扩散层磨片法用金刚砂将背结磨去蒸铝或丝网印刷铝浆烧结法在扩散硅片反面真空蒸镀或丝网印刷一层铝，烧结合金。仅适用于N+/P型太阳能电池工艺2.3.2多晶硅太阳能电池制造工艺(6)制作上下电极与P-N结两端形成紧密欧姆接触的导电材料把制作在电池光照外表上的电极称为上电极把制作在电池反面上的电极称为下极或背电极方法主要有真空蒸镀、化学镀镍、铝浆印刷烧结制作上下电极一般要求：〔1〕能与硅形成牢固的接触〔2〕接触电阻比较小，应是一种欧姆接触〔3〕有优良的导电性〔4〕遮挡面积小，一般小于8%(5)收集效率高〔6〕可焊性强〔7〕本钱低〔8〕污染小〔9〕体电阻小〔10〕宜于加工普通电极设计原那么：使电池输出最大，即串联电阻尽可能小，光照作用面积尽可能大。2.3.2多晶硅太阳能电池制造工艺(7)制作上下电极金属电极一般由主线和栅线组成，如图2-72,2-73栅线功率损耗Prf主线功率损耗Prb由于栅线的遮挡引起的功率损失Psf由于主线的遮挡引起的功率损失Psb半导体电流流向栅线的接触电阻损耗Pcf顶层横向电池电流损耗Ptl2.3.2多晶硅太阳能电池制造工艺(8)减反射膜制作绒面的硅外表仍有11%的光反射损失主要制备方法真空镀膜和离子镀膜法溅射法印刷法喷涂法PECVD沉积法2.3.2多晶硅太阳能电池制造工艺(9)提高多晶硅太阳能电池效率的关键技术陷光技术对电池外表进行织构通常有刻槽和腐蚀的方法改善硅片质量技术外表/反面钝化技术2.4太阳能光伏发电系统设备构成2.4.0引言(1)引言*单个太阳能电池缺乏太阳能电池组件又称光伏组件，SolarModule或PVModule输出功率零点几瓦到几百瓦具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置太阳能电池方阵也称光伏方阵，SolarArray或PVArray输出功率从数瓦到几数十千瓦由两个或两个以上的太阳能电池组件在机械和电气上按一定方式组装在一起，并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。2.4.1引言(2)引言**平衡系统配套系统、BOS(BalanceofSystem)系统控制器、逆变器、支架、输配电缆、开关、熔断器光伏发电系统按是否聚光分类聚光发电系统非聚光发电系统按照供能方式独立光伏发电系统〔离网系统〕并网光伏发电系统混合光伏发电系统2.4.1太阳能电池组件和方阵(1)晶体硅太阳能电池组件组件种类单晶硅多晶硅刚性衬底薄膜〔非晶硅薄膜和碲化镉薄膜〕柔性薄膜组件的封装结构组件的封装材料上盖板、粘结剂、底板、边框太阳能电池组件封装工艺2.4.1太阳能电池组件和方阵(2)太阳能电池方阵结构纵联横并横联纵并特性组件和方阵的效率方阵的组合损失因子测量热斑效应局部发热点2.4.2贮能蓄电池(1)铅酸蓄电池碱性铬镍蓄电池储存电能2.4.3直流－交流逆变器(1)逆变器分类输出能量的去向：有源和无源逆变器相数：单相、三相和多相交流电的频率：工频、中频和高频逆变器主电路形式：单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变器主开关器件类型：晶闸管、大功率晶闸管、可关断晶闸管、功率场效应晶体管、绝缘门极晶体管和MOS控制晶体管逆变器稳定输出参量：电压型和电流型输出电流波形：正弦波和非正弦波控制方式：调频式和脉宽调制式开关工作方式:谐振式、定频硬开关和定频软开关2.4.3直流－交流逆变器(2)逆变器结构及工作原理半导体功率集成器件:GTO,GTR,IGBT,IGCT逆变电路输入输出控制辅助保护主逆变电路2.4.3直流－交流逆变器(3)PWM脉宽调制技术PWM脉宽调制技术的根本原理PWM变换的特点和应用广泛应用与电力电子变换电路逆变电路的几乎都可以用PWM控制方式2.4.3直流－交流逆变器(4)正弦波PWM技术单极性SPWM波形双极性SPWM波形三相SPWM波形SPWM的用途单相、三相逆变电路集成SPWM2.4.3直流－交流逆变器(5)逆变器根本特性及评价输出波形：方波，阶梯波，正弦波输出频率：工频，高频，甚高频DC/AC转换效率：70-90%工作温度工作环境电磁干扰和噪声过载能力其他:电压、电流、精度等2.4.4控制器(1)控制器功能及分类控制器是光伏发电系统的核心部件之一，也是平衡系统的主要组成局部小型光伏系统中：控制器也称为充放电控制器，防止蓄电池过充电和过放电大中型光伏发电系统中：平衡管理光伏系统能量，保护蓄电池及整个光伏系统，显示系统工作状态2.4.4控制器(2)逻辑控制方式控制器由模拟电路和数字电路组成计算机控制方式单片机和计算机控制智能型控制器结构模拟信号测量状态检测开关控制输出模拟调节输出操作管理与数据、状态显示联机通信2.5独立光伏发电系统2.5.1独立光伏发电系统的结构及工作原理(1)系统框图2.5.1独立光伏发电系统的结构及工作原理(2)工作原理发电－充电－逆变－负载2.5.1独立光伏发电系统的结构及工作原理(3)系统构成太阳能电池方阵，防反充二极管、控制器、逆变器、蓄电池组、支架、输配电设备太阳能电池方阵：国外叫太阳能发电机(SolarGenerator)其余局部称为平衡系统(BOS)或配套系统2.5.1独立光伏发电系统的结构及工作原理(4)系统构成直流供电系统2.5.1独立光伏发电系统的结构及工作原理(5)系统构成交直流供电系统2.5.2系统设计框图(1)系统设计要有针对性总体包括：容量、电气、机械结构、建筑、热力、防火防雷等平安设计、可靠性、包装运输、安装调试运行、维修检测等2.5.3容量设计(1)失电小时数(LossofLoadHours,LOLH)表示光伏发电系统能量的短缺程度，不包括因部件失效或系统维护所必须的时间。考虑连续阴雨天和过充电。当地地理条件、气象数据及太阳辐射能资源气象数据有近10年的温度、风速、阴雨天,雷雹等倾斜面上的直接辐射分量HBT倾斜面上的天空散射辐射分量HdT倾斜面上的地面反射辐射分量HrT斜面上太阳总辐射量HT=HBT+HdT+HrT中国的太阳能资源分布

2.5.3容量设计(2)中国的太阳能资源分布

2.5.3容量设计(3)确定方阵最正确倾角连续性均匀性极大性特殊性2.5.3容量设计(4)当地用电负载模型：恒定、有突变、变化环境温度模型：正弦曲线光伏方阵的温度和伏安特性模型蓄电池放电模型控制器：自身静态和动态损耗逆变器独立光伏发电系统可靠性指数LOLH:全年失电小时数LOLE:全年失电次数LOLF:全年失电频度2.5.3计算机仿真结果和容量设计程序(1)计算失电小时数气象数据求出光伏组件的电流电压数据用电负荷曲线光伏方阵容量蓄电池容量计算失电小时数与蓄电池容量的关系2.6并网光伏发电系统2.6.1简介(1)并网光伏发电系统是主流开展趋势住宅用并网光伏系统和集中式并网光伏系统有倒流系统和无倒流系统有蓄电池的并网型系统和无蓄电池的并网系统低压并网系统和高压并网系统2.6.1简介(2)并网光伏发电系统是主流开展趋势有蓄电池的并网型系统框图

2.6.1简介(3)并网光伏发电系统是主流开展趋势无蓄电池的并网型系统框图

2.6.1简介(4)并网光伏发电系统是主流开展趋势并网型系统框图

2.6.2并网光伏系统的设备构成(1)太阳能电池方阵并网逆变器并网逆变器的回路方式：工频变压器、高频变压器、无变压器无变压器方式的回路构成：目前广泛采用并网逆变器的工作原理：逆变电压领先与系统电压P=UcIcIc=UL/LUL=UisinP=UcUisin/L2.6.2并网光伏系统的设备构成(2)并网逆变器并网逆变器的功能把来自太阳能电池方阵的直流电转换成交流电，并把电力输送给与交流系统连接的负载设备，同时把剩余的电力倒送到电网中。发挥太阳能性能异常时保护自动运行和停机最大功率点跟踪控制(MPPT)防单独运行被动式：电压相位突变检测，频率变化检测主动式：移频，有功功率变动，无功功率变动，负载变动2.6.2并网光伏系统的设备构成(3)并网逆变器并网逆变器的功能自动电压调整功能超前相位无功功率控制输出控制直流检测功能直流接地检测功能2.6.2并网光伏系统的设备构成(4)并网逆变器停电时的独立运行系统并网保护装置并网逆变器的种类和选用电气方式和并网逆变器太阳能电池方阵和并网逆变器并网逆变器的选用要点综合检查系统效率高电能质量和供电稳定性2.6.2并网光伏系统的设备构成(5)有蓄电池型并网系统电流流动*晴天的中午时的电力流动方向

2.6.2并网光伏系统的设备构成(6)有蓄电池型并网系统电流流动*早晚或阴天时的电力流动方向2.6.2并网光伏系统的设备构成(7)有蓄电池型并网系统电流流动*雨天或夜间时的电力流动方向2.6.2并网光伏系统的设备构成(8)有蓄电池型并网系统电流流动*停电时〔有日照量时〕的电力流动方向2.6.2并网光伏系统的设备构成(9)有蓄电池型并网系统电流流动*停电时〔无日照量时〕的电力流动方向2.6.3住宅用并网光伏发电系统(1)家庭并网光伏系统和住宅小区并网光伏系统光伏屋顶一体化光伏建材一体型：在厂家把太阳能电池预安装在屋顶建材上光伏建材型：钢化玻璃和铝合金框架构成的太阳能电池组件本身具有建材功能，就可以当作建材来用。2.6.3住宅用并网光伏发电系统(2)199019911992199319