《新能源技术》课件-3太阳能光伏发电

太阳能光伏发电2020年3月9日太阳能光伏系统的原理光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成。常见的光伏系统独立型并网型常见的光伏系统一、光伏发电系统组成光伏系统的组成1、太阳能电池组2、控制器3、逆变器4、储能蓄电池5、测量设备1、太阳能电池组太阳能电池原理太阳光线照射到太阳能电池的表面时，一部分被太阳能电池上表面反射掉，另一部分被太阳能电池吸收，吸收的太阳光子使得半导体中原子的价电子受到激发，在P-N结两侧产生了正、负电荷的积累，因此产生了光生电势，在两极之间用导线连接负载，就能产生直流电。太阳能电池原理为了使太阳辐射光线能几乎无衰减地到达界面层，光线入射的一面应该相应做得薄一些。太阳能电池伏安特性图中曲线是在一定强度阳光照射下的伏安特性曲线。在太阳能电池正负极接上负载电阻R，当R无穷大时，通过电流为0，电压为Uoc，当R为0时，通过电流为Isc，电压为0。太阳能电池伏安特性当R值变化时，通过电流与电压的关系按曲线变化，如（2）图：R较小时，通过电流为i3，电压为u3；R较大时，通过电流为i1，电压为u1。太阳电池的输出功率为R上电流与电压乘积，显然要选择R值以得到最大输出功率，从图中看，改变R值，电流为i2，电压为u2时，输出功率最大，在曲线上对应的点M称为该太阳电池的最佳工作点。

太阳能电池的光电转换效率太阳能的光电转换效率是指：电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的入射光的功率Pin的比值，用符号η表示。目前太阳能电池的理论光电转换效率的上限值为33%左右，商品硅太阳能电池的光电转换效率一般为12%~15%，高效硅太阳能电池的光电转换效率可达18%~20%。

1硅太阳能电池

2化合物太阳能电池按材料分类

3有机半导体太阳能电池

4薄膜太阳能电池

太阳能电池分类（单晶硅、多晶硅）单晶硅SingleCrystaline-Si单晶硅太阳能电池：采用单晶硅片制造的太阳能电池，此种技术最为成熟，性能稳定，转换效率也比较高（15%~20%），缺点是生产成本比较高。单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池：多晶硅电池是由高纯硅通过熔化后浇注成正方形的硅锭，然后使用切割机切成薄片再加工成电池的。此种电池的转换效率（12%）要比单晶硅电池低，但其制造成本比较低，因此近年来发展很快也比较快。

多晶硅Polycrystaline-Si多晶硅太阳能电池薄膜太阳能电池：薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层等所构成的。由于半导体层很薄，可大大节省电池材料，降低生产成本，因而成了最具前景的新型太阳能电池。薄膜太阳能电池硅片（单晶硅）硅片（多晶硅）电池片（单晶硅）电池片（多晶硅）太阳能电池组件（单晶硅）太阳能电池组件（多晶硅）

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，叫太阳能电池方阵，又叫光伏阵列。简单的说，多个单体太阳能电池互联封装后成为组件，多个太阳能电池组件互联拼装后成为方阵。

光伏阵列

固定式（安装费用少，结实可靠）

太阳能电池的安装

跟踪式（跟踪太阳，获得日照更多）2、控制器控制器：能够智能调节太阳能发电板的工作电压，使太阳能板始终工作在V-A特性曲线的最大功率点。普通的太阳能控制器对太阳能板发电功率的利用提高了10%-30%。能够起到防止蓄电池过渡充电、过渡放电，防止夜间蓄电池向太阳能板反向放电作用，同时还能起到过载以及短路保护作用。其主要应用于独立型光伏系统。控制器3、逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的设备。逆变器按运行方式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光伏发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的光伏发电系统，将发出的电能馈入电网。逆变器4、储能蓄电池当前，太阳能光伏发电系统中普遍应用的储能装置是蓄电池组。蓄电池组由多只蓄电池串联或并联组成，其作用是储存太阳能电池方阵发出的太阳能，并可随时向负载供电。储能蓄电池5、测量设备测量设备对小型光伏发电系统，只要求进行简单的测量，如蓄电池电压和充放电电流，测量所用的电压表和电流表一般就装在控制器上。对于太阳能工业电源系统和中、大型光伏电站，往往要求对更多的参数进行测量，如太阳辐射、环境气温、充放电电量等，有时甚至要求具有远程数据传输、数据打印和遥控功能，这就要求对光伏发电系统配备数据采集系统和微机监控系统。二、光伏发电系统应用分布式并网系统（小容量，一般≤6MW）集中式并网系统（大容量，一般>20MW）并网系统光伏发电系统应用离网系统（独立系统）1、独立系统将入射的太阳辐射能转换为电能，且不与公共电网连接的发电系统。独立光伏系统的规模和应用形式各异，系统规模跨度很大，小到0.3～2W的太阳能庭院灯，大到kW级的太阳能光伏电站。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。独立系统户用领域交通领域通讯/通信领域小型电源: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，负载如照明、电视、收录机等；

光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉。航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、公路/铁路无线电话亭等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。用途介绍石油、海洋、气象领域家庭灯具电源光伏电站小区石油管道和水库闸门阴极保护电源系统、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10KW-5MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等小区照明、泛光灯、楼道灯、庭院灯太阳能建筑将光伏发电与建筑材料相结合使建筑实现电力自给，是一大发展方向用途介绍◆发电单元:

组件：用玻璃及特殊材料封装好一组太阳电池；光伏方阵：光伏组件串并联形成；◆储能装置：存储电能的装置；◆控制器：对蓄电池进行充放电控制◆逆变器：将直流电转变为交流电的设备；◆负载：以直流或交流电为动力的设备；系统构成太阳能飞机以太阳辐射作为推进能源的飞机。由于太阳辐射的能量密度小，为了获得足够的能量，飞机上应有较大的摄取阳光的表面积，以便铺设太阳电池，因此太阳能飞机的机翼面积较大。太阳能飞机应用光伏水泵通信电源独立系统离网用户系统离网用户系统：是由太阳电池板、蓄电池、控制器、以及逆变器组成。结构比较简单技术比较成熟已经在我国西部偏远地区普遍应用。

独立系统2、并网系统并网系统分布式并网系统：将户用光伏系统与电网相连，在有日光时，光伏方阵发出的电力除供给家用电器使用外，如有多余可以输入电网；在晚上或阴雨天，光伏方阵发出的电力不足时，则由电网向家庭电器供应一部分或者全部电力。分布式并网系统分布式并网型

分布式并网型户用分布式光伏发电系统原理图利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，污染小、环保效益突出。不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。分布式安装，就近就地分散发供电，进入和退出电网灵活。有利于改善电力系统的负荷平衡，并可降低线路损耗。可起调峰作用，缓解局地的用电紧张状况。分布式光伏发电在白天出力最高，正好在这个时段人们对电力的需求最大，能够在一定程度上缓解局部地区的用电紧张状况。分布式并网型优点保定史庄街22KW户用分布式项目1：项目名称:22kW户用分布式项目2：项目地点：保定市史庄街社区3：安装容量：22KW4：项目类型：BAPV5：接入类型：并网6：意义：保定市第一个并网的户用分布式系统项目。公司车棚50KW分布式项目1：项目名称:公司车棚50kW分布式项目2：项目地点：英利集团公司内部停车场3：安装容量：50KW4：项目类型：BAPV、BIPV5：接入类型：并网集中式并网系统：这种系统主要应用于具有相当规模的发电站，所发出来的电全部输入电网，由于是集中的经营管理，可以采用先进的技术，统一调度，相对成本低，所以近年来得到大力发展。集中式并网系统集中式并网型利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，污染小、环保效益突出。不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。有效利用荒山、工业闲置屋顶、光伏农业结合，提高土地的利用率。可将荒山荒地、工厂厂房屋顶充分利用起来，也可实行光伏农业相结合的方式，提高土地的立体利用率。可起调峰作用，缓解局地电网的用电紧张状况。大型光伏发电在白天出力最高，这个时段人们对电力的需求最大，能够在很大的程度上缓解局部地区的用电紧张状况。集中式并网型优点1：项目名称：定州国香养殖场10MW并网项目2：项目地点：定州国香养殖场3：安装容量：10MW4：项目类型：屋顶、地面电站5：接入类型：并网定州国香养殖场10MW并网项目1：项目名称:保定高开区小学2：项目地点：保定3：安装容量：54.92kw4：项目类型：屋面电站5：接入类型：并网保定高开区小学并网项目1：项目名称:英利产业园10MW金太阳并网工程2：项目地点：英利三期、四期厂房屋顶、车棚顶3：安装容量：10MW4：接入类型：并网英利产业园10MW金太阳并网工程光伏与建筑一体化：主要是指将太阳能发电产品集成到建筑物上。其优点很多：节省土地、能够做到分散就地供电，同时还能够调节电网的负荷。光伏与建筑一体化其他应用型空间太阳能电站——未来能源基地太阳能的散射面很宽，特别是经过地球大气层时，大部分能量被大气层反射、散射或吸收掉了。在宇宙空间，由于太阳光线不会被大气减弱，也不会被大气阻拦，可以直接受到太阳光的照射，因此建造太阳能电站是一个非常理想的方法。和地面相比，用同样面积的太阳能电池帆板，在同步轨道可多获6到11倍的太阳能。如果把空间太阳能电站建设在圆形日心轨道上，那就不再怕地球挡住阳光，并可获更多的太阳能。在宇宙空间的太阳能电站，聚集大量阳光，利用光电转换产生直流电，并通过相应的装置将直流电变换成微波，以微波波束的形式传输到太空用户或者传输到地球上.空间太阳能电站它是由永远朝向太阳的太阳电池列阵，能把直流电转换成微波能的微波转换站，发射微波束能的列阵天线三部分组成，通过天线以微波形式向地面输电。在地面上则要建一个面积达几十平方公里的巨型接受系统。太空太阳电站是十分巨大的，据计算一座8×1010W的太空太阳电站其太阳电池的列阵面积即达64km2，要装配几百亿个电池片，把微波发往地球的天线列阵面积需2.6km2。空间太阳能电站传输空间发电有两大优点：一是可以充分利用太阳能，同时又不会污染环境，二是不用架设输电线路，可直接向空中的飞船和飞机提供电力，也可向边远的山区、沙漠和孤岛送电。科学家预测，一旦建成空间电站，