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1、太阳能光伏发电原理及关键设备（中环工程公司新能源事业部 史君海）2009年 10月24日光伏电池、逆变器与跟踪器引言首先探讨光伏电池原理，重点掌握光伏电池伏安特 性。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。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.典型并网光伏发电系统原理2.光伏电池原理3.光伏电池电气特性1.典型并网光伏发电系统原理太阳能光伏发电原理与建筑结合的并网光伏发电系统（BIPV）特点： 1、并网点在配电侧；2、
2、采用“可逆流”并网 方式（电流是双向 的，可以从电网取 电，也可以向电网送 电）；3、分“上网电价”并网 方式（双价制）和“净 电表计量”方式（平价 制）。太阳电池 开关/保护/防雷 电缆 并网逆变器 电度表（光伏电量）并网光伏发电站1、光伏电池太阳能光伏发电原理2、跟踪器3、汇流箱4、直流屏5、逆变器6、升压站7、其它设备2.光伏电池原理太阳能光伏发电原理o工作过程: 太阳电池(solar cell)是以半导体制成的，将太阳光照射在其上，太阳电池吸收太阳光后，能透过p型半导体及n型半导体使其产生电子(负) 及 空穴(正)，同时分离电子与空穴而形成电压降，再经由导线传输至负载太阳能光伏发电原理
3、1.光能到电能转换只有在P-N结界面活性层 发生。并且一个光子只能激发出一个电子- 空穴对。2.具有足够能量的光子进入P-N结区附近才 能激发电子-空穴对。（硅电池，光波长小 于1.1um可见光）3.温度升高，P-N结界面活性层变薄，造成 电池电压降低、光能到电能转换能力降低太阳能光伏发电原理2.光伏电池原理(电池组件阵列)3.光伏电池组件电气特性 预备知识光伏并网逆变器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.光伏电池组件电气特性太阳能光伏发电原理太阳电池的I-V特性及功率曲线太阳能光伏发电原理3.光伏电池组件电气特性太阳能光伏发电原理标准测试条件 ST
4、C (AM=1.5, P0=1000W/m2,T=25C)转换效率 k=Pm/Pa=(Im*Um)/(P0*Aa), 填充因子 FF= Pm/Pc=(Im*Um)/(Isc*Voc),太阳能光伏发电原理3.光伏电池组件电气特性二、光伏并网逆变器1.从“名字”谈起2.逆变器重要么？3.相关交流电知识4.并网逆变器系统5.逆变原理（波形控制）6.原理7.反孤岛效应8.逆变器技术指标.从“名字”谈起光伏并网逆变器逆变器是把直流电能逆变为交流电能的电力电子设备。并网逆变器输出侧接入电网，要求逆变器输出电流波形符合电网要求光伏光伏电能输入逆变器，要求逆变器跟踪光伏电池最大功率点（）光伏并网逆变器.逆变器
5、重要么？光伏并网逆变器.逆变器重要么？光伏并网逆变器.逆变器重要么？结论：具有逆变、并网、光伏MPPT、监 测控制、网络通信等功能,工作特性决定电站性能，非常重要，是光伏并网发电 系统核心部件,具有很高经济价值。3.相关的交流电知识光伏并网逆变器交流电也称“交变电流”，简称“交流”。一般指大小和方向随时间作周 期性变化的电压或电流。锯齿形波 (sawtooth wave)正弦波 (sine wave)方形波 (square wave)光伏并网逆变器u(t) =2U sin(2pft + q )对任意交流电压频率固定，例如： f= 50Hz.U = U q同样，对任意交流电流，频率固定：.(t)
6、 =2I sin(2pft + q ) =Im sin(2pft + q ) I= Iq光伏并网逆变器U =RI光伏并网逆变器XL= wL= 2p fL光伏并网逆变器11XC = wC=2p fCCU = -jXI= - 90oXcI90o= U 0oRU = U+ U+ ULC光伏并网逆变器= RI +jXL I -jXC I= RI += ZIj( XL- XC )Ij = arctanX L - XCR）光伏并网逆变器将电压三角形的各个边乘以电流I，就可得到功率三角形。PUR IS cos j（W）QQLQC=S sinj（var）PSU IP 2 + Q 2（VAcosj阻抗三角形、电
7、压三角形和功率三角形是分析计算R、L、C串联或其中两种元件串联的重要依据。功率因数： l=PS=cosj4.光伏并网逆变器系统光伏并网逆变器光伏并网逆变器5.逆变原理（输出电流波形控制）光伏并网逆变器图逆变器简化原理图光伏并网逆变器图逆变器等效电路图等效电路图矢量分析光伏并网逆变器图交流电生成光伏并网逆变器用一系列等幅不等宽的脉冲来代替 一个正弦半波u正弦半波N等分，可看成N个彼此相a)连的脉冲序列，宽度相等，但幅值Owt不等ub)用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等宽度按正弦规律变化Owt用PWM波代替正 弦半波SPWM波形脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等 效的PWM波
8、形要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲 宽度即可uucur光伏并网逆变器正弦波PWM调制方式(单极性)Owtuouo当ur0ug1=1 T1通 Udug2=0 T2断uof控制电压的分布： 电路中，T1、当ur0ug2=1 T2通Owt-UdT2为频控臂：ug1=0 T1断即ug1和ug2互为反相，并受ur极性控制。其频率为调制信号的频率。5.逆变原理（输出电流波形控制）光伏并网逆变器结论：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。 注：逆变器输出电流实际上是含有谐波
9、的交流电流，可以用电流总谐波谐波系数描述。实际电流i(t) =1 2 n=1,2,3,4In sin(2npft + q n)总谐波系数THD = 1 I 2 n I1 n=2,3,4注：总THD系数表征了实际波形同其基波分量差异的程度。输出为理想波形时，THD为零6.MPPT原理结论：为了从光光伏并网逆变器伏电池中获取更 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。6.MPPT原理光伏并网逆变器MPPTMaximum Power Point Tracking（最大功率点 跟踪）技术是充分利用光伏电池组件能量必备的技术，通过不断对PV的电压（电压控制）或电流（电流控 制）进行小幅度的扰动，实时计算其输出功率的变化，从而逐渐实现最大功率点的跟踪。光伏并网逆变器MPPT实时运行数据7.反孤岛效应孤岛效应是指光伏并网逆变器分布式并网逆 变器构成的局 部电网从主电 网脱离
