太阳能学习资料

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1、 太阳能光伏发电。太阳能电池发电原理 太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在 PN 结两侧集聚形成了电位差，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。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。组成部分太阳能电池方阵、控制器、逆变器利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。光热电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发

2、电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光热转换，后一过程为热电转换。光电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。太阳能电池太阳能光伏系统中电池组件是重要的组成部分之一，是收集太阳能的基本单位。光伏电池主要有：多晶体硅电池、单晶硅电池、薄膜电池、聚光电池等。晶体硅太阳电池单晶硅电池是发展最早，工艺技术也最为成熟的太阳电池，也是大规模生产的硅基太阳电池中，效率最高的电池，目前规模化生产的商用电池效率在14%20%，曾经长期占领最大的市场份额；规模化生产的商用多晶硅电池的转换效率目前在13

3、%15%，略低于单晶硅电池的水平。和单晶硅电池相比，多晶硅电池虽然效率有所降低，但是生产成本也较单晶硅太阳电池低，具有节约能源，节省硅原料的特点，易达到工艺成本和效率的平衡，目前已成为产量和市场占有率最高的太阳电池。薄膜类太阳电池薄膜太阳能电池的优点在于弱光效应好，价格相对便宜；最大的缺点在于转换效率低，且有光感退化问题。其包括非晶硅薄膜太阳电池，硒铟铜和碲化镉薄膜电池，多晶硅薄膜电池等几种。在这几种薄膜电池中，最成熟的产品当属非晶硅薄膜太阳能电池，在世界上已经有多家公司在生产该种电池产品，其主要优点是成本低，制备方便。但也存在缺点，即非晶硅电池的不稳定性，其光电转化效率会随着光照时间的延续而

4、衰减，另外非晶硅薄膜太阳能电池的效率也比较低，一般在810%。硒铟铜和碲化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池高，成本较单晶硅电池低，并且易于大规模生产，还没有效率衰减问题，是非晶硅薄膜电池的一种较好替代品，在美国已经有一些公司开始建设这种电池的生产线。但是这种电池的原材料之一镉对环境有较强的污染，与发展太阳能电池的初衷相背离，而且硒、铟、碲等都是较稀有的金属，对这样电池的大规模生产起到了很大的制约作用。c）聚光光伏电池采用廉价的聚光系统将太阳光会聚到面积很小的高性能光伏电池上，一方面电池芯片单位面积接收的辐射功率密度大幅度地增加，太阳电池光电转换效率得以提高；另一方面，对于给定的输出功率，可以大

5、幅度降低太阳电池芯片的消耗，从而降低系统的成本。聚光光伏电池特点如下： 节省芯片 重量比功率、面积比功率大 电流随聚光倍数线性升高 电压随聚光倍数对数增加（一定聚光倍数下） 效率高太阳能聚光电池具有面积小、功率大、效率高的特点。虽然太阳能聚光电池具有突出的优点，但是，聚光电池必须采用跟踪系统才能发挥其优点。目前太阳能聚光电池没有得到广泛应用，其原因是太阳能聚光电池需要精确的跟踪太阳。精确跟踪系统技术有待提高，现有的跟踪系统价格高，故障率高。控制器光 伏 控 制 器 是 用 于 太 阳 能 发 电 系 统 中 ， 控 制 多 路 太 阳 能 电 池 方 阵 对 蓄 电 池充 电 以 及 蓄 电

6、池 给 太 阳 能 逆 变 器 负 载 供 电 的 自 动 控 制 设 备 。 光 伏 控 制 器 采 用高 速 CPU 微 处 理 器 和 高 精 度 A/D 模 数 转 换 器 ， 是 一 个 微 机 数 据 采 集 和 监 测 控制 系 统 。 既 可 快 速 实 时 采 集 光 伏 系 统 当 前 的 工 作 状 态 ， 随 时 获 得 PV 站 的 工作 信 息 ， 又 可 详 细 积 累 PV 站 的 历 史 数 据 ， 为 评 估 PV 系 统 设 计 的 合 理 性 及检 验 系 统 部 件 质 量 的 可 靠 性 提 供 了 准 确 而 充 分 的 依 据 。 此 外 ， 光

7、 伏 控 制 器 还具 有 串 行 通 信 数 据 传 输 功 能 ， 可 将 多 个 光 伏 系 统 子 站 进 行 集 中 管 理 和 远 距 离控 制 。 通 过 使 用 创 新 性 的 最 大 功 率 追 踪 技 术 ， 光 伏 控 制 器 能 保 证 太 阳 能 阵 列 全天 时 、 全 天 候 的 最 大 效 率 的 工 作 。 可 以 将 光 伏 组 件 工 作 效 率 提 高 30%逆变器又称电源调整器，根据逆变器在光伏发电系统中的用途可分为独立型电源用和并网用二种。根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器和组合式三相逆变器。对于用于并网系统的逆变器，根据

8、有无变压器又可分为变压器型逆变器和无变压器型逆变器。光 伏 逆 变 器 的 结 构 与 工 作 原 理逆 变 器 是 一 种 由 半 导 体 器 件 组 成 的 电 力 调 整 装 置 ， 主 要 用 于 把 直 流 电 力转 换 成 交 流 电 力 。 一 般 由 升 压 回 路 和 逆 变 桥 式 回 路 构 成 。 升 压 回 路 把 太 阳 电池 的 直 流 电 压 升 压 到 逆 变 器 输 出 控 制 所 需 的 直 流 电 压 ； 逆 变 桥 式 回 路 则 把 升压 后 的 直 流 电 压 等 价 地 转 换 成 常 用 频 率 的 交 流 电 压 。 逆 变 器 主 要 由

9、晶 体 管 等开 关 元 件 构 成 ， 通 过 有 规 则 地 让 开 关 元 件 重 复 开 -关 （ ON-OFF） ， 使 直 流 输入 变 成 交 流 输 出 。 当 然 ， 这 样 单 纯 地 由 开 和 关 回 路 产 生 的 逆 变 器 输 出 波 形 并不 实 用 。 一 般 需 要 采 用 高 频 脉 宽 调 制 （ SPWM） ， 使 靠 近 正 弦 波 两 端 的 电 压宽 度 变 狭 ， 正 弦 波 中 央 的 电 压 宽 度 变 宽 ， 并 在 半 周 期 内 始 终 让 开 关 元 件 按 一定 频 率 朝 一 方 向 动 作 ， 这 样 形 成 一 个 脉 冲

10、波 列 （ 拟 正 弦 波 ） 。 然 后 让 脉 冲 波通 过 简 单 的 滤 波 器 形 成 正 弦 波 。 光 伏 逆 变 器 的 功 能逆 变 器 不 仅 具 有 直 交 流 变 换 功 能 ， 还 具 有 最 大 限 度 地 发 挥 太 阳 电 池 性 能的 功 能 和 系 统 故 障 保 护 功 能 。 归 纳 起 来 有 自 动 运 行 和 停 机 功 能 、 最 大 功 率 跟踪 控 制 功 能 、 防 单 独 运 行 功 能 （ 并 网 系 统 用 ） 、 自 动 电 压 调 整 功 能 （ 并 网 系统 用 ） 、 直 流 检 测 功 能 （ 并 网 系 统 用 ） 、 直

11、 流 接 地 检 测 功 能 （ 并 网 系 统 用 ） 。这 里 简 单 介 绍 自 动 运 行 和 停 机 功 能 及 最 大 功 率 跟 踪 控 制 功 能 。 1、 自 动 运 行 和 停 机 功 能 早 晨 日 出 后 ， 太 阳 辐 射 强 度 逐 渐 增 强 ， 太 阳 电 池 的 输 出 也 随 之 增 大 ， 当达 到 逆 变 器 工 作 所 需 的 输 出 功 率 后 ， 逆 变 器 即 自 动 开 始 运 行 。 进 入 运 行 后 ，逆 变 器 便 时 时 刻 刻 监 视 太 阳 电 池 组 件 的 输 出 ， 只 要 太 阳 电 池 组 件 的 输 出 功 率大 于

12、逆 变 器 工 作 所 需 的 输 出 功 率 ， 逆 变 器 就 持 续 运 行 ， 直 到 日 落 停 机 ， 即 使阴 雨 天 逆 变 器 也 能 运 行 。 当 太 阳 电 池 组 件 输 出 变 小 ， 逆 变 器 输 出 接 近 0 时 ，逆 变 器 便 形 成 待 机 状 态 。 2、 最 大 功 率 跟 踪 控 制 功 能 太 阳 电 池 组 件 的 输 出 是 随 太 阳 辐 射 强 度 和 太 阳 电 池 组 件 自 身 温 度 （ 芯 片温 度 ） 而 变 化 的 。 另 外 由 于 太 阳 电 池 组 件 具 有 电 压 随 电 流 增 大 而 下 降 的 特 性 ，因

13、 此 存 在 能 获 取 最 大 功 率 的 最 佳 工 作 点 。 太 阳 辐 射 强 度 是 变 化 着 的 ， 显 然 最佳 工 作 点 也 是 在 变 化 的 。 相 对 于 这 些 变 化 ， 始 终 让 太 阳 电 池 组 件 的 工 作 点 处于 最 大 功 率 点 ， 系 统 始 终 从 太 阳 电 池 组 件 获 取 最 大 功 率 输 出 ， 这 种 控 制 就 是最 大 功 率 跟 踪 控 制 。 太 阳 能 发 电 系 统 用 的 逆 变 器 的 最 大 特 点 就 是 包 括 了 最 大功 率 点 跟 踪 （ MPPT） 这 一 功 能 。光 伏 并 网 发 电 原 理 图根据辐射量分为五类地区：一类地区，年太阳辐射总量 66808400 MJ/，相当于日辐射量 5.16.4KWh/。尤以西藏西部最为丰富，最高达 2333 KWh/（日辐射量 6.4KWh/） ，居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。二类地区为年太阳辐射总量为 5850-6680 MJ/m2，相当于日辐射量 4.55.1KWh/。山西北部、三类地区年太阳辐射总量为 5000-5850 MJ/m2，相当于日辐射量 3.84.5KWh/。山西南部。