太阳能光伏发电系统 （培训教材）ppt培训课件

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1、太阳能光伏发电系统 培训教材,*可再生能源技术开发中心,讲 座 内 容,第一讲 第1节 光伏发电原理及系统组成第2节 太阳能资源及场地评价 第二讲 第3节 光伏系统设计原理第4节 光伏系统安装、运行及维护 第三讲第5节 光伏发电的安全问题第6节 光伏发电的应用,第一节 光伏发电原理及系统组成,1.1 光伏发电原理 1.1.1 太阳电池简介 太阳电池原理：基于“量子理论/量子统计学”（见半导体物理基础） 太阳电池能量转换的基础：光-电半导体器件“结”的“光生伏打效应” 。光照射（掺杂磷、硼等）半导体 能级跃迁 电子/空穴（对） 反向漂移运动（内电场作用） P区电势高/N区电势低 光生电动势（光效

2、应伏）,1.1.2 太阳电池的主要类型按基体材料：晶体硅、非晶硅、化合物（砷化镓、硫化镉）等。按电池结构：平板型、聚光型等。按用途分类：地面、空间、光电传感等。 单晶硅工艺流程拉制单晶切片/表面处理制PN节（扩散法）/检测腐蚀周边/除背结(pn）制作上、下电极/焊引线制减反射膜封装测试。1.1.3 太阳电池的串联和并联 单电池电压大约0.5V。 太阳电池 组件电压1718V。,1.2 太阳电池组件 1.2.2 组件简介组件都包含有太阳电池片、透明封装材料，结构框架和电气接线等部分。不同类型的 硅太阳电池组件的主要差别在以下三个方面： 1. 电池材料硅太阳电池可分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池

3、和非晶硅太阳电池。单晶硅太阳电池效率大约在12%15%的范围，工作寿命约20年。 2透明封装材料主要有钢化玻璃、石英玻璃和透明高分子材料等。从透光率和保护电池片二者考虑，目前用得较多的组件上盖板材料是低铁钢化玻璃。 3结构及附件 太阳电池组件硬质材料边框的作用是:支撑和保护电池片和构成方阵时用以进行组件之间的连接与固定。用于边框的材料主要有，不锈钢、铝合金、增强塑料及橡胶等。组件底板的引出线通常采用橡皮软线或聚氯乙烯绝缘线等。特别要注意引出线接线盒的防水、防潮性能以及组件的密封性、底板材料等.,1.2.2 太阳电池性能及影响因素1. 太阳电池性能右 图给出的典型I-V 曲线的条件为:日照100

4、0W/m2,电 池温度25。 最大功率点（Vmp，Imp） 开路电压（Voc） 短路电流（Isc） 影响太阳电池性能的因素负载阻抗、日照强度 、太阳电池温度、阴影和晶体结构。 负载阻抗右图展示了纯阻性负载与组件I-V特性的匹配原理。 RM合适，组件运行在最大功率点PM； 阻抗增加到RH，输出电压增加少许，但电流明显下降，使组件输出功率减少，运行效率降低。； 阻抗减小到RL，输出电流略有上升，但电压急剧下降，同样使组件的输出功率减少，运行效率降低。 感性负载应使用最大“功率跟踪器”。, 日照强度 太阳电池组件的输出功率与直接的太阳辐射 强度成比例随着太阳辐照强度的下降曲线向下 移动，组件输出电流

5、在减少。（见右图）注意：日照强度变化时，组件工作 电压基本不变。 太阳电池温度 太阳电池组件温度升高，输出电压下降 ， 工作效率降低 。 （见右图） 在8090之间，温度每上升1度组件的 效率损失0.5%。因此，使太阳电池板上下 方的空气流动非常重要，这样可以将热量 带走，避免太阳电池温度升高。, 阴影 阴影对太阳电池组件性能的影响不可低估， 例如，一个单电池被完全遮挡时，太阳电池组 件可减少输出75%。 表 1。 阴影对组件输出的影响 晶体结构,1.2.2 不同性能组件的串联和并联两组件性能不一致，串、并联后将达不到 应有的结果。当两个性能不同的组件（组件A、组件B） 串联到一起时，电压仍相

6、加，电流将被限制到 略高于串联组中电流最小的组件（组件B）的 电流值，如右图虚线所示；当两个性能不同的组件并联到一起时，电 流将增加，但是电压只是二者的平均值，如右 图虚线所示。,1.2.3 二极管的作用 阻塞二极管阻塞二极管（亦称屏蔽二极管）置于组件或电池板和蓄电池 之间的正极性线路上（见右图），夜间或阴天时防止蓄电池电流 回流到方阵。 旁路二极管 旁路二极管（亦称分路二极管）同太阳电池或组件并联（见 右图）。当电池或组件出现阴影或损坏时用来旁路该电池或组件， 转移流经该电池或组件的电流。在大型方阵中当一个电池板的一 串组件发生故障时，其它正常电池板的电流可经由旁 路二极管形成通路，以保证整

7、个方阵仍可正常工作。 隔离二极管 在方阵工作电压较高时，应安装隔离二极管 （见右图）。它的作用是当方阵中的某支路出现故障时， 二极管将正常运行支路与故障支路隔离，以保证整 个方阵仍可正常工作。,1.3 光伏发电系统 1.3.1 光伏发电系统组成 独立运行的光伏发电系统 光伏/ 风力互补发电系统, 分散式互补发电系统 （SMA Co.) 并网光伏系统,1.3.2 太阳电池方阵 1。方阵构成2。 方阵类型,1.3.3 蓄电池 1. 蓄电池简介 1) 蓄电池的作用 解决了电能贮存问题 起着功率和能量调节作用 向负载提供瞬时大电流 2) 蓄电池的重要性 蓄电池储能单元的设计与维护是光伏及风力发电系统中

8、最敏感的问题。 蓄电池储能单元是影响光伏及风力发电系统运行成本的重要因素。 3) 铅酸蓄电池基本原理 总的化学反应过程可用下列方程式表示：（正极） （电解液） （负极) （放电）（正极）（电解液）（负极）Pb02 2H2S04 Pb PbSO4 2H20 PbSO4（充电）,2. 铅酸蓄电池主要性能及影响因素 （1）蓄电池容量1） 容量的表示 蓄电池容量是蓄电池储存电荷的能力。将处于完全充电状态的蓄电池，按一定的 放电条件放电至所规定的终止电压，通常电池放出的电量以安时（A.h）表示。 蓄电 池容量也可以用瓦时表示，安时（A.h）容量乘以放电平均电压，即可得到瓦时 （W.h）容量。 理论容量：

9、是根据活性物质的质量，按相关的化学定律计算得出的最高值；额定容量（也称保证容量）：是按国家或有关部门颁布的标准，在规定的放电条件 下，应该放出的最低限度的容量值；实际容量：是指电池在一定的条件下放出的电量，由于活性物质不能被100%利用等原因，此容量低于理论容量值。,2）影响容量的因素铅电池容量不是一个固定的参数，它是由设计、工艺和使用条件综合因素决定的。 对蓄电池使用者主要应了解，在使用过程中蓄电池放电率、电解液温度、电解液浓度及 层化是影响电池实际容量的最主要因素。 放电率的影响：大的放电率，将使蓄电池实际容量减小； 硫酸铅堵塞多孔极板的孔口，使电解液扩散困难，因而不能充分供应多孔电极内部

10、的需要。 由于活性物质沿极板厚度方向作用深度有限，电流愈大其作用深度愈浅，使活性 质利用率愈低。 由于极化和内阻的存在，在高电流密度下，电压损失增加，使电池端电压迅速下降， 电解液温度影响：随着温度的升高，蓄电池容量呈增加趋势。 电解液温度高时（在允许的温度范围内），离子 运动速度加快，获得的动能增加，因此渗透力增强， 从而使蓄电池内阻减小，扩散速度加快，电化反应 加强，从而使电池容量增大；反之，蓄电池容量减少。, 电解液浓度及层化的影响 增加电解液浓度就是增加了反应物质 ； 电解液密度的差异，很容易造成极板上的活性物质得不到完全的、均匀的转化。（反应在极板上部的输出输入端；密度高的电解液下沉

11、） 蓄电池放电能力的大小以放电率表示，放电率有两种表示法： 小时率（时间率）：以一定的电流值放完电池的额定容量所需时间。例如：容量100Ah的蓄电池以10A放电，100Ah /10A10h，即10小时可放出全部电 量，称此放电率为10小时率。若以5A放电，20小时可放出全部电量，则称为20小时率， 以此类推。 电流率（倍率）：放电电流值相当于电池额定容量（Ah）值的倍数。例如：容量100Ah的蓄电池以1000.1=10A电流放电，10小时将全部电量放完，电 流率为0.1C10，C10表示10小时放电率下的电池容量。若以100A电流放电，1小时将全部 电量放完，电流率为1C10，以此类推。,（2

12、） 蓄电池使用寿命 1）寿命定义与失效界定 根据蓄电池用途和使用方法不同，对寿命的评价方法也不相同。对于铅酸蓄电池可分为充放循环寿命、使用寿命和恒流过充电寿命等三种评价方法。 充放循环寿命指标反映了铅蓄电池在深放电方面的重复能力；使用寿命只是对铅蓄电池在浮充电状态运行时间长短（使用年限）的评价。 “固定型（开口式）铅酸蓄电池”，其使用期限规定为：当蓄电池实际容量低于额定容量的80%时，就认定该蓄电池失效， 根据国家标准规定，固定型（开口式）铅酸蓄电池的充放循环寿命不低于1000次，使用寿命（浮充电）应不低于10年。 2）影响寿命的因素 放电过深 大电流充电或放电 电解液浓度过高 温度过低,（3

13、） 蓄电池输出效率 描述蓄电池输出效率的物理量有三个：安时效率、能量效率和电压效率。当设计蓄电池储能系统时，能量效率特别有意义。如果电流保持恒定，在相等的 充电和放电时间内，蓄电池放出电量和充入电量（kWh）的百分比，称为蓄电池的能量 效率。铅酸蓄电池效率的典型值是：安时效率约为8793%；能量效率约为7179%； 电压效率85%左右。蓄电池效率受许多因素影响，如温度、放电率、充电率、充电终止点的判断等。 （4） 对光伏发电储能蓄电池的性能要求 具有深循环放电性能； 充放循环寿命长； 对过充、过放电耐受能力强； 当电池不能及时补充充电时，能有效抑制小颗粒硫酸铅的生长； 富液式电池在静态环境中使

14、用时，电解液不易产生层化； 具有免维护或少维护性能； 低温下也具有良好的充电、放电特性； 充放电特性对高温不敏感； 无需初充电操作； 蓄电池各项性能一致性好，无需均衡充电； 具有较高的能量效率； 具有高的性能价格比； 具有高的重量比能量和体积比能量。,3.常用蓄电池类型 （1）固定型铅酸蓄 优点容量大，单位容量价格便宜，使用寿命长和轻度硫酸化可恢复。与起动用蓄电池相比固定型蓄电池的性能更贴近光伏和风电系统的要求，因此目前在功率较大的光伏电站和风电站多数采用固定型（开口式）铅酸蓄电池。 缺点需要维护，在干燥气候地区需经常添加蒸馏水，隔一段时间还要检查和调整电解液比重。此外，开口式电池带液运输时，

15、电解液有溢出的危险。 （2）阀控密封式铅酸电池 优点 不需要专门维护； 即便倾倒电解液也不会溢出； 不向空气中排放氢气和酸雾； 安全性能更好。 缺点 对过充电敏感，因此对充电控制器性能要求高； 当长时间反复过充电后，容易发生电解液干涸及活性物质脱落； 较普通开口式铅酸蓄电池价格高（国外产品约高60%100%倍，国内产品约高30%60%）。,（3）碱性蓄电池目前常见的碱性蓄电池有镉镍电池和铁镍电池。碱性蓄电池（指镉镍蓄电池）与 铅酸蓄电池相比，主要有下列优点和缺点： 优点 对过充电、过放电的耐受能力强； 反复深放电对蓄电池寿命无大的影响； 在大电流和高温条件下，仍具较高的效率； 维护简单； 循环寿命长。 缺点 内阻大； 电动势小，输出电压较低； 价格高（约为铅酸蓄电池的34倍）。由以上对各类电池优缺点的比较可以看出，虽然碱性蓄电池确有许多优点，但从 总的性能价格比分析，铅酸蓄电池仍有一定的优势。只有在对储能的可靠性、安全 性、机械强度和使用寿命等有较高要求的情况下，才选用碱性蓄电池。,1.3.4 控制器1。 控制器简介蓄电池充电控制系统运行状态控制2。蓄电池充电控制基本原理 （1）铅酸蓄电池充电特性（2）“电压型”充电控制原理 （3）“电流型”充电控制原理 （4）充电控制的温度补偿,