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1、第七章 太阳能 光电利用,太阳能利用与建筑节能 Utilization of solar energy and building energy conservation,第七章 太阳能光电利用,概述 2 太阳能光伏发电过程 3 太阳能光电系统的分类及应用 4 太阳能光电系统的设计计算,太阳能利用与建筑节能,2,1.1介绍 太阳能光伏发电是利用半导体材料的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种发电技术,发电过程简单,没有机械转动部件,不消耗燃料,不排放包括温室气体在内的任何物质,无噪声、无污染;太阳能资源分布广泛且取之不尽、用之不竭。,太阳能利用与建筑节能,3,1.概述,到达地球表面的太阳辐射的
2、总量尽管很大,但是辐射的能量分布密度小,利用太阳能进行光伏发电要占用很大的面积; 获得的能源受到四季、昼夜、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等气象条件的影响； 到达某一地面的太阳辐射既是间断的,又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度; 光电转换效率低,光伏发电功率密度低,难以形成高功率发电系统。,太阳能利用与建筑节能,4,1.概述,1.2缺点和不足,太阳能光伏发电原理和结构 1栅线电极 2减反射膜 3扩散区 4基区 5底电极,2.1太阳能光伏发电的原理,太阳能利用与建筑节能,5,2.太阳能光伏发电过程,2.2太阳能光电系统的组成,太阳能利用与建筑节能,6,2.太阳
3、能光伏发电过程,由太阳能电池组件(或方阵)、蓄电池(组)、光伏控制器、逆变器、用电负载以及一些测试、监控、防护等附属设施构成。,分类：,（1）太阳能电池组件,太阳能利用与建筑节能,7,2.太阳能光伏发电过程,（2）蓄电池,蓄电池的作用主要是： 夏天日照量大，除了供给负载用电外，有多余电能可以对蓄电池充电。 冬天日照量小，方阵发电量不足，需要使用蓄电池储存的电能。 蓄电池的基本要求是： 自放电率低，使用寿命长，充电效率高，深放电能力强，工作温度范围宽，少维护或免维护以及价格低廉。,太阳能利用与建筑节能,8,2.太阳能光伏发电过程,作用：是控制整个系统的工作状态,其功能主要有防止蓄电池过充电保护、
4、防止蓄电池过放电保护、系统短路电子保护、系统极性反接保护、夜间防反充保护等。,（3）光伏控制器,最大功率跟踪型控制器,太阳能利用与建筑节能,9,2.太阳能光伏发电过程,交流逆变器 逆变器是将直流电能转变成交流电能供给负载使用的一种转换装置,它是整流器的逆向变换功能器件。,用电负载 太阳能光伏发电系统按负载性质分为直流负载系统和交流负载系统。,光伏发电系统附属设备 光伏发电系统的附属设施包括直流汇流(配线)系统、交流配电系统、运行监控和检测系统、防雷和接地系统等。,（4）其他设施,太阳能利用与建筑节能,10,2.太阳能光伏发电过程,3.1独立光伏发电系统,1）无蓄电池的直流光伏发电系统2）有蓄电
5、池的直流光伏发电系统3）交流及交、直流混合光伏发电系统4）市电互补光伏发电系统,独立光伏发电系统组成 1光伏组件 2汇流箱 3蓄电池4逆变器 5负载,太阳能利用与建筑节能,11,3.太阳能光电系统的分类及应用,无蓄电池的直流光伏发电系统,有蓄电池的直流光伏发电系统,太阳能利用与建筑节能,12,3.太阳能光电系统的分类及应用,交流及交、直流混合光伏发电系统,市电互补光伏发电系统,太阳能利用与建筑节能,13,3.太阳能光电系统的分类及应用,3.2并网光伏发电系统,直、交流型并网光伏发电系统,逆流型并网光伏发电系统,太阳能利用与建筑节能,14,3.太阳能光电系统的分类及应用,无逆流型并网光伏发电系统
6、,切换型并网光伏发电系统,太阳能利用与建筑节能,15,3.太阳能光电系统的分类及应用,有储能装置的双向并网光伏发电系统,太阳能利用与建筑节能,16,3.太阳能光电系统的分类及应用,风力/光伏混合发电系统原理,太阳能利用与建筑节能,17,3.太阳能光电系统的分类及应用,3.3太阳能光伏发电技术的应用,太阳能利用与建筑节能,18,3.太阳能光电系统的分类及应用,4.1太阳能光电系统设计原则,光伏发电系统的设计包括两个方面:容量设计和硬件设计,光伏发电系统容量设计的主要目的就是要计算出光伏发电系统在全年能够可靠工作所需的太阳能电池组件和蓄电池的数量。 光伏发电系统硬件设计的主要目的是根据实际情况选择
7、合适的硬件设备,太阳能利用与建筑节能,19,4.太阳能光电系统的设计计算,4.2负载情况分析,从全年使用时间上来区分,又可分为均衡性负载、季节性负载和随机性负载等.,均衡性负载计算 列出各种用电负载的耗电功率、工作电压及平均每天使用时数,还要计入系统的辅助设备,如控制器、逆变器等的耗电量。选择蓄电池工作电压U,算出负载平均日耗电量QL(Ah/d)。并指定蓄电池维持天数n(通常取37天)。,太阳能利用与建筑节能,20,4.太阳能光电系统的设计计算,4.2负载情况分析,季节性负载计算 这类系统的负载耗电量随着季节而变化,不能当作均衡负载处理,如为太阳能冰箱供电时,夏天的耗电量较大。特殊要求负载计算
8、 衡量供电系统的可靠性通常可用负载缺电率(Loss of Load Probability, LOLP)来表示,LOLP的定义为 LOLP=全年停电时间/全年时间LOLP值在01之间,数值越小,供电可靠程度越高。,太阳能利用与建筑节能,21,4.太阳能光电系统的设计计算,4.3光伏板方位角与倾斜角的确定,(1)方位角 在偏离正南(北半球)30时,方阵的发电量将减少约10%15%; 在偏离正南(北半球)60时,方阵的发电量将减少约20%30%。 但是,在晴朗的夏天,太阳辐射最强时刻是在中午稍后,因此方阵的方位稍微向西偏一些,在午后时刻可获得最大发电功率。,方位角=一天中负荷的峰值时刻(24h)-
9、1215+(经度-116),太阳能利用与建筑节能,22,4.太阳能光电系统的设计计算,4.3光伏板方位角与倾斜角的确定,（2）倾斜角 一般取当地纬度或者当地纬度加上几度作为当地太阳能电池组件安装的倾斜角。或采用计算机辅助设计软件进行太阳能电池倾斜角的优化计算,使两者能够兼顾,对于高纬度地区尤为重要。,如果没有条件对倾斜角进行计算机优化设计,也可以根据当地纬度粗略确定太阳能电池的倾斜角:1)纬度为025时,倾斜角等于纬度。2)纬度为2640时,倾斜角等于纬度加上510。3)纬度为4155时,倾斜角等于纬度加上1015。4)纬度为55以上时,倾斜角等于纬度加上1520。,太阳能利用与建筑节能,23
10、,4.太阳能光电系统的设计计算,4.4光伏系统总功率的概算,太阳能光伏阵列尺寸估算：(1)确定单块光伏板的性能(2)光伏阵列尺寸的计算(3)串联数的确定(4)并联数的确定,太阳能电池板的电气特性：(1)太阳能电池板的基本电气特性(2)太阳能电池板的串、并联电气特性(3)影响太阳能电池板能量输出的参数,太阳能利用与建筑节能,24,4.太阳能光电系统的设计计算,4.4光伏系统总功率的概算,光伏阵列的主要性能指标,太阳能利用与建筑节能,25,4.太阳能光电系统的设计计算,4.5光伏并网接入设计,并网光伏系统设计的大致步骤： (1)掌握基本数据 (2)现场勘查 (3)选择合适的并网逆变器 (4)确定光
11、伏系统并网方式 (5)决定太阳能电池组件的串、并联数目 (6)计算太阳能电池方阵的最佳倾角 (7)进行工程现场总体设计,确定方阵布局 (8)确定辅助设备的配置及型号 (9)估算光伏发电站的发电量,光伏电站等级： 1)小型光伏电站接入电压等级为0.4kV低压电网的光伏电站。 2)中型光伏电站接入电压等级为1035kV电网的光伏电站。 3)大型光伏电站接入电压等级为66kV及以上电网的光伏电站。,光伏系统的并网类型： (1)单机并网(2)多支路并网 (3)并联并网,太阳能利用与建筑节能,26,4.太阳能光电系统的设计计算,思考题,简述太阳能光伏发电系统的主要组成部件及其工作原理。 简要说明太阳能电池的原理和结构,太阳能电池的分类。 什么叫逆变?太阳能光伏发电系统中为什么要使用光伏逆变器? 什么是独立光伏发电系统和并网光伏发电系统?试用简图画出这两种系统的能量传送过程。 太阳能光伏并网接入设计的主要步骤有哪些?,太阳能利用与建筑节能,27,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,Thank You !,太阳能利用与建筑节能 Utilization of solar energy and building energy conservation,
