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1、第七章 光伏并网发电系统设备选型,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,2019/6/19,2,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,一、光伏电池,2019/6/19,3,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,2019/6/19,4,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,1. 等效电路 E光伏电池受到光照时产生的光生电动势； D表示一个理想二极管，相当于半导体P-N结。 V负载RL上的端电压。 RS串联电阻，包括电池栅线电极本身所具有的电阻，基体材料电阻，产生电子、空穴对时的横向电阻以及上、下电极与基体材料的接触电阻等，总共不大于1。 Rsh并联电阻，包括P-N结内漏电阻、电池边沿漏电
2、阻等旁路电阻，约为几千欧姆。,2019/6/19,5,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,输出特性,负载特性,2. 理想特性曲线,2019/6/19,6,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,光照强度特性,2019/6/19,7,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,温度特性,2019/6/19,8,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,发电输出功率特征,2019/6/19,9,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,功率衰减,2019/6/19,10,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,3. 数学模型 IL光电流（A）； I0反向饱和电流（A）； q电子电荷（1.610-19C
3、）； K玻尔兹曼常数（1.3810-23J/K）； T绝对温度（K）； APN结理想因子； RS串联电阻（）； Rsh并联电阻（）。,2019/6/19,11,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,二、技术参数 （1）输出电压指把光伏电池置于100mW/cm2的光源照射下，且光伏电池输出两端开路时所测得的输出电压值。 （2） 开路电压Uoc：正负极间为开路状态时的电压。开路电压与入射光辐照度的对数成正比，与环境温度成反比。与电池面积的大小无关。 （3）峰值电压：也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指光伏电池片输出最大功率时的工作电压。组件的峰值电压随电池片串联数量的增减而变化。最大输出
4、工作电压Upm：输出功率最大时的工作电压。 （4）短路电流Isc：正负极间为短路状态时流过的电流。指将光伏电池在标准光源的照射下，在输出短路时流过光伏电池两端的电流。,2019/6/19,12,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,（5）峰值电流Ipm：也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指光伏光伏组件输出最大功率时的工作电流。 （6）峰值功率Pmax：也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指光伏光伏组件在正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积。 最大输出功率Pmax=最大输出工作电压Upm最大输出工作电流Ipm 光伏光伏组件的峰值功率条件：辐照度100
5、0W/m2、光谱AM1.5、测试温度25。,2019/6/19,13,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,（7） 转换效率：指在光照下的光伏电池所产生的最大输出电功率与入射到该电池受光几何面积上全部光辐射功率的百分比。 Pin太阳能光入射功率，W； Pm最大输出功率，W。 （8）填充因子：是指光伏光伏组件的最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值。光伏光伏组件的填充因子系数一般在0.50.8之间。 （9） 额定工作温度Tn：太阳电阻组件在辐照度为800W/m2、环境温度20、风速为1m/s的环境条件下，太阳电池的工作温度。,2019/6/19,14,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,三
6、、电池种类 1. 按结构分类 （1）同质结光伏电池。光伏电池在晶体硅硅片的正面或背面采用扩散法形成所述的以P-N结、PP、PP、NN或NN浓度结形成的同质结。 （2）异质结光伏电池。用型硅做衬底，采用氢化非晶硅或氢化微晶硅作为发射层和缓冲层的光伏电池。,2. 按材料分类,2019/6/19,15,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,2019/6/19,16,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,四、选型 1. 应用等级 （1）A级：公众可接近的、危险电压、危险功率条件下应用。 A级组件可用于公众可能接触的、大于直流50V或240W以上的系统。 （2）B级：限制接近的、危险电压、危险功率条
7、件下应用。 B级组件可用于以围栏、特定区划或其他措施限制公众接近的系统。 （3）C级：限定电压、限定功率条件下应用。 C级组件只能用于公众有可能接触的、低于直流50V和240W的系统。 2. 耐火等级 耐火等级范围从C 级（最低耐火等级）到B 级到A 级（最高耐火等级）。最低耐火等级C 级是建筑用组件所必须的。,2019/6/19,17,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,3. 特性,2019/6/19,18,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,技术性能比较,2019/6/19,19,北京建筑大学 李英姿,第一节 光伏电池,4. 外观要求 （1）开裂、弯曲、不规整或损伤的外表面。 （2
8、）破碎的单体电池。 （3）有裂纹的单体电池。 （4）互联线或接头有毛病。 （5）电池互相接触或与边框相接触。 （6）密封材料失效。 在组件的边框和电池之间形成连续通道的气泡或脱层： （1）在塑料材料表面有粘污物。 （2）引线端失效，带电部件外露。 （3）可能影响组件性能的其他任何情况。,5. 核心指标 （1）玻璃-EVA剥离强度：20N/cm。 （2）电池电极及背场的剥离强度。 （3）TPT-电池的剥离强度：20N/cm。 （4）TPT层间剥离强度：4N/cm。 （5）铝边框的强度。 （6）承压：5400Pa。,2019/6/19,20,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,一、功能
9、1. 自动运行和停机功能 （1）自动运行。 （2）运行。 （3）停机。,2019/6/19,21,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,2. 最大功率跟踪（MPPT）控制功能 （1）最大功率最佳工作点 （2）最大功率跟踪控制 （3）光伏电池的特性曲线,2019/6/19,22,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,3. 低电压穿越（LVRT）功能 （1）低电压穿越功能 （2）基于储能设备的解决方案 （3）基于无功补偿设备的低电压穿越实现解决方案,2019/6/19,23,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,4. 孤岛监测功能,2019/6/19,24,北京建筑大学 李
10、英姿,第二节 光伏并网逆变器,二、分类 1. 按输出交流相位数分 （1）单相逆变器。 （2）三相逆变器。 （3）多相逆变器。 2. 按安装环境分 （1）户内型。 （2）户外型。 3. 按可实现的功率流向分 （1）可逆流型。 （2）不可逆流型。,4. 按电气隔离情况分 （1）隔离型。 （2）非隔离型。 5. 按照可接入电网电压等级分 （1）低压型（1kV及以下）。 （2）中高压型（1kV以上）。 6. 按电磁辐射的限值分 （1）A型逆变器。指非家用和不直接连接到低压供电网的所有设施中使用的逆变器。 （2）B型逆变器。包括家庭在内的所有场合，以及直接与低压供电网连接的设施。,2019/6/19,2
11、5,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,7. 输出相数分类 （1）单相逆变器单元 0.5、1.5、2.5、3、5、6、7、8、9kW。 （2）三相逆变器单元 10、30、50、100、250、500、1000kW。 8. 按应用范围分 （1）普通型逆变器。 （2）逆变/充电一体机。 （3）专用逆变器。,9. 按应用场合分 （1）电站型逆变器。301000kW。主要应用于大型商业屋顶、工业厂房和大型地面光伏电站。 （2）组串型逆变器。130kW时，主要应用于住宅型屋顶和一些小型商业屋顶。200500W时，主要应用在幕墙、窗台、小型屋顶上面。 （3）微逆变器。350W,2019/6/19
12、,26,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,三、电路 1. 电路结构,2019/6/19,27,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,MPPT控制,2019/6/19,28,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,2. 三相逆变器电路,2019/6/19,29,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,四、使用条件 1. 环境条件 （1）使用环境温度：户内型为-20+40，户外型为-25+60（无阳光直射）；相对湿度不大于90%，无凝露。 （2）海拔高度不大于1000m；当海拔高度大于1000m时，应按规定降额使用。 （3）无剧烈振动冲击，垂直倾斜度5。 （4）工作
13、环境应无导电爆炸尘埃，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体和蒸汽。,2. 电网条件 （1）公用电网谐波电压。电压总谐波畸变率不大于5%，奇次谐波电压含有率不大于4%，偶次谐波电压含有率不大于2%。 （2）三相电压不平衡度。允许值为2%，短时不大于4%。 （3）交流输出端口。20kV 及以下三相电压的允许偏差为额定电压的10%，220V 单相电压的允许偏差为额定电压的-15%、+10%。 （4）公用电网的频率。频率偏差不超过0.5Hz。,2019/6/19,30,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,五、技术参数 1. 额定参数,2019/6/19,31,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变
14、器,2. 转换效率 在规定的测量周期时间TM内，交流端口输出的能量与在直流端口输入的能量的比 PAC(t)逆变器在交流端口输出功率的瞬时值，kW； PDC(t)逆变器在直流端口输入功率的瞬时值，kW。 无变压器型逆变器最大转换效率应不低于96%，含变压器型逆变器最大转换效率应不低于94%。,3. 总效率 在规定的测量周期时间TM内，逆变器在交流端口输出的能量与理论上PV 模拟器在该段时间内提供的电能的比值。 逆变器的输出功率大于等于额定功率的75%时，效率应大于等于80%。 逆变器的最高效率98.6%，欧洲效率97.5，MPPT效率达99.9%。 4. 并网电流谐波 逆变器应具有滤除自身谐波的
15、功能。,2019/6/19,32,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,5. 功率因数 输出大于其额定功率的50%时，功率因数应不小于0.98（超前或滞后），20%50%之间时，功率因数应不小于0.95（超前或滞后）。 Pout逆变器输出总有功功率； Qout逆变器输出总无功功率。 6. 输出电压稳定度 电压调整率应3%，负载调整率应6%。,7. 直流分量 不超过其输出电流额定值的0.5%或5mA，取二者中较大值。 8 电压不平衡度 公共连接点的负序电压不平衡度应不超过2%，短时不得超过4%；逆变器引起的负序电压不平衡度不超过1.3%，短时不超过2.6%。 9. 噪声 正常运行时噪声应
16、不超过80dB，小型逆变器的噪声应不超过65dB。,2019/6/19,33,北京建筑大学 李英姿,第二节 光伏并网逆变器,六、选型 1. 选型要点 （1）逆变效率。 （2）MPPT的电压范围。 （3）MPPT的跟踪组数。 （4）最大直流电压。 （5）海拔高度。 （6）工作温度。 2. 技术参数 3. 类型 集中、集成、组串、组件等方式选择。 4. 功率 串并联设计的容量匹配选择。,5. 抗容性和感性负载冲击的能力 对一般电感性负载，在起动时，其瞬时功率可能是其额定功率的56倍。 6. 过载能力 当输入电压与输出功率为额定值，环境温度为25时，逆变器连续可靠工作时间应不低于4h； 当输入电压为额定值，输出功率为额定值的125时，逆变器安全工作时间应不低于1min； 当输入电压为额定值，输出功率为额定值的150时，逆变器安全工作时间应不低于10s。,2019/6/19,34,北京建筑大学 李英姿,第三节 汇流装置,传统型（晶硅组件系列）,封胶密
