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1、本文由天才范贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。（一）光伏发电简介： 光伏发电是利用光生伏打效应，使太阳光辐射能转变成电能的发电方式，是当今太阳光 发电的主流。太阳光发电是无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式，它包括光 伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏效应就是当物体受到光照射时，物 体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。早在1839年，法国物理学 家贝克勒尔意外地发现，用两片金属浸人溶液构成的伏打电池，在受到阳光照射时会产生额 外的伏打电势，他把这种现象称为光生伏打效应。后来有人发现当太阳光或其他光照
2、射半导 体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压，如果使PN结短路，就会产生电 流。人们把能够产生光生伏打效应的器件称为光伏器件。由于半导体PN结器件在阳光下的光 电转换效率最高，所以通常把这类光伏器件称为太阳能电池，也称光电池或太阳电池。太阳 能电池是太阳能光伏发电的核心组件。 1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验 室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，由此诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技 术。近年来太阳能电池的转换效率得到提高，光伏发电技术逐渐成熟。现在比较成熟的光 伏元件是硅元件, 分为晶体硅和非晶体硅。晶体硅目前能规模生产的产品发电效率在13% 一 17
3、%,非晶体硅效率在7%一 10%左右。即lm电池板在lkw太阳能量的照射下，分别产生 130 一 170Wp和70 100Wp的电能（电池板发电能力以Wp来表示，读作“峰瓦”，表示电 池板在标准条件下所产生的电力）。由于晶体硅比非晶体硅的发电效率高, 所以目前市场上 晶体硅太阳电池（包括单晶硅、多晶硅电池）占主导地位。2（二）光伏发电的特点：（1）资源优势能源问题是世界众多焦点问题之首。2006 年全球人口已经突破 65亿，能源需求折合成 发电装机 容量为 14.5TW， 2050 年全世界人口将达到 90 多亿，折合电力装机容量接近 60TW。届时主要靠可再生能源来解决。可是世界上水能资源经
4、济可开发量只有0.9TW；风能 实际可开发资源2TW；生物质能3TW。只有太阳能是唯一能够保证人类能源需求的能量来源， 其潜在资源120000TW,实际可利用资源高达600TW。因此太阳能是替代潜力最大的可再生 能源技术，在未来能源结构占据着十分重要的地位。（2）发电特征 光伏发电时利用太阳电池直接把太阳辐射能转变成电能的一种发电方式，发电过程简单，没有机械转动部件，不消耗燃料和水，不排放包括温室气体等任何其他物质，无噪声、无 污染，与环境友好；太阳能资源分布广泛且取之不尽、用之不竭，受地域影响小；与建筑 结合可节省大量宝贵土地资源；系统安装具有模块性质，拆卸迁移，易于增容；发电可实现 无人值
5、守，维护成本低；发电系统稳定可靠，使用寿命长（30年以上）；制造太阳电池的 硅占地球元素成分的 25.8%，其含量是地球上第二大元素。（3）成本高现有的高转换效率的太阳能电池是在高质量的硅片上制成的，这是制造硅太阳能电池最 费钱的部分。由于我国太阳能产业起步较晚，使得我国高纯度硅的制备技术与国际先进水平 有很大的差距。中国的太阳能电力企业大多从欧洲和日本高价进口晶体硅， 加工制成太阳能 电池后， 再返销回当地。这其中， 占太阳能电池成本70%以上的高纯度硅材料，95%以上都需 要进口。加上国家没有有效的扶持政策，使得太阳能光伏发电的上网电价过低，这进一步影 响了国内太阳能光伏产业的发展。目前，
6、国内主要从事太阳能电池板等低附加值、劳动密集 程度高的生产。而且产品主要用于出口。此外，我国光伏发电的配套技术还不成熟，也是影 响太阳能光伏产业发展的瓶颈。如并网逆变控制产品还没有实现自主研发商业化生产, 产品 可靠性、主要依赖进口独立系统中的蓄电池技术还不过关, 寿命低。（三）光伏发电系统基本结构：DC照明负载太阳能电池板控制器DC DC-AC逆变器AC蓄电池AC其它负载照明负载 其它负载 （1）太阳能电池板 单一的光伏元件的发电量很有限，使用中的太阳能电池板是由很多个光伏元件并联组成。 它们排列成陈列形式，并用钢化玻璃进行封装，可承受冰雹和强风的袭击。太阳能电池板的 使用温度一般为-40+
7、60C，使用寿命为2025年。现在对太阳能电池的研究主要集中在 提高光电转换效率和降低成本上。提高太阳能电池组件的转换率、降低单位功率造价是太阳 能光伏发电产业化的重点和难点。（2）蓄电池蓄电池将太阳能电池板产生的电能储存起来， 当光照不足或晚上，或者负载需求大于太阳能电池板所发的电量时，将存储的电能释放以满 足负载的能量需求，它是太阳能光伏系统的储能部件。（3）控制器控制器对蓄电池的充、 放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池板和蓄电池对负载的电能 输出，包含蓄电池过充、过放、负载过流和防反充等保护电路。它是整个系统的核心控制部 分，保证系统能正常、可靠地工作，延长系统部
8、件的使用寿命。控制器还要保证太阳能发电系 统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。随着光伏产业的发展，控制器的功能 越来越强大，有将传统的控制部分、逆变器以及监测系统集成的趋势。（4）逆变器太阳 能电池组件的直接输出一般都是直流DC12V、DC24V、DC36V、DC48V。为能向AC220V的交流 电 器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC 逆变器。逆变器按激励方式可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变，主要功能是将蓄电池 的直流电逆变成交流电。一般是通过全桥电路，采用处理器经过调制、滤波、升压后，得到 与用电负载频率相同、额定电压匹配的
9、正弦交流电供系统终端用户使用。如要与电网并网运行则还要考 虑与电网的同步，需采用并网运行的逆变器。（四）光伏系统的应用方式：（1）独立系统单一个体本身带有电池板、蓄电池、控制器、用电器等全套配置的系统， 例如太阳能路灯、移动通讯基站、高速公路电话等。该系统的特点是：单一个体是一个独立的系统，即使 某一个体出现故障，不会影响其他个体，且不必架设配电源线路。但要确保每一个体必须能 充分地接收阳光。（2）群控系统有些场合太阳光受到遮挡，不适合设置独立太阳能用电 系统，就需要采用集群控制系统。集群控制系统就是在接收阳光比较好的地点安放一组或多 组太阳能电池板，并设置相应的控制系统，对其它阳光遮蔽处的多
10、个用电器进行供电和控制。 群控系统根据供电范围大小，决定采用何种供电模式。当用电设备距离控制系统较近时可以 直接DC供电；当用电设备距控制系统较远时（大于500m）,低压直流供电的线路损耗将会使 用电设备无法 正常工作，这时应采用交流AC系统，即经过逆变器将直流电DC转变为交流电 AC给用电设备供电。运行经验表明，一般直流DC12V系统供电距离不超过60m, DC24V系统 不超过200m,DC36V系统不超过350m, DC48V系统不超过500m。供电距离超过500m时，采用 交流系统AC供电。（3）并网系统并网系统的特点是太阳能电池板产生的直流电经过并网 逆变器转换成符合市电电网要求的交
11、流电之后直接接入公共电网。由于直接将电能输入到电 网,免除了蓄电池的配置,降低了系统的成本且省掉了蓄电池储能和释放的过程, 充分利用 太阳能电池板所发的电力,减少了能量的损耗。但另一方面,系统中需要配置专用的并网 逆变器, 以保证输出的电能满足电网电力对电压、频率等用电性能指标的要求。因为逆变 器效率的问题,会有部分的能量损失。这种系统能够并行使用市电和太阳能电池板作为本地 交流负载的电源, 降低了整个系统的负载缺电率, 而且并网光伏系统可以对公用电网起 到 调峰作用。但并网光伏系统作为一种分散式发电系统,对传统的集中供电系统的电网会产生一 些不良的影响,如谐波污染、孤岛效应等。（4）光伏发电
12、机混合系统混合系统中除了使 用太阳能电池板发电之外,还使用了柴油发电机作为备用电源,其目的就是为了综合利用各 种发电技术的优点,避免各自的缺点。如光伏系统的优点是维护少,缺点是电能输出依赖于 天气、不稳定。使用这种光柴混合供电系统,可减少对天气的依赖性,降低负载缺电率, 并 实现较好的负载匹配和较高的性价比。（5）光伏并网混合系统随着太阳能光伏产业的发 展, 出现了可以综合利用太阳能电池板、市电和备用油机的并网混合供电系统。这种系统 将控制器和逆变器集成一体化,使用电脑芯片可全面控制整个系统的运行。针对不同的使用 情况,合理调剂利用太阳能、市电、备用油机等各种能源, 达到最佳的工作状态。还可以
13、配备 使用蓄电池, 使其长期处于浮充状态, 进一步提高系统的负载供电保障率。（五）光伏并网发电系统光伏并网发电系统的逆变器输出一路连接到本地负载，另一路经过电表和电网相连。当 太阳能电池阵列的发电量大于本地负载用电量时，电能一部分供给负载使用，剩余的能量流 向电网，实现有回潮并网发电；当太阳能电池的发电量小于负载用电量时，电力不足部分由 电网市电作为补充，这称作 无回潮并网发电；当在夜晚或者阴雨天气时，太阳能电池基本上 不发电，此时负载用电则完全来自于电网。一般地，光伏并网发电系统按照系统的设计要 求可以分为两类:一种是“不可调度式光伏并网发电系统”，这种系统不含有储能环节；另一 种是“可调度
14、式光伏并网发电系统”，这种系统含有储能环节。在不可调度式光伏并网发电 系统中，并网逆变器将光伏阵列产生的直流电能直接转化为和电网电压同频、同相的交流电 能，完全由日照和环境温度等因素来决定并网的时间和并网的功率大小；可调度式光伏并网 系统增加了储能环节，系统首先对储能环节进行充电，然后根据需要将系统用作并网或者经 逆变后独立使用，系统工作时间和并网功率大小可以人为设定。当电网断电或者故障时，逆 变 器自动切断和电网的电气连接，同时可以根据需要选择是否进行独立逆变，用以对本地负 载继续供电光伏并网发电系统虽然已经大规模使用（国外），但仍然有许多技术问题有待解决。特别 是在变流器（包括逆变器和充电
15、器）拓朴结构、控制策略方面的研究。（1）常用变换结构1. 两级逆变结构（无变压器形式）交流电网PV太阳能电池阵列I,U控制器U控制器I U,f, DC-DC变换器DC-AC逆 变器将直流电经过非隔离变化后得到高压直流,再工频逆变得到交流电。不采用变压器进行 输入和输出的隔离,体积小、重量轻、效率高而且系统也不复杂、成本低。但是由于 没有采用变压器实现隔离,存在不安全因素,为了进行保护和防止电磁干扰,要采取许多防 护措施。因此隔离及保护部分的设计是难点。DC 一 DC变换环节主要的工作是将太阳能电 池输出的电压升压并稳压，保证DC 一 AC变换器的输入端有稳定的直流。并且能够一直跟 踪太阳能电池
16、的最大功率点；C 一 AC逆变环节主要是保证输出电流与电网电压同相位，同 时获得单位功率因数。两级分别具有独立的控制目的和控制方法，可以分开设计，使得两 级之间耦合不紧密，因此系统的控制环节易于设计和实现。由于只有一级最大功率点跟踪 环节，整个系统中相当于设置了电压预调整单元，使系统具有较宽的输入范围;同时，前一 级的最大功率点跟踪环节可以使得逆变环节的输入相对稳定，而且输入电压较高，这有利 于提高逆变环节的转换效率。2. 单级逆变结构（工频变压器形式）单级式太阳能并网发电系统中，太阳能电池通过储能电容与DC-AC逆变器相连，少了 DC-DC变换器，通过检测太阳能电池板的输出电压和输出电流，以及逆变器输出的并网电流， 将这些检测信号输入到 控制器中，通过调节并网电流的幅值能够控制太阳能电池的输出功 率，来实现最大功率跟踪和并网发电。变换器先将直流电压逆变成有效值基本不变的工频 交流电，再由工频变压器升压得到220V交流电压。这种电路效率比较高（可
