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太阳能光伏发电技术及其应用太阳能光伏发电技术及其应用姚建曦姚建曦2太阳能光伏发电工作原理、运行方式太阳能光伏发电工作原理、运行方式及系统组成及系统组成31.1.太阳能光伏发电的运行方式太阳能光伏发电的运行方式4一、太阳能光伏发电的运行方式一、太阳能光伏发电的运行方式11）按供电类型分：）按供电类型分：■直流供电系统直流供电系统■交直流供电系统交直流供电系统22）按供电特点分：）按供电特点分：■独立光伏发电系统独立光伏发电系统■并网光伏发电系统并网光伏发电系统5葡萄牙南部阿马雷莱雅拍摄的莫拉太阳能发电厂安装的太阳能电池板葡萄牙南部阿马雷莱雅拍摄的莫拉太阳能发电厂安装的太阳能电池板。。6直流供电系统直流供电系统7交直流供电系统交直流供电系统8独立光伏发电系统独立光伏发电系统■独立光伏发电系统：独立光伏发电系统：是未与公共网相联接的太阳能光伏发是未与公共网相联接的太阳能光伏发电系统，仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统或主要电系统，仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统或主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系统，在必要时可以由油依靠太阳能电池供电的光伏发电系统，在必要时可以由油机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。■从电力系统来说，从电力系统来说，kWkW级以上的独立光伏发电系统也称为级以上的独立光伏发电系统也称为离离网型光伏发电系统网型光伏发电系统。。一、太阳能光伏发电的运行方式一、太阳能光伏发电的运行方式9并网光伏发电系统并网光伏发电系统■并网光伏发电系统：并网光伏发电系统：与公共电网相联接的太阳能光伏发电与公共电网相联接的太阳能光伏发电系统。系统。■它是太阳能光伏发电进入大规模商业发电阶段，成为电力它是太阳能光伏发电进入大规模商业发电阶段，成为电力工业组成部分之一的重要方向，是当今世界太阳能光伏发工业组成部分之一的重要方向，是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。电技术发展的主流趋势。一、太阳能光伏发电的运行方式一、太阳能光伏发电的运行方式102.2.太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统的组成11二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成11、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统➢根据用电负载的特点根据用电负载的特点直流系统直流系统交流系统交流系统交直流系统交直流系统最大区别是系统中是否带有逆变器最大区别是系统中是否带有逆变器12(a)(a)直流光伏系统直流光伏系统控制器控制器太阳能太阳能电池电池方阵方阵蓄电池蓄电池组组直流直流负载负载防反充二极管防反充二极管二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成13(b)(b)交流光伏系统交流光伏系统控制器控制器太阳能太阳能电池电池方阵方阵蓄电池蓄电池组组交流交流负载负载防反充二极管防反充二极管DC-ACDC-AC逆变器逆变器二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成14(c)(c)交直流光伏系统交直流光伏系统太阳能太阳能电池电池方阵方阵蓄电池蓄电池组组交流交流负载负载防反充二极管防反充二极管DC-ACDC-AC逆变器逆变器直流直流负载负载kk11kk22控制器控制器二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成15控制器控制器太阳能太阳能电池方阵电池方阵蓄电池组蓄电池组交流负载交流负载逆变器逆变器气象条件气象条件过充电过充电放电器放电器后备能源后备能源(d)(d)有后备能源和放电器的光伏系统有后备能源和放电器的光伏系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成161.11.1太阳能电池方阵太阳能电池方阵太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为2cm2cm××2cm2cm到到15cm15cm××15cm15cm不等。不等。太阳能电池单体的工作电压约为太阳能电池单体的工作电压约为0.45~0.5V,0.45~0.5V,工作电流约为工作电流约为2020～～25mA/cm25mA/cm22,,一般不能单独作为电源使用一般不能单独作为电源使用。。将太阳能电池单体进行串并联并封装后将太阳能电池单体进行串并联并封装后，，就成为太阳能电池组件就成为太阳能电池组件，，其功其功率一般为几瓦至几十瓦率一般为几瓦至几十瓦、、百余瓦百余瓦，，是可以单独作为电源使用的最小单元是可以单独作为电源使用的最小单元。。11、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成171.11.1太阳能电池方阵太阳能电池方阵太阳能电池组件再经过串并联并装在支架上太阳能电池组件再经过串并联并装在支架上，，就构成了太阳能电池方阵就构成了太阳能电池方阵，，可以满足负载所要求的输出功率可以满足负载所要求的输出功率。。单体单体组件组件方阵方阵11、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成181.11.1太阳能电池方阵太阳能电池方阵一个太阳能电池只能产生大约一个太阳能电池只能产生大约0.45V0.45V电压，远低于实际应用所需要的电压电压，远低于实际应用所需要的电压将太阳能电池通过导线连接成组件，一个组件上，太阳能电池的标准数将太阳能电池通过导线连接成组件，一个组件上，太阳能电池的标准数量是量是3636个或个或4040个（个（10cm10cm××10cm10cm），这意味着一个太阳能电池能产生），这意味着一个太阳能电池能产生16V16V的电压，正好能为一个额定电压为的电压，正好能为一个额定电压为12V12V的蓄电池进行有效地充电。的蓄电池进行有效地充电。当需要更高的电压和电流而单个组件不能满足要求时 当需要更高的电压和电流而单个组件不能满足要求时， ，可以把多个组件组 可以把多个组件组 成太阳能电池方阵 成太阳能电池方阵， ，以获得所需的电压和电流 以获得所需的电压和电流。 。 1 1、独立太阳能光伏发电系统 、独立太阳能光伏发电系统 二、太阳能光伏发电系统的组成 二、太阳能光伏发电系统的组成 19 1.2 1.2 防反充二极管 防反充二极管 又称阻塞二极管。其作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和 又称阻塞二极管。其作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和 夜晚不发电时或出现短路故障时，蓄电池组通过太阳能电池方阵 夜晚不发电时或出现短路故障时，蓄电池组通过太阳能电池方阵 放电。它串联在太阳能电池方阵电路中，起单向导通的作用。要 放电。它串联在太阳能电池方阵电路中，起单向导通的作用。要 求其能承受足够大的电流，而且正向电压降要小，反向饱和电流 求其能承受足够大的电流，而且正向电压降要小，反向饱和电流 要小。一般可选用合适的整流二极管。 要小。一般可选用合适的整流二极管。 1 1、独立太阳能光伏发电系统 、独立太阳能光伏发电系统 二、太阳能光伏发电系统的组成 二、太阳能光伏发电系统的组成 20 1.3 1.3 蓄电池组 蓄电池组 其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出的电能并可随时向 其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出的电能并可随时向 负载供电。 负载供电。 基本要求： 基本要求： ① ①自放电率低 自放电率低 ② ②使用寿命长 使用寿命长 ③ ③深放电能力强 深放电能力强 ④ ④充电效率高 充电效率高 ⑤ ⑤少维护或免维护 少维护或免维护 ⑥ ⑥工作温度范围宽 工作温度范围宽 ⑦ ⑦价格低廉 价格低廉 1 1、独立太阳能光伏发电系统 、独立太阳能光伏发电系统 二、太阳能光伏发电系统的组成 二、太阳能光伏发电系统的组成 21 1.4 1.4 控制器 控制器 蓄电池，尤其是铅酸蓄电池，需要在充电和放电过程中加以控制，频 蓄电池，尤其是铅酸蓄电池，需要在充电和放电过程中加以控制，频 繁地过充电和过放电都会影响蓄电池的使用寿命。过充电会使蓄电池 繁地过充电和过放电都会影响蓄电池的使用寿命。过充电会使蓄电池 大量出气（电解水），造成水分散失和活性物质脱落；过放电则容易 大量出气（电解水），造成水分散失和活性物质脱落；过放电则容易 加速栅板的腐蚀和不可逆硫酸化。为了保护蓄电池不受过充电和过放 加速栅板的腐蚀和不可逆硫酸化。为了保护蓄电池不受过充电和过放 电的损害，则必须要有一套控制系统来防止蓄电池的过充电和过放电 电的损害，则必须要有一套控制系统来防止蓄电池的过充电和过放电 ，这套系统称为充放电控制器。其通过检测蓄电池的电压和荷电状态 ，这套系统称为充放电控制器。其通过检测蓄电池的电压和荷电状态 ，判断蓄电池是否已经达到过充点或过放点。并根据检测结果发出继 ，判断蓄电池是否已经达到过充点或过放点。并根据检测结果发出继 续充、放电的指令。 续充、放电的指令。 1 1、独立太阳能光伏发电系统 、独立太阳能光伏发电系统 二、太阳能光伏发电系统的组成 二、太阳能光伏发电系统的组成 22 1.5 1.5 逆变器 逆变器 逆变器是将直流电变换为交流电的设备，逆变器是通过半导体功率开 逆变器是将直流电变换为交流电的设备，逆变器是通过半导体功率开 关的开通和关断作用，把直流电能转变为交流电能的一种变换装置， 关的开通和关断作用，把直流电能转变为交流电能的一种变换装置， 是整流变换的逆过程。 是整流变换的逆过程。 逆变器及逆变技术可按输出波形、输出频率、输出相数等来分类。 逆变器及逆变技术可按输出波形、输出频率、输出相数等来分类。 1 1、独立太阳能光伏发电系统 、独立太阳能光伏发电系统 二、太阳能光伏发电系统的组成 二、太阳能光伏发电系统的组成 23 1.6 1.6 测量设备 测量设备 对于小型太阳能电池发电系统，只要求进行简单的测量，如 对于小型太阳能电池发电系统，只要求进行简单的测量，如蓄电池 蓄电池 电压和充放电电流 电压和充放电电流，测量所用的电压表和电流表一般就装在控制器上 ，测量所用的电压表和电流表一般就装在控制器上 。对于太阳能通信电源系统、管道阴极保护系统等工业电源系统和中 。对于太阳能通信电源系统、管道阴极保护系统等工业电源系统和中 大型太阳能光伏电站，往往要求对更多的参数进行测量，如 大型太阳能光伏电站，往往要求对更多的参数进行测量，如太阳辐射 太阳辐射 、环境温度、充放电电量等 、环境温度、充放电电量等。有时甚至要求具有 。有时甚至要求具有远程数据传输、数据 远程数据传输、数据 打印和遥控功能， 打印和遥控功能，这就要求为太阳能电池发电系统配备数据采集系统 这就要求为太阳能电池发电系统配备数据采集系统 和微机监控系统。 和微机监控系统。 1 1、独立太阳能光伏发电系统 、独立太阳能光伏发电系统 二、太阳能光伏发电系统的组成 二、太阳能光伏发电系统的组成 24 2 2、并网太阳能光伏发电系统 、并网太阳能光伏发电系统 光伏发电系统 光伏发电系统( (以下简称光伏系统 以下简称光伏系统) )的主流发展趋势是 的主流发展趋势是并网光伏发电 并网光伏发电 系统： 系统： ■ 太阳能电池所发的电是直流，必须通过逆变装置变换成交流，再 太阳能电池所发的电是直流，必须通过逆变装置变换成交流，再 同电网的交流电合起来使用，这种形态的光伏系统就是并网光伏 同电网的交流电合起来使用，这种形态的光伏系统就是并网光伏 系统。 系统。 ■ 并网光伏系统可分为： 并网光伏系统可分为：住宅用并网光伏系统 住宅用并网光伏系统和 和集中式并网光伏系 集中式并网光伏系 统 统( (电站 电站) )两大类。 两大类。 ■ 前者的 前者的特点 特点：是光伏系统发的电直接被分配到住宅内的用电负载 ：是光伏系统发的电直接被分配到住宅内的用电负载
