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1、太阳能光伏发电技术及应用姓名:袁帅学号：12014424院系：材料科学与工程学院摘要：随着现代工业的发展,全球能源危机和大气污染问题日益突出,太阳能作为理想的可再生能源受到了许多国家的重视。目前太阳能光伏发电技术正在迅速发展,应用的规模和范围也在不断地扩大,已成为当今世界新能源发电领域的一个研究热点。本文在介绍太阳能光伏发电基本原理的基础上,阐述了太阳能光伏发电的相关重要技术,论述了太阳能光伏发电技术的主要应用方式和应用领域,并分析了太阳能光伏发电技术的应用前景。关键词：太阳能、光伏发电、聚光技术、最大功率跟踪随着煤炭、石油等现有化石能源的频频告急和全球变暖等生态环境的恶化,使得
2、人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括太阳能、风能、生物质能、水能、地热能、海洋能等,而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪最有希望大规模应用的清洁能源之一。目前太阳能发电主要有两种形式:一是热发电、二是光伏发电。太阳能光伏发电可直接将太阳光能转换成电能。太阳能光伏发电的原理光伏发电是利用半导体材料光伏效应直接将太阳能转换为电能的一种发电形式。早在1839年,法国科学家贝克勒尔就发现光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”,简称“光伏效应”。光伏发电的基本原理如图所示。半导体材料组成的PN结两侧因多数载流子(
3、N区中的电子和P区中的空穴)向对方的扩散而形成宽度很窄的空间电荷区w,建立自建电场Ei。它对两边多数载流子是势垒,阻挡其继续向对方扩散,但它对两边的少数载流子(N区中的空穴和P区中的电子)却有牵引作用,能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时,少数载流子极少,难以构成电流和输出电能。但是,当太阳光照射到PN结时,如图l(a)、(b)所示,以光子的形式与组成PN结的原子价电子碰撞,产生大量处于非平衡状态的电子-空穴对,其中的光生非平衡少数载流子在内建电场Ei的作用下,将P区中的非平衡电子驱向N区,N区中的非平衡空穴驱向P区,从而使得N区有过剩的电子,P区有过剩的空穴。这样在PN结附近就
4、形成与内建电场方向相反的光生电场Eph。光生电场除一部分抵消内建电场外,还使P型层带正电,N型层带负电,在N区和P区之间的薄层产生光生电动势。当接通外部电路时,就会产生电流,输出电能。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起构成光伏阵列,就会在太阳能作用下输出足够大的电能。太阳能光伏发电技术太阳能光伏发电系统是由光伏电池板、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。光伏电池是太阳能光伏发电系统中基本核心部件,它的大规模应用需要解决两大难题:一是提高光电转换效率;二是降低生产成本。以硅片为基础的第一代光伏电池,其技术虽已经发展成熟,但成本一直高居不下。
5、基于薄膜技术的第二代光伏电池中,很薄的光电材料被铺在非硅材料的衬底上,大大减少了半导体材料的消耗,且易于批量自动化生产,从而大大降低光伏电池的成本。光伏阵列功率输出特性具有非线性特征,并受太阳辐射照度、环境温度和负载情况的影响。为了使太阳能电池在供电系统中充分发挥它的光电转换能力,就需要实时控制光伏电池阵列的工作点以获得最大的功率输出。最大功率跟踪的实现实质上是一个动态寻优的过程,通过对光伏电池阵列当前输出电压与电流的检测,得到当前光伏电池阵列输出功率,再与已被存储的前一时刻功率相比较,舍小取大,再检测,再比较,如此不停地周而复始,便可使光伏电池阵列动态的工作在最大功率点上。这一
6、过程称之为最大功率点跟踪。直接到达地面的太阳能密度很低,其峰值不超过lkW/m2,为了提高太阳能利用效率,可采用聚光光伏技术。一方面将太阳光会聚到面积很小的高性能聚光电池上,提高太阳光辐照能量密度;另一方面用相对便宜的聚光器部分代替昂贵的太阳电池,从而达到降低光伏发电系统成本的目。热光伏聚光器工作原理是:太阳把辐射器加热到高温,完成光热转换;辐射器再发出辐射到太阳电池上,完成光电转换。目前聚光光伏系统还存在一些关键的科学技术问题没有得到完全解决,但各国光伏工作者也在不断地以实验结果验证聚光技术。我国2009年6月的我国自主研发出的“4倍聚光+跟踪”的新型光伏发电技术,具有廉价、轻
7、巧、效率高、抗风强等特点孤岛效应是指:当电网由于电气故障、误操作或停电维修等原因造成中断供电时,各个光伏并网发电系统仍在运行,并向周围的负载供电,而构成一个电力公司无法控制的自给供电的孤岛。孤岛效应检查方法在并网逆变器侧可分为被动式和主动式。被动式检测方法是利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测,该方法适用于负载功率变化不大,且与逆变器的输出不匹配的场合。主动式检测方法是指通过控制逆变器,使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常运行时,由于电网
