光伏发电原理.doc

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1、光伏发电原理1.光伏发电系统组成及运行方式1.1离网型光伏发电系统的组成一般来说，离网型太阳能光伏发电系统由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、逆变器等部分组成。1.1.1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2cm×2cm到15cm×15cm不等，单体工作电压为0.45-0.5V，工作电流为20-25mA/cm2。太阳能组件是将太阳能电池单体进行串并联封装后形成的，其功率一般为几瓦、几十瓦、可以单独使用。当应用领域需要较高的电压电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件连成太阳能电池方阵，以获得需要的电压电流。单

2、体组件阵列1.1.2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，其单向导通作用，一般选用合适的整流二极管即可。1.1.3蓄电池组蓄电池的作用是储存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并随时向负载放电。对其的基本要求有：（1）自放电率低（2）使用寿命长（3）深放电能力强（4）充电效率高（5）少维护或免维护（6）工作温度范围宽（7）价格低廉。目前我国与太阳能系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池。1.1.4控制器光伏发电系统的核心

3、部件之一，其一般具备如下功能：（1）信号检测检测光伏发电系统各装置和各单元的状况与参数，检测的物理量有输入电压、充电电流、输出电压、输出电流以及蓄电池温升。（2）最优充电控制根据当前太阳能资源情况和电池状态确定最佳充电方式，实现高效快速的充电。（3）蓄电池放电管理对蓄电池放电过程进行管理，如负载控制自动开关机，实现软启动、防止负载接入时蓄电池端电压压降而导致的错误保护。（4）设备保护控制系统中因逆变器故障而出现的过电压和负载短路引起的过电流。（5）运行状态指示通过指示灯、显示器等方式指示光伏系统的运行状态和故障信息。1.1.5逆变器逆

4、变器是将直流电转换为交流电的设备，由于太阳能电池方阵和蓄电池组发出的是直流电，而当负载是交流负载时，逆变器是不可缺少的。逆变器按运行方式可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能发电系统，将发出的电馈入电网。逆变器按输出波形可分方波逆变器和正弦逆变器，方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求的系统，正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。1.1.6测量设备对于小型的太阳能发电系统，只要求简单的测量，如蓄电池电压和充放

5、电电流。对于中大型太阳能光伏电站，往往还要测量太阳辐射、环境气温、充放电电量等。1.2联网型光伏发电系统的组成联网型太阳能光伏发电系统可分为集中式大型联网光伏系统（大型联网光伏电站）和分散式小型联网光伏系统（住宅联网型光伏系统）两类。大型联网光伏电站所发电能直接输送到电网上，由电网统一调配向用户供电，但建设投资大，建设周期长，控制配电复杂，占用大片土地，发电成本高，发展较慢。住宅联网型光伏系统所发的电能直接分配到住宅的用电负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节。1.2.1太阳能电池方阵太阳能电池方阵是联网型光伏系统的主要部件，有其

6、将接收到的太阳光能直接转换为电能，其单体同离网型太阳能电池单体相同。住宅联网型光伏系统的突出特点是与建筑相结合，按结合方式可分为建筑与光伏系统相结合（BAPV）和建筑和光伏组件相结合（BIPV）两种型式。BAPV是光伏与建筑相结合的第一步，是将现成的平板式光伏组件安装在建筑物的屋顶等处。BIPV是光伏与建筑相结合的进一步目标，是将光伏器件和建筑材料集成化，把屋顶、向阳外墙、遮阳板甚至窗户的材料用光伏器件来代替，既能作为建筑材料和装饰材料，又能发电，使光伏系统的造价降低，发电成本下降。1.2.2联网逆变器联网逆变器是联网型光伏系统的核心

7、部件和技术关键，联网逆变器于独立逆变器的不同之处在于它不仅可将太阳能电池方阵发出的直流电转换为交流电，并且还可以对转换的交流电的频率、电压、电流、相位、有功与无功、同步、电能品质等进行控制。联网逆变器包括三部分（1）逆变系统其功能是采用大功率晶体管将直流高速切割，并转换为交流。(2)控制部分有电子回路组成，作用是控制逆变部分（3）保护部分有电子回路组成，作用是在逆变器内部故障时保护设备。2.太阳能电池2.1半导体基础知识2.1.1本征半导体完全纯净的具有晶体结构的半导体，用的最多的是硅和鍺，它们各有四个价电子，都是四价元素。硅的微观结

8、构图2.1.2N型半导体和P型半导体N型半导体是在硅和鍺中掺入少量磷，磷原子参加共价键结构只需四个价电子，多余的一个价电子很容易挣脱磷原子核的束缚成为自由电子。P型半导体是在硅和鍺晶体中掺入少量硼（或其他三价元素），每个