电力电子技术在光伏发电中的应用及原理电子教案.ppt

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1、电力电子技术在光伏发电中的应用及原理1、光伏发电的现状及发展现今世界能源结构正在发生巨大的变革。以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构将逐步转变为以资源无限，清洁干净的可再生能源为主的多样性，复合型的能源结构。太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。随着太阳能光伏发电应用的发展，太阳能光伏发电已经不再只是作为偏远无电地区的能源供应，而是向逐渐取代常规能源的方向发展。在国外，并网发电逐渐成为太阳能光伏发电的主要应用领域，太阳能光伏产业已经逐渐形

2、成，并持续高速发展。1、光伏发电的现状及发展1.1国外光伏发电的发展目前国外并网逆变器技术发展十分迅速。目前的研究主要集中在svpwm技术、数字锁相控制技术、数字dsp控制技术、最大功率点跟踪和孤岛检出技术，以及综合考虑以上方面的系统总体设计等。国外的有些并网逆变器还设计同时具有独立运行和并网运行功能。其光伏市场市场占有率快速增长。最近几年，全球的光伏总装机容量更是以指数的形式攀升。2001年-2010年全球光伏发电装机容量1、光伏发电的现状及发展2008年全球光伏并网系统装机总容量约5.8GW；根据最新

3、的市场数据，2009年全球光伏系统装机总容量（并网+离网）约为6.43GW。尽管全球的光伏发电总装机容量大幅攀升，但这些数据主要是通过发达国家支撑起来的，他们在全球光伏装机容量中占有很大的比例2009年全球主要光伏市场分布图从图中可以看出仅德国一国就占了全球装机容量一半以上。而我国的装机量所占的比重还很少。1、光伏发电的现状及发展1.2我国光伏发电的现状根据中国电力科学院预测，我国电力供应缺口在2010年和2020年分别为3700万千瓦和1亿千瓦发展可再生能源是未来能源发展的必由之路.尽管我国光伏装机容量

4、不大，但近几年也是紧跟国际形势，发展异常迅速。历年装机和累计装机情况1、光伏发电的现状及发展目前国内太阳能光伏应用仍以独立供电系统为主，但并网系统近年来也是异军突起。1、光伏发电的现状及发展我国的太阳能光伏发电与欧洲等国家以“分散开发、低电压就地接入”的发展方式不同，呈现出“以大规模集中开发、中高压接入”与“分散发低电压就地接入”并举的发展特征。最近三年每年安装量都超过百分之百，但我们不得不承认，由于基数小，总量远低于日本，欧洲和美国等国。2、光伏发电的基本原理光伏发电主要是以半导体材料为基础，利用光照产

5、生电子-空穴对，在PN结上可以产生光电流和光电压的现象（光伏效应），从而实现太阳能光电转换的目的。太阳能电池的基本工作原理是光电效应。3、太阳能光伏系统的组成和应用太阳能光伏电池所发出的电能是随太阳光辐照度、环境温度、负载等变化而变化的不稳定直流电,是难以满足用电负载对电源品质要求的“粗电”,为此需要应用电力电子变流技术对其进行直流-直流(DC-DC)或直流-交流(DC-AC)变换,以获得稳定的高品质直流电或交流电供给负载或电网3、太阳能光伏系统的组成和应用独立供电的太阳能光伏系统的结构框图一般如图a所示

6、。整个光伏系统由太阳能电池、蓄电池、负载和控制器组成。系统各部分容量的选取配合，需要综合考虑成本、效率和可靠性。在与负载容量配合时，应该考虑到连续阴天的情况，对系统容量留出一定裕度。与独立供电的光伏系统相比，并网系统一般都没有储能环节，直接由并网逆变器接太阳能电池和电网，如图b所示。并网逆变器的基本功能是相同的。那就是，在太阳能电池输出较大范围内变化时，能始终以尽可能高的效率将太阳能电池输出的低压直流电转化成与电网匹配的交流电流送入电网。太阳能电池输出的大范围变动，主要原因是白天日照强度的变化，范围在20

7、0w/m2到1000w/m2之间。典型光伏发电系统基本结构3、太阳能光伏系统的组成和应用农村电气化光伏应用(村落电站、户用电源、光伏水泵等）3、太阳能光伏系统的组成和应用通信和工业应用(通信、铁路、气象、阴极保护、航标等）3、太阳能光伏系统的组成和应用光伏产品和商品(太阳能路灯、草坪灯、交通信号灯、太阳能电车、广告牌、电子产品等）4、光伏直流变换电路光伏直流变换电路的主要功能是：实现“最大功率点跟踪(MPPT)”。即：随着天气(辐照度、温度)变化,实时调整负载的伏安特性使其相交于光伏电池伏安特性的最大功率

8、输出点处,降低负载失配功率损失。光伏电池是一种输出特性迥异于常规电源的直流电源,对电压接受型负载(如蓄电池)、电流接受型(如永磁直流电动机)、纯阻性负载3种不同类型的负载,其匹配特性也迥然相异。光伏直流变换电路主要有脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)两种方法,其中,PWM为常用控制方法。光伏直流变换器主电路分直接变换(直流斩波器,无变压器隔离)和间接变换(开关电源型DC/DC变换器,有变压器隔离)两大类，如下。4、