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第9章 太阳能光伏通信电源 1 一、太阳能光伏通信电源系统的组成及工作原理 二、太阳能电池的特性及主要参数 三、太阳能电池组件 四、储能单元(蓄电池) 五、风-光互补型发电系统 本章内容提要 2 一、太阳能光伏通信电源系统的组成 v 光伏阵列、光伏控制器、蓄电池、直流配电设备、转换器 (DC/DC,DC/AC,AC/DC)、柴油发电机、风电控制 器等组成。 3 v 太阳能光伏阵列:为直流通信设备、机房交流用电设备、 储能蓄电池供电的重要光电转换部件。 v 光伏控制器:是电源系统中重要的控制单元,具有蓄电池 充、放电管理功能,保护功能及必要的告警功能。 v 蓄电池:储能设备。 一、太阳能光伏通信电源系统的工作原理 4 二、太阳能电池的特性及主要参数 n太阳能利用的巨大潜力 我国太阳能资源丰富,陆地每年接受的太阳辐射能 ,相当于1.7万亿tce,2/3国土面积的太阳能总辐射量超 过6000MJ/m2。 n太阳能的主要利用形式 目前,太阳能利用主要有两个途径,即光热和光电 技术。光电技术指的是光伏发电,是根据光生伏特效应原 理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。 光伏发电更高端,前景更好,在太阳能利用上将是主 流,将成为代表太阳能应用最尖端、最先进、最有潜力的 一种技术。 5 1.太阳能电池发电的基本原理 n基本原理 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应 ,即一些半导体材料受到光照时,载流子数量会剧增, 导电能力随之增强,也就是半导体的光敏特性。 根据所用材料的不同,太阳能电池还可分为:硅 太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层 修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类,其 中硅太阳能电池是目前发展最成熟的,在应用中居主导 地位。 二、太阳能电池的特性及主要参数 6 v 当外接负载电阻无穷大时(开路),输出电流为零, 输出电压就是太阳能电池的开路电压Voc。 v 当太阳能电池正负极短路时,短路导线上的光电压为 零,这时输出电流达到最大值,也就是短路电流ISC。 二、太阳能电池的特性及主要参数 2. 太阳能电池的伏安(V-I)特性 7 v 输出功率:太阳能电池的伏安特性曲线上的任何一点,其对应 的电压与电流的乘积。 v 最大功率输出点:特性曲线上MPP点对应的输出功率最大。 v 峰值功率:在规定条件下,及光的辐照强度为1000W/m2,大气 的质量为1.5单位,太阳能电池的温度为25oC时,测量的最大功 率就是太阳能电池的峰值功率,用Wp表示。 二、太阳能电池的特性及主要参数 3. 太阳能电池的峰值功率 最大功率输出点 8 二、太阳能电池的特性及主要参数 4. 太阳能电池的峰值功率 v 不同辐照强度下,太阳能电池的输出特性曲线的变化趋势 如图所示。 v 光照强度的变化将明显影响太阳能的短路电流。随着辐照 强度的降低,短路电流将成比例下降。 v 开路电压值的变化比较小。 ISC Voc 9 三、太阳能电池组件 单体太阳能电池 太阳能电池组件 太阳能电池阵列 (光伏阵列) 单体太阳能电池 太阳能电池组件 10 v 一只100cm2的单体太阳能电池的输出电压一般约为0.5V 左右,短路电流一般为3A,输出功率只有12W。 三、太阳能电池组件 1.单体太阳能电池 11 v 将多个单体太阳能电池通过一定的连接方法(串、并联) 而组合成大功率的太阳能电池组件。 v 连接方法:主要采用串联、并联。也可以串、并联混合连 接方式。 v 太阳能电池组件的封装质量要好,满足防风、防尘、防潮 、防腐蚀等户外工作的要求。 v 目前,国内外制造的太阳能电池组件的输出功率有 10200W,输出电压分别有17.4V,23.4V和26.1V等。 v 太阳能电池组件便于存储、运输,是组成太阳能电池阵列 的基本单元。 三、太阳能电池组件 2.太阳能电池组件 12 v 太阳能电池阵列:由多个太阳能电池组件按系统电压及功 率混合连接而成的具有较高电压(几十伏至几百伏),大 功率(几千瓦至几百千瓦)的太阳能电池系统。 v 输出电压Vs:决定于组件的串联数量Ns及每个组件的输 出电压Vu,即Vs=VuNs。 v 输出电流Is:决定于组件的并联数量Np及每个组件的最大 输出电流Iu,即Is=IuNp。 v 输出功率:Ps=VsIs,即 Ps=VuIuNsNp 等于阵列中 所有组件输出功率之和。 三、太阳能电池组件 3.太阳能电池阵列 13 v 解决方法:在太阳能组件的输出端反向并联一只大功率旁 路二极管。 三、太阳能电池组件 4.太阳能电池阵列的“热斑”效应 v 当大面积的太阳能电池阵列在运行时,当其中某个组件的 光照面受到遮挡时,其内阻将会明显增加,输出电流随之 下降,这将影响阵列的输出电流和输出功率。 v 由于组件的内阻增大,当负载所需要的大电流强行通过被 遮挡的组件时将产生较大的功耗,并全部转换成热量,使 被遮挡的组件温度升高,形成“热斑”效应。 14 三、太阳能电池组件 4.太阳能电池阵列的“热斑”效应 v正常无遮挡时,电池组件内阻较小,输出电流全部流过 组件内部的电池片,二极管中无电流通过。 v当组件受到遮挡或由于其它原因内阻增大或损坏无输出 时,电流不流过这只组件,而使通过与它并联的二极管 ,从而使负载正常工作,同时避免了在阵列中产生局部 的“热斑”效应。 15 一、太阳能光伏通信电源系统的组成及工作原理 二、太阳能电池的特性及主要参数 三、太阳能电池组件 四、储能单元(蓄电池) 五、风-光互补型发电系统 本章内容提要 16 v 太阳能通信电源系统的储能单元一般采用阀控式铅酸密封蓄电池 组成的电池组。 v 太阳能电源系统的蓄电池与在电网供电状态下工作的蓄电池相比 ,工作方式有很大差异: 通信局站内的蓄电池组与高频开关电源以并联浮充方式工作 ,交流电网的可用性越高,则蓄电池单独供电的时间就越短 。例如:交流电网的可用性为99.9%,计算出每年中由蓄电池 单独供电的累积时间只有8.8个小时。 太阳能电源系统中的蓄电池每天工作在充放电循环状态下。 白天,有日照的时间内,光伏阵列以最大电流对蓄电池充电 ,同时还要为通信设备及其他用电设备供电;夜晚,阴天, 没有日照的时间内,蓄电池要为所有用电设备供电一直到第 二天有光照时,蓄电池才得以再充电。 四、储能单元(蓄电池) 1.蓄电池组的类型、特点 17 v 蓄电池组的电压与容量的确定: 取决于通信设备及其他负载的容量 根据所在地区的单位面积年平均日照能量、每天日照 小时数等,考虑不利的气象因素 对一些在较长时间(如几十小时)无日照光照射条件 下能正常工作的电源系统,要求其配备较大容量的蓄 电池组。 四、储能单元(蓄电池) 2.蓄电池组容量的确定 18 v 为了使蓄电池组的电量得到及时足够的补充,对光伏阵列 的输出电流有一定的要求。 v 在有光照的时间内,光伏阵列的输出电流要满足: 一方面,提供所有用电设备的用电; 另一方面,还要有足够的电流对蓄电池组充电。 四、储能单元(蓄电池) 3.对光伏阵列的要求 19 v 在我国的东南沿海和西部(
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