太阳能光伏通信电源.ppt

1,第9章太阳能光伏通信电源,2,一、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,3,一、太阳能光伏通信电源系统的组成,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。,4,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。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。蓄电池：储能设备。,一、太阳能光伏通信电源系统的工作原理,5,二、太阳能电池的特性及主要参数,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。,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。,6,太阳能电池发电的基本原理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,7,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。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,8,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。最大功率输出点：特性曲线上MPP点对应的输出功率最大。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,9,二、太阳能电池的特性及主要参数,4.太阳能电池的峰值功率,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。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。开路电压值的变化比较小。,ISC,Voc,10,三、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,11,一只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,单体太阳能电池,12,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。连接方法：主要采用串联、并联。也可以串、并联混合连接方式。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。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。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,太阳能电池组件,13,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。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。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。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,太阳能电池阵列,14,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,太阳能电池阵列的“热斑”效应,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。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。,15,三、太阳能电池组件,太阳能电池阵列的“热斑”效应,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。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。,16,一、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,17,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。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）,蓄电池组的类型、特点,18,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）,蓄电池组容量的确定,19,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。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）,对光伏阵列的要求,20,在我国的东南沿海和西部（包