电力电子技术课题研究(1)---光伏发电

1、电力电子技术课题研究（一）光伏发电一、光伏发电是什么？它的基本原理是什么？（I）光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。（II）光伏发电的基本原理就是“光伏效应”。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。白天采用高能 vcz 晶体发电板和太阳光互感对接和全天候 24 小时接收风能发电互补，通过全自动接收转换柜接收，直接满足所有家电

2、用电需求。并通过国家信息产业化学物理电源产品质量监督检验中心检测合格。光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有 4 个外层电子，如果在纯硅中掺入有 5 个外层电子的原子如磷原子，就成为 N 型半导体；若在纯硅中掺入有 3 个外层电子的原子如硼原子，形成 P 型半导体。当 P 型和 N 型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到 PN 结后，空穴由 P

3、极区往 N 极区移动，电子由 N 极区向 P 极区移动，形成电流。多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成 PN 结。然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。为了将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。二、光伏发电有哪些特点？太阳能光伏发电的过程没有机械转动部件也不消耗燃

4、料，并且不排放包括温室气体在内的任何物质，具有无噪声、无污染的特点；太阳能资源没有地域限制，分布广泛且取之不尽，用之不竭。因此，与其它新型发电技术(风力发电与生物质能发电等)相比，太阳能光伏发电是一种具可持续发展理想特征（最丰富的资源和最洁净的发电过程）的可再生能源发电技术，其主要优点有以下几点。1、太阳能资源取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前消耗的能量大 6000 倍。而且太阳能在地球上分布广泛，只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统，不受地域、海拔等因素的限制。2、太阳能资源随处可得，可就近供电。不必长距离输送，避免了长距离输电线路所造成的电能损失，同时也节省了输电成本。

5、这同时也为家用太阳能发电系统在输电不便的西部大规模使用提供了条件。3、太阳能光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光子到电子的转换，没有中间过程（如热能转换为机械能，机械能转换为电磁能等）和机械运动，不存在机械磨损。根据热力学分析，光伏发电具有很高的理论发电效率，可达 80 以上，技术开发潜力巨大。4、太阳能光伏发电本身不使用燃料，不排放包括温室气体和其他废气在内的任何物质，不污染空气，不产生噪声，对环境友好，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定而造成的冲击，是真正绿色环保的新型可再生能源。5、太阳能光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的荒漠戈壁上。光伏发电还可以很方便地与建筑物结合，构成光伏

6、建筑一体化发电系统，不需要单独占地，可节省宝贵的土地资源。6、太阳能光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电，加之自动控制技术的广泛采用，基本上可实现无人值守，维护成本低。7、太阳能光伏发电工作性能稳定可靠，使用寿命（30 年以上）。晶体硅太阳能电池寿命可达 2035 年。在光伏发电系统中，只要设计合理、造型适当， 蓄电池的寿命也可长达 1015 年。8、太阳能电池组件结构简单，体积小，重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建设周期短，而用根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合扩容。正是因为光伏发电的这些优点，据预测，太阳能光伏发电

7、在 21 世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到 2030 年，可再生能源在总能源结构中将占到 30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到 10%以上;到 2040 年，可再生能源将占总能耗的 50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的 20%以上;到 21 世纪末，可再生能源在能源结构中将占到 80%以上，太阳能发电将占到 60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。三、光伏发电有哪些技术要求？光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设

8、备组成。不同的部分又有不同的技术要求。太阳能电池板的技术参数1、输出电压：是指把光伏电池置于 100mW/c的光源照射下，且光伏电池输出两端开路时所测得的输出电压值。光伏电池的开路电压与入射光辐照度的对数成正比，与环境温度成反比。与电池面积的大小无关。2、短路电流：是指将光伏电池在标准光源的照射下，在输出短路时流过光伏电池两端的电流。测量短路电流的一般方法是，用内阻小于 1 欧的电流表接到光伏电池的两端进行测量。3、最大输出功率（Pm）：最大输出工作电压（Vpm）最大输出工作电流（Ipm）。4、开路电压（Voc）：正负极间为开路状态时的电压。5、短路电流（Isc）：正负极间为短路状态时流过的电

9、流。6、最大输出工作电压（Vpm）：输出功率最大时的工作电压。7、最大输出工作电流（Ipm）：输出最大功率时的工作电流。8、伏安特性曲线：是指太阳能电池组件把接收的光能转换成电能，其输出电流 I电压 V 的特性曲线。光伏控制器的技术参数1、系统电压：通常有 6 个标称电压等级：12V、24V、48V、110V、220V、500V2、最大充电电流：是指太阳能电池组件或方阵输出的最大电流，根据功率大小分为5A、10A、15A、20A、30A、40A、50A、70A、75A、85A、100A、150A、200A、250A、300A 等多种规格。3、太阳能电池方阵输入路数：小功率光伏控制器一般都是单路

10、输入，而大功率光伏控制器都是由太阳能电池方阵多路输入，一般大功率光伏控制器可输入 6 路，最多的可接入 12 路、18 路。4、电路自身损耗：也叫空载损耗（静太电流）或最大自身损耗，为了降低控制器的损耗，提高光伏电源转换效率，控制器的电路自身损耗要尽可能低。控制器的最大自身损耗不得超过其额定充电电流的 1%或 0.4W。根据电路不同自身损耗一般为 520mA。5、蓄电池过充电保护电压（HVD）：也叫充满断开或过压关断电压，一般可根据需要及蓄电池类型的不同，设定在 14.114.5V（12V 系统）、28.229V（24V 系统）和 56.458V（48V 系统）之间，典型值分别为14.4V、2

11、8.8V 和 57.6V。6、蓄电池的过放电保护电压（LVD）：也叫欠压断开或欠压关断电压，一般可根据需要及蓄电池类型的不同，设定在 10.811.4V（12V 系统）、21.622.8V（24V 系统）和 43.245.6V（48V 系统）之间，典型值分别为11.1V、22.2V 和 44.4V。7、蓄电池充电浮充电压：一般为 13.7V（12V 系统）、27.4V（24V 系统）和 54.8V（48V 系统）.8、温度补偿：控制器一般都有温度补偿功能，以适应不同的环境工作温度， 为蓄电池设置更为合理的充电电压。其温度补偿值一般为-2040mV/。9、工作环境温度：控制器的使用或工作环境温度

12、范围随厂家不同一般在-20+50之间。光伏逆变器的技术参数表征逆变器性能的基本参数与技术条件的内容很多，这里仅就评价逆变器时经常用到的部分技术参数作一扼要说明。1、额定输出电压在规定的输入直流电压允许波动范围内，它表示逆变器输出的额定电压值。2、输出电压的不平衡度三相逆变器在正常工作条件下，逆变器输出三相电压的不平衡度应不超过一个规定值，通常以百分数表示，如 5或 8等。3、电压波形失真度当逆变器输出电压为正弦波时，应规定允许的最大波形失真度(或谐波含量)。通常以输出电压的总波形失真度表示，对三相逆变器其值不应超过 5；单相逆变器其值不应超过 10。4、额定输出频率逆变器输出交流电压的频率应是一个相对稳定值，通常为工频 50Hz(赫兹)。正常工作条件下其偏差应在1以内。5、负载功率因数“负载功率因数”表示逆变器带感性负载或容性负载的能力。在正弦波条件下，负载功率因数应为 O709(滞后)，额定值为09。6、额定输出电流(或额定输出容量) 它表示在规定的负载功率因数范围内， 逆变器的额定输出电流。有些逆变器产品给出的是额定输出容量，其单位以VA(伏安)或 kVA(千伏安)表示=逆变器的额定容量是当输出功率因数为1(即纯阻性负载)时，额定输出电压与额定输出电流的乘积。7、额定效率逆