【《独立光伏发电系统的原理及机构概述》2800字】

独立光伏发电系统的原理及机构概述目录TOC\o"1-3"\h\u30386独立光伏发电系统的原理及机构概述 114231.1光伏发电系统的分类 121511.2太阳能电池的工作原理 2327091.1.1太阳能电池的结构及工作原理 2121351.1.2太阳能电池的分类 3243171.3光伏发电系统的组成 3219461.3.1太阳能电池板 3241211.3.2逆变器 4181841.3.3蓄电池 4277571.3.4控制器 51.1光伏发电系统的分类太阳能源于太阳的辐射，在我国主要发电形式有光伏发电和光热发电两种，生活中常说的太阳能发电就是光伏发电。太阳能发电的主要原理是发生光生伏特效应，将光能转换为电能，光伏发电的形式包括独立、并网两种发电形式[9]。图1.1为离网型光伏系统结构图，离网系统不与电网相连，且有蓄电池组。在组件受到光照时，组件会将太阳能转换为电能为负载供电，由于组件产生的是直流电，可以通过逆变器将直流电转为交流电供负载使用。在充足的光照条件下，组件能高效的将太阳能转换为电能，不仅供用户用正常用电，还可以将用不完的电量储存起来，在雨天或阳光不充足时，再将蓄电池中的电能释放出来供用户使用。图1.1离网型光伏发电系统结构图图1.2为并网型光伏发电系统结构图，它可以连接公共电网，节省了储存装置，这样会减少电池对环境的污染，更加环保。只要在有光照时，系统便可以工作，供负载的运行。如果系统发的电过多，多余的电量会通过电网上传，不会造成资源的浪费。反之当系统的发电量无法满足用户需求时，则会使用之前上传至电网的电，减少电能的浪费。图1.2并网型光伏发电系统结构图1.2太阳能电池的工作原理1.1.1太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池形状都是正方形的小薄片，主要材料是晶体硅，电池的正面布线精细，有横纵交错的金属栅线，背光的一侧由金属构成。太阳能电池在感受到太阳辐射后，半导体内的空穴会感受到热能，不断流动，产生载流子，从而改变了电池内部的电荷分布状态，产生电压。光伏电池的核心是PN结，在工作时PN结上产生电子-空穴对，电子流入N区，空穴流向P区，使得N区储存了过剩的电子，P区有过剩的空穴，形成光生电场。使P区带正电，N区带负电，让N区和P区之间产生电动势，发生了光生伏特效应，也就是太阳能电池的工作原理[10]。图1.3为光伏电池结构及运行图。图1.3光伏组件工作示意图要注意的是，单晶硅电池极易受到空气中的水分影响，空气中的水分会腐蚀组件的电极，破坏整个电极，导致电池片出现故障，无法正常工作。并且单晶硅晶体光伏电池由于自身性能，不能作为电源，所以在对单晶硅电池使用之前，要对电池严密的进行封装，确保组件不受到空气中水分影响，正常运行。1.1.2太阳能电池的分类光伏电池的主要材料是晶体硅，可分为单晶硅电池和多晶硅电池。硅资源储量丰富，具有较高的能量转换效率，因此受到了光伏市场的重视。但是晶体硅在成本及制造成本上过高，存在一些不足，这些都是晶体硅电池还需改进的地方。随着科技的发展，越来越多的材料物理学家都着手研究非晶硅光伏电池，非晶硅电池比晶体硅电池在制造工艺上更简单，更加环保。但是目前在非晶硅研究方面技术不成熟，与工艺成熟的晶体硅电池上还存在一些差距，但在未来发展非晶体硅电池一定是大势所趋。除了上述分类，光伏电池还可以分为硅系光伏电池、化合物系光伏电池、有机半导体系能光伏电池三类[11]。表1.1光伏电池的分类和特征类别非晶硅电池单晶硅电池多晶硅电池使用寿命5至15年15至25年15至25年转换效率6.5%至10%18.5%至21.5%15%至18%颜色棕色黑色深蓝色技术成熟性较成熟最成熟最成熟价格价格较便宜价格高价格较高主要特点转换效率最低，使用场合较少转换效率相比其他类型的电池高、工作稳定可靠，价格也较高使用广泛，运行稳定可靠、成本低，但比单晶硅转换效率低1.3光伏发电系统的组成1.3.1太阳能电池板整个光伏系统中最核心的部件就是太阳能电池板。它将光能转换为电能，如果用户还有用剩余的电能，则会储存在蓄电池中。太阳能电池板的主要部分：(1)电池片：电池片由晶体硅构成，电池在受到太阳光照时，半导体内的空穴和电子不断运动，形成载流子，从而改变电池内部的电荷分布状态，产生电压。(2)玻璃：选用低铁钢化绒面玻璃，光谱波长的范围需保持在320-110mm内，厚度约为3.2mm，此时透光率达到了91%以上，并且该玻璃的透光率不会因为紫外线影响而变化。(3)TPT背板：通常作为电池背板材料，主要是白色，可以反射阳光，降低组件表面温度，提高转换效率。此外TPT背板还具有不透气及耐老化等优秀特性。(4)EVA：EVA胶膜的主要作用是将太阳能电池、玻璃、TPT背板有效的连接起来。并具备一定的密封性。EVA胶膜在选用时要选取抗老化能力强的及高透光能力的。(5)边框：一般为铝合金边框，要具有一定的强度及抗冲击能力[12]。1.3.2逆变器逆变器的功能是将直流电转换为交流电，而太阳能电池产生的电是直流电，所以逆变器的作用就显得尤为重要了。光伏系统的逆变器在输出方面大多为12VDC、24VDC、48VDC。在选用时选择DC-AC逆变器，进而可以给220AC负载提供足够的电能。本文所用的是独立运行逆变器，主要的保护功能应具有短路、过热、欠电压、过载等保护功能，而衡量逆变器性能参数好坏主要有以下几点：(1)逆变器效率：指逆变器的输出功率比输入功率，在选择时选取较高效率的逆变器可以间接节约太阳能电池板的成本，一般选取在80%-95%之间的，在选取的过程中还需考虑价格等因素。(2)功率因数：用cosφ表示，φ为输出电压和输出电流相位差，cosφ越大表示逆变器越好。(3)总谐波畸变率：指输出电压或电流谐波分量的总和与基波分量的百分比，用THD表示，THD较高时会产生强烈的电磁干扰，严重时会危害用电设备[13]。(4)输出电压稳定性：在系统工作过程中，输出的电压会在一定范围内产生波动，一般要求变化范围不能超过±5%。(5)噪声：应选取噪声较小的逆变器，一般应低于80dB。1.3.3蓄电池蓄电池作为系统的储能装置，主要作用是将系统在发电时所产生的多余电能储存起来，供晚上或阴天使用，并且在设计时要考虑连续阴雨天数，满足用户的用电需求。目前常用的电池为铅酸蓄电池，技术也相对成熟。蓄电池的原理是发生了化学反应，蓄电池将电能转换为化学能的形式储存起来，在需要时在转换为电能，是个可逆的过程。在选取蓄电池的过程中要选取耐过充放、自放电小、充电效率高的电池组件，同时也要考虑成本、使用方便等特点。下图为光伏发电系统中常用的蓄电池。图1.4光伏发电系统专用蓄电池1.3.4控制器控制器主要由一些电子元件、专用的CPU和开关功率管组成。其原理是运用单片机以及专门软件对电池组实现智能控制。主要控制功能如下：(1)温度补偿功能：控制器可以通过监测电池温度来设定充电电压，当监测到蓄电池温度过高时会设定较高的充电电压，低时就会设定较低的充电电压。(2)低压关断功能：当蓄电池放电时，控制器可监测到电池的电压，当监测到电池处于