太陽能發(fā)電站的科普知識.doc

太陽能發(fā)電站的科普知識太陽能發(fā)電原理太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要包括：太陽能電池組件、控制器、蓄電池、逆變器、負(fù)載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護(hù)系統(tǒng)，負(fù)載為系統(tǒng)終端。 如圖所示： 太陽能電池組件蓄電池控制器逆變器直流負(fù)載交流負(fù)載1 太陽能電池組件 太陽能電池組件是發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽的輻射能直接轉(zhuǎn)換為直流電，供負(fù)載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。一般根據(jù)用戶需要，將若干太陽能電池板按一定方式連接，組成太陽能電池方陣（陣列），再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成太陽能電池組件。 電池板的種類及特點 類型 項目單晶硅多晶硅非晶硅轉(zhuǎn)換效率1217%1015%68%使用壽命1520年1520年510年平均價格昂貴較貴較便宜穩(wěn)定性好好差（會衰減）顏色黑色深藍(lán)棕主要優(yōu)點轉(zhuǎn)換效率高、工作穩(wěn)定，體積小。工作穩(wěn)定，成本低。使用廣泛。價低，弱光性好，多數(shù)用于計算器，電子表等主要缺點成本高轉(zhuǎn)換效率較低轉(zhuǎn)換效率最低，會衰減。相同功率的面積比晶體硅大一倍以上。2 充電控制器 在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命；同時保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。高級的控制器可以同時記錄并顯示系統(tǒng)各種重要數(shù)據(jù)，如充電電流、電壓等?？刂破髦饕δ苋缦拢?1） 過充保護(hù) 避免蓄電池因充電電壓過高而造成損壞。 2） 過放保護(hù) 避免蓄電池因放電到過低的電壓而損壞。 3） 防反接功能 避免蓄電池及太陽能電池板因正負(fù)極接反而不能使用甚至釀成事故。 4） 防雷擊功能 避免因雷擊而損壞整個系統(tǒng)。 5） 溫度補(bǔ)償 主要針對溫差大的地方，保證蓄電池處于最佳的充電效果。 6） 定時功能 控制負(fù)載的工作時間，避免能源浪費。 7） 過流保護(hù) 當(dāng)負(fù)載過大或短路時，自動切斷負(fù)載，保證系統(tǒng)的安全運。 8） 過熱保護(hù) 當(dāng)系統(tǒng)工作溫度過高時，自動停止給負(fù)載供電，故障排除后，自動恢復(fù)正常工作。 9） 自動識別電壓 對于不同的系統(tǒng)工作電壓，自動識別，無須另外設(shè)置。 3蓄電池 蓄電池作用是將太陽能電池方陣發(fā)出直流電貯存起來, 供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中, 蓄電池處于浮充放電狀態(tài)。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電,同時方陣還給負(fù)載用電,晚上負(fù)載用電全部由蓄電池供給。因此, 要求蓄電池的自放電要小, 而且充電效率要高, 同時還要考慮價格和使用是否方便等因素。 蓄電池的種類及特點 類別 項目鋰電池鎳鎘電池鎳氫電池免維護(hù)鉛酸電池膠體普通酸液充放電特性無記憶效應(yīng),使用時間長,重復(fù)充電可達(dá)1200次以上。2小時的急速充電可以重復(fù)500次以上充放電,但是記憶效應(yīng)明顯,使用一定時間后,需完全放電后,才可充電。沒有明顯的記憶效應(yīng),隨充隨用，可以重復(fù)500次以上充電。1.2小時的急速充電。耐深放電,虧電狀態(tài)下恢復(fù)能為極好,不會因若干次虧電而失去容量.壽命長,可達(dá)10年.若干次虧電而失去容量,易使電池報廢.使用壽命一般為23年.容量同等容量的鋰電池重量比鎳電池要輕50%,單體電壓為3.6V單體電壓為1.2V.容量在 200mAh 14000mAh單體電壓為1.2V,容量是同體積的鎳鎘電池的1.52倍單體電壓有2V,6V,12V,容量5.5Ah180Ah,2V可達(dá)3000AH單體電壓有2V,6V,12V,容量5AH200Ah,2V可達(dá)3000Ah適用范圍移動通信、報警系統(tǒng)、儀器儀表、日用品等。太陽能系統(tǒng)、UPS、通信設(shè)備（2V）電動車、發(fā)電、數(shù)據(jù)工程等4 逆變器 絕大多數(shù)用電器，如日光燈、電視機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇和絕大多數(shù)動力機(jī)械等都是以交流電工作，要想這類用電器能正常工作，太陽能發(fā)電系統(tǒng)需要將直流電變換成交流電，具有這種功能的電力電子設(shè)備稱作逆變器。逆變器還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。 逆變器種類及特點 種類 特點 方波逆變器修正波逆變器正弦波逆變器交流電壓波形方波階梯波正弦波優(yōu)點線路簡單，價格便宜，維修方便。比方波有明顯改善、高次諧波含量減少，當(dāng)階梯達(dá)到17個以上時輸出波形可實現(xiàn)準(zhǔn)正弦波，當(dāng)采用無變壓器輸出時，整機(jī)效率很高。輸出波形好、失真度很低，對收音機(jī)及通信設(shè)備干擾小、噪聲低，此外還有保護(hù)功能齊全，整機(jī)性能高等優(yōu)點缺點高次諧波多，損耗大，噪聲大，對收音機(jī)及通信設(shè)備干擾大。線路比較復(fù)雜，對收音機(jī)和某些通信設(shè)備仍有一些高頻干擾。線路相對復(fù)雜、對維修技術(shù)要求高、價格較昂貴。 太陽能光電產(chǎn)品計算方法下面以100W輸出功率，每天使用6個小時為例，介紹一下計算方法： 1.首先應(yīng)計算出每天消耗的瓦時數(shù)(包括逆變器的損耗)： 若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為90，則當(dāng)輸出功率為100W時，則實際需要輸出功率應(yīng)為100W/90=111W； 若按每天使用5小時，則耗電量為111W*5小時=555Wh。 2.計算太陽能電池板： 按每日有效日照時間為6小時計算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應(yīng)為555Wh/6h/70%=130W。其中70是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。 3.充電控制器的選擇： 130W的太陽能電池板它的最大輸出電流是7.7A。因此應(yīng)該選取充電電流至少為8A的充電控制器。 4.蓄電池的選擇： 若采用12V的蓄電池，其放電深度為50%，則應(yīng)使用555Wh/12V/50%=90Ah的蓄電池；若選擇24V的蓄電池，則蓄電池的容量應(yīng)為555Wh/24V/50%=45Ah。 太陽能電池的估算與檢測太陽能電池的額定輸出功率與轉(zhuǎn)換效率有關(guān)，一般來講，單位面積的電池組件，轉(zhuǎn)換效率越高，其輸出功率越大。太陽能電池目前的轉(zhuǎn)換效率一般在1417%之間，每平方厘米的電池片，其輸出功率在1416mW,每平方米的太陽能電池組件輸出功率約120WP. 太陽能電池組件的測試，需用專門的檢測設(shè)備，在標(biāo)準(zhǔn)的條件下檢測。由于檢測設(shè)備非常昂貴，一般的檢測方法是：利用碘鎢燈或白熾燈，模擬太陽光，比較樣品作對比測試，主要檢測其開路電壓與短路電流，檢測的時候注意控制溫度，不能超過25。 基本計算公式功率=電壓X電流 （W=UI） 用電量=功率X時間（Q=Wh） 太陽能光伏發(fā)電需注意問題太陽能光伏發(fā)電需要綜合考慮各種因素，只有掌握了準(zhǔn)確的資料后，才能確定電池板的安裝方式、最低功率、規(guī)格（太陽能電池板每天的有效發(fā)電量必須太于負(fù)載的用電量）及蓄電池的容量、性能及控制方式。使產(chǎn)品達(dá)到最佳性價比。如果對相關(guān)因素的估算失誤，就會直接影響到獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)性能和造價。 （1）現(xiàn)場的地理位置.。 包括：地點、緯度、經(jīng)度、海拔等。 （2）安裝地點的氣象條件。 包括：逐月太陽能總輻射量，直接輻射量（或日照百分比），年平均氣溫，最長連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風(fēng)速及冰雹、降雪等特殊氣象情況。 （3）最大負(fù)載量。 包括：負(fù)載每天工作時間及平均耗電量，連續(xù)陰雨天需工作的時間。 （4）負(fù)載用電特性 由于太陽能電池陣列輸出的電流是直流，如果負(fù)載是交流的話，需要經(jīng)過逆變器的轉(zhuǎn)換，才能正常工作，這樣太陽能最終供給負(fù)載的能量損耗就增大，從而所需太陽能電池就會增大，導(dǎo)致太陽能供電系統(tǒng)造價增大。 （5）交流負(fù)載對電源的要求 交流負(fù)載除了需要更大的太陽能電池板外，對逆變器的要求也會因負(fù)載的不同而不同。一般來講純電阻性質(zhì)的負(fù)載例如電熱絲，對逆變器要求不高，可用普通的修正波逆變器。而電視、電動機(jī)對電源要求相對要高，需要的逆變器功率及輸出特性都要高，需用大功率的正弦波的逆變器，才能保證負(fù)載能正常工作，不受干擾。負(fù)載要求不同，造價也不同。 （6）使用限制 由于部分國家和地區(qū)，對蓄電池有特定的環(huán)保要求，特別是鎳鎘電池在歐美國家受到嚴(yán)格限制，還有鉛酸電池在運輸方面也會受到限制，這些因素都將導(dǎo)致太陽能光電產(chǎn)品的造價增大。 太陽能光電產(chǎn)品的一般要求（1）防水、防雹、防風(fēng)。 一般太陽能電池板采用鋼化玻璃封裝，外框用鋁合金封裝，能有效抵御冰雹襲擊，安裝用金屬支架固定，能抵御10級以上大風(fēng)。 （2）防曬、防凍。 一般都有通風(fēng)、散熱窗子，以利于蓄電池散熱。對于冬季特別寒冷地區(qū)，蓄電池采用防凝固的膠體電池。 （3）控制保護(hù) 為了最大限度延長電池板及蓄電池的使用壽命，一般都有防反充、過充、過放保護(hù)電路控制，避免損壞電池板及蓄電池過早的老化。 （4）零件選擇 由于太陽能光電產(chǎn)品使用環(huán)境不同，溫度相差較大，因此要求零件的工作溫度范圍要寬。 （5）維護(hù) 太陽電池發(fā)電系統(tǒng)沒有活動部件，不容易損壞，其維護(hù)也非常簡便。不過也需做定期維護(hù)，否則可能影響正常使用，甚至縮短使用壽命。 一般來說，太陽電池板方陣傾角應(yīng)超過30度，所有灰塵可由雨水沖刷而自行清潔，在風(fēng)沙較大地區(qū)，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常清除灰塵，保持方陣表面的干凈，以免影響發(fā)電量。清潔時可拭去灰塵，有條件時可用清水清洗，再用干凈抹布擦干。切勿用腐蝕性溶劑或硬物沖洗擦拭。定期檢查所有安裝部件的緊固程度。遇到冰雹、狂風(fēng)、暴雨等異常天氣，應(yīng)及時采用保護(hù)措施。經(jīng)常檢查蓄電池的充放電情況，隨時觀察電極或接線是否有腐蝕或接觸不良之處。 在一些簡單的系統(tǒng)中應(yīng)根據(jù)蓄能情況，控制用電量，防止蓄電池因過放電而損壞。發(fā)現(xiàn)有異常情況應(yīng)當(dāng)立即檢查、維修。 太陽能光電產(chǎn)品應(yīng)用需明確的問題1太陽能電池峰值功率 普遍存在的一個問題就是：認(rèn)為只要有陽光就可以輸出額定功率， 100WP的峰值功率，如果在普通光照條件下，照射10小時，就可發(fā)電1000WH，也就是1度電，其實太陽能峰值功率WP是在標(biāo)準(zhǔn)條件下：輻射強(qiáng)度1000W/m，大氣質(zhì)量AM1.5，電池溫度25條件下，太陽能電池的輸出功率。（這個條件大約和我們平時晴天中午前后的太陽光照條件差不多）按廣東地區(qū)的光照條件，折算成標(biāo)準(zhǔn)光照時間大約為3.33.5小時。在陰雨天，太陽電池也可以產(chǎn)生一定的能量，它的功率大約在額定功率的5-15% 2太陽能發(fā)電損耗 通常誤認(rèn)為：太陽能電池組件每天輸出的電量會被負(fù)載全部利用。實際上，太陽能電池組件安裝存在相當(dāng)大的損耗，大約在1520%，充電、放電過程中，損耗在20%左右，如果有逆變器，損耗在10%以上，總的來說，太陽能發(fā)電利用率大約在50%左右。總之，所有能量轉(zhuǎn)換過程中，都必須遵循能量守恒的定律，絕對不會無中生有，也不會百分百利用。 3如何降低太陽能發(fā)電損耗 一般來講，為了盡可能降低損耗，常采取如下措施： 太陽能電池組件傾斜，與光線成垂直角度，一般廣東地區(qū)傾斜3540度。 太陽能電池所有組件開路電壓、短路電流、工作電壓、工作電流等參 數(shù)盡量一致，連接電纜盡可能粗些、短些。 蓄電池如果采用串聯(lián)，所有的單元內(nèi)阻盡量一致，盡可能小。 為了減少線路間的損耗，條件允許的話，盡可能采用高電壓、低電流的方案，這樣使線路承受的電流盡可能小，從而降低損耗。在設(shè)計控制電路時，盡可能采用集成化高的、穩(wěn)定性好的元器件。 太陽能燈具與普能燈具效益對比隨著地球資源的日益貧乏，基礎(chǔ)能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂是無處不在。太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全、環(huán)保新能源越來越受到重視。這樣，太陽能照明產(chǎn)品隨著太陽能熱水器普及之后應(yīng)然而生，在這里我們就太陽能燈具和使用市電燈具的效果作實用對比。 *對比一 市電照明燈具安裝復(fù)雜：在市電照明燈具工程中有復(fù)雜的作業(yè)程序，首先要鋪設(shè)電纜，這里就要進(jìn)行電纜溝的開挖、鋪設(shè)暗管、管內(nèi)穿線、回填等大量基礎(chǔ)工程。然后進(jìn)行長時間的安裝調(diào)試，如任何一條線路有問題，則要大面積返工。而且地勢和線路要求復(fù)雜、人工和輔助材料成本高昂。 太陽能照明燈安裝簡便：太陽能燈具安裝時，不用鋪設(shè)復(fù)雜的線路，只要做一個水泥基座，然后用不銹鋼螺絲固定就可。 *對比二 市電照明燈具電費高昂：市電照明燈具工作中有固定高昂的電費，要長期不間斷對線路和其它配置進(jìn)行維護(hù)或更換