太陽能光伏發(fā)電原理及其應用

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2015.4太陽能光伏發(fā)電原理及關(guān)鍵設(shè)備安全工作匯報2013年安全工作總結(jié)2014年安全工作計劃2014年安全工作要點1、首先探討光伏電池原理，重點掌握光伏電池伏安特性。2、在此基礎(chǔ)上，學習光伏并網(wǎng)逆變器原理，重點把握波形控制、MPPT原理和反孤島控制。3、在掌握光電池原理基礎(chǔ)上，討論跟蹤器工作原理，重點把握各類跟蹤器提高光伏發(fā)電量的作用。

目錄一、太陽能光伏發(fā)電原理二、光伏并網(wǎng)逆變器三、太陽能跟蹤器一、太陽能光伏發(fā)電原理1.光伏發(fā)電系統(tǒng)原理2.光伏電池原理3.光伏電池電氣特性光伏發(fā)電是指利用太陽能電池這種半導體電子器件的P-N結(jié)光生伏打效應原理有效地吸收太陽光輻射能，通過轉(zhuǎn)換裝置使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式，是當今太陽光發(fā)電的主流，具有可再生、無污染等優(yōu)勢。1.光伏發(fā)電系原理1.光伏發(fā)電原理P-N結(jié)的光生伏打效應發(fā)電原理光生伏打效應就是當物體受到光照時，其體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應。半導體太陽能電池的發(fā)電過程概括為4點：1、收集太陽光使之照射到太陽能電池表面。2、太陽能電池吸收具有一定能量的光子，激發(fā)出光生載流子——電子-空穴對。3、電性相反的光生載流子在太陽能電池P-N結(jié)內(nèi)建電場的作用下，電子-空穴對被分離，電子集中在一邊，空穴集中在另一邊，在P-N結(jié)兩邊產(chǎn)生異性電荷的積累，從而產(chǎn)生光生電動勢，即光生電壓。4、在太陽能電池P-N結(jié)兩側(cè)引出電極，并接上負載，則在外電路中即有光生電流通過，從而獲得功率輸出，這樣太陽能電池就把太陽能直接轉(zhuǎn)換成了電能。2.光伏電站的組成發(fā)電過程

光伏電站是利用一定數(shù)量太陽能電池組件串聯(lián)后接收太陽光將輻射能轉(zhuǎn)換為一定電壓（逆變器額定電壓）和電流的直流電，再將若干電池組串在匯流箱內(nèi)進行并聯(lián)以提高電流，并聯(lián)后電流達到逆變器額定電流的數(shù)個匯流箱接入一臺并網(wǎng)逆變器，通過并網(wǎng)逆變器將電池組件發(fā)出的直流電逆變成符合電網(wǎng)需求的交流電，經(jīng)過配電裝置后接入電站升壓變壓器，通過變壓器將電壓升高至符合電網(wǎng)要求的電壓等級后，并入電網(wǎng)。組成設(shè)備主要設(shè)備包括電池組件、匯流箱、逆變器、高低壓配電裝置和變壓器等。2.光伏電站的組成電池組件匯流箱高低壓配電柜逆變器變壓器電網(wǎng)3.1電池組件3、光伏電站的主要設(shè)備及其功能3、光伏電站的主要設(shè)備及其功能3.1電池組件目前光伏電站常用的電池組件有以下三種：單晶硅電池組件：光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高的達到24％，是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，堅固耐用，使用壽命最高可達25年，但制作成本高。多晶硅電池組件：制作工藝與單晶硅電池相近，光電轉(zhuǎn)換效率約12％左右，制作成本比單晶硅電池低，但壽命比單晶硅電池短。非晶硅電池組件：是新型薄膜式電池組件，制作工藝與單晶硅和多晶硅電池的完全不同，制作成本低。弱光性能優(yōu)于晶硅電池。但光電轉(zhuǎn)換效率偏低，且衰減較快。3.2光伏電池組件電氣特性–預備知識直流電是指方向不隨時間發(fā)生改變的電流，但電流大小可能不固定，而產(chǎn)生波形。3.2光伏電池組件電氣特性

3.2光伏電池組件電氣特性

3.2光伏電池組件電氣特性標準測試條件STC(AM=1.5,P0=1000W/m2,T=25°C)轉(zhuǎn)換效率k=Pm/Pa=(Im*Um)/(P0*Aa),填充因子FF=Pm/Pc=(Im*Um)/(Isc*Voc),3.2光伏電池組件電氣特性3.3并網(wǎng)逆變器光伏并網(wǎng)逆變器（下稱逆變器）是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心設(shè)備。逆變器將光伏方陣產(chǎn)生的直流電（DC）逆變?yōu)槿嗾医涣麟姡ˋC），輸出符合電網(wǎng)要求的電能。逆變器是進行能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備，其效率指標等電氣性能參數(shù)，將直接影響電站系統(tǒng)發(fā)電量。3.3并網(wǎng)逆變器逆變器滿足以下要求：a)并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)和電能質(zhì)量應滿足電網(wǎng)要求。b)逆變器額定功率應滿足用于海拔高度的要求，其內(nèi)絕緣等電氣性能滿足要求。c)逆變器使用太陽電池組件最大功率跟蹤技術(shù)(MPPT)。d)逆變器具有極性反接保護、短路保護、孤島效應保護、過溫保護、交流過流及直流過流保護、直流母線過電壓保護、電網(wǎng)斷電、電網(wǎng)過欠壓、電網(wǎng)過欠頻、光伏陣列及逆變器本身的接地檢測及保護功能等。3.4光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)圖4.1逆變器簡化原理圖3.5逆變原理（輸出電流波形控制）圖4.2交流電生成通常通過PWM調(diào)節(jié)開關(guān)橋路輸出交流電壓v,控制電抗L的電流i，即逆變器輸出電流，使得逆變器向電網(wǎng)注入正弦波電流，并且與電網(wǎng)電壓e同頻同相，達到并網(wǎng)發(fā)電目的。兩點認識：1）在光伏組件、接收的太陽輻射量固定，在光伏組件不同工作點（電壓與電流）輸出功率不同，其中存在一個輸出功率最大的工作點，即最大功率點MPP2）在光伏組件或接收的太陽輻射量變化時，在光伏組件輸出電氣特性曲線變化，最大功率點移動。3.6MPPT原理結(jié)論：為了從光伏電池中獲取更多的電能，充分利用光伏電池組件能量，希望光伏組件盡可能地工作在最大功率點。使用MPPT技術(shù)可以達到這個要求3.7反孤島效應孤島效應是指分布式并網(wǎng)逆變器構(gòu)成的局部電網(wǎng)從主電網(wǎng)脫離出來，并且在此局部電網(wǎng)中分布式并網(wǎng)逆變器持續(xù)給負載供電的一種電氣現(xiàn)象。孤島的危害：1.孤島情況下電網(wǎng)無法控制電壓和頻率，可能造成電網(wǎng)、分布式發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備發(fā)生輸入電壓幅值和頻率失控；2.孤島效應對人身安全造成威脅，干擾電網(wǎng)的維護工作；3.孤島發(fā)生時，當電網(wǎng)恢復正常有可能造成非同相合閘，導致線路再次跳閘，對光伏并網(wǎng)逆變器和其他用電設(shè)備造成損壞；4.孤島效應時，若負載容量與光伏并網(wǎng)器容量不匹配，會造成對逆變器的損壞。3、光伏電站的主要設(shè)備及其功能3.8、高低壓配電裝置高、低壓配電裝置主要用于控制站內(nèi)電能的通、斷，分配及交換，一般有380V、10KV、35KV等電壓等級。3.9、變壓器變壓器是一種靜止的電器，它利用電磁感應原理把交流電壓轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種交流電壓。其結(jié)構(gòu)的主要部分是兩個（或兩個以上）互相絕緣的繞組，套在一個共同的鐵芯上，兩個繞組之間通過磁場而耦合，但在電的方面沒有直接聯(lián)系，能量的轉(zhuǎn)換以磁場為媒介。在兩個繞組中，把接到電源的一個稱為一次繞組，建成原方（或原邊），而把接到負載的一個稱為二次繞組，簡稱副方（或副邊）。當原方接到交流電源時，在外施電壓作用下，一次繞組中通過交流電流，并3、光伏電站的主要設(shè)備及其功能3、光伏電站的主要設(shè)備及其功能3.9、變壓器變壓器按相數(shù)區(qū)分可以分為三相變壓器和單相變壓器；按繞組數(shù)目來區(qū)分，可以分為兩繞組和三繞組變壓器；按冷卻介質(zhì)分，可以分為油浸式變壓器、干式變壓器（空氣冷卻