太阳能光伏发电试题及答案

一、选择题1. 太阳能光伏发电系统中， __A __指在电网失电情况下，发电设备仍作为孤立电源对负载供电这一现象。A．孤岛效应 B. 光伏效应 C．充电效应 D. 霍尔效应2. 某单片太阳电池测得其填充因子为 77.3% ，其开路电压为 0.62V ，短路电流为 5.24A,其测试输入功率为15.625W ，则此太阳电池的光电转换效率为 __A__。A． 16.07% B. 15.31% C. 16.92% D. 14.83% 3. 太阳能光伏发电系统中，太阳电池组件表面被污物遮盖，会影响整个太阳电池方阵所发出的电力，从而产生 __D__。A． 霍 尔效应 B. 孤岛效应 C．充电效应 D. 热斑效应4. 下列表征太阳电池的参数中，哪个不属于太阳电池电学性能的主要参数 __D__。A．开路电压 B. 短路电流 C. 填充因子 D. 掺杂浓度5. 蓄电池的容量就是蓄电池的蓄电能力， 标志符号为 C， 通常用以下哪个单位来表征蓄电池容量 __D__。A．安培 B. 伏特 C. 瓦特 D. 安时6. 蓄电池使用过程中，蓄电池放出的容量占其额定容量的百分比称为 __D__。A．自放电率 B. 使用寿命 C．放电速率 D. 放电深度7. 太阳电池是利用半导体 __C__的半导体器件。A．光热效应 B.热电效应 C. 光生伏打效应 D. 热斑效应8. 在衡量太阳电池输出特性参数中，表征最大输出功率与太阳电池短路电流和开路电压乘积比值的是__B__。A．转换效率 B.填充因子 C. 光谱响应 D. 方块电阻9. 太阳电池单体是用于光电转换的最小单元，其工作电压约为 __A__mV，工作电流为 20～ 25mA/cm 2。A． 400～ 500 B. 100~200 C． 200~300 D.800~900 二、填空题1. 太阳能光伏发电系统中， 没有与公用电网相连接的光伏系统称为 离网 （或独立） 太阳能光伏发电系统；与公共电网相连接的光伏系统称为 并网（或联网） 太阳能光伏发电系统。2. 根据光伏发电系统使用的要求，可将蓄电池串并联成蓄电池组，蓄电池组主要有三种运行方式，分别为循环充放电制 、定期浮充制、 连续浮充制 。3. 太阳能光伏控制器主要由开关功率器件、 控制电路 和其他基本电子元件组成。4. 太阳电池的测量必须在标准条件（ STC）下 “ 欧洲委员会 ” 定义的 101 号标准，其条件是光谱辐照度为___1000___W/m2 、光谱为 __AM_1.5 __、电池温度为 25℃。5. 硅基太阳电池有单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池以及非晶硅太阳电池等。通常情况其光电转换效率最高的是 __单晶硅 __太阳电池，光电转换效率最低的是 __非晶硅 __太阳电池。6. 太阳能利用的基本方式可以分为四大类，分别为 __光热效应 /发电 __、 __光电效应 /光伏发电 __、光化学利用以及光生物利用。7. 太阳能光伏发电系统绝缘电阻的测量包括 __太阳电池方阵 __的绝缘电阻测量、功率调节器绝缘电阻测量以及 __接地电阻 __的测量。8.蓄电池放电时输出的电量与充电时输入的电量之比成为 _容量输出效率 _。9.在太阳电池外电路接上负载后，负载中便有电流流过，该电流称为太阳电池的 __工作电流 __。10 光热发电中用于跟踪聚集太阳光线的设备称为 __定日镜 __。三、简答题第一次作业1. 简述太阳能电池的工作原理。答：太阳能电池工作原理的基础是半导体 PN 结的光生伏特效应。当太阳光或其他光照射半导体的 PN 结时，形成新的空穴 -电子对，在 PN 结电场的作用下，空穴由 n 区流向 p 区，电子由 P 区流向 N 区，结果便在 PN 结两侧形成了正负电荷的积累， 在 N 区和 P 区之间的薄层就产生电动势。 将半导体做成太阳能电池并外接负载后，光电流从 P 区经负载流至 N 区，负载即得到功率输出，太阳能便变成了电能。2. 说明光伏发电系统的组成及各个部分的作用。答：光伏发电系统通常由太阳能电池组件（太阳能电池板或光伏组件）、蓄电池组、控制器、逆变器等几部分构成。太阳能电池组件也叫太阳能电池板， 是太阳能发电系统中的核心部分， 是能量转换的器件， 其作用是将光能转换成电能。蓄电池的作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池高效、安全、可靠地。工作，以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命，能自动防止蓄电池过充电和过放电。逆变器的作用是将直流电转换成交流电的设备。3. 光伏发电系统的一般分类如何？各种类型光伏发电系统的工作原理如何？（独立系统、并网系统）答：①分类：光伏发电系统分为独立系统、并网系统。②工作原理： 1）独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器，其工作原理 : 白天在太阳光的照射下，太阳能电池组件产生的直流电流通过控制器一部分传送到逆变器转化为交流电， 一部分对蓄电池进行充电； 当阳光不足时， 蓄电池通过直流控制系统向逆变器送电，经逆变器转化为交流电供交流负载使用。2 ）并网太阳能光伏发电系统是将光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换成符合公共电网要求的交流电之后直接接入公共电网。当太阳能光伏发电系统发出的电能充裕时，可将剩余的电能送入公共电网；当太阳能光伏发电系统提供的电力不足时， 由电网向负载供电。 由于向电网供电时与电网供电方向相反， 所以称为有逆流光伏发电系统。 当太阳能光伏发电系统即使发电充裕时， 也不向公共电网供电， 但当太阳能光伏发电系统供电不足时，则由公共电网供电。第二次作业1. 简述光伏发电站的组成及原理。答：①组成：光伏阵列、防雷汇流箱、直流防雷配电柜、并网逆变器、交流配电柜②光伏阵列的作用：将光能转换成电能。防雷汇流箱的作用：减少了太阳能光伏阵列与逆变器之间的连线，方便维护，提高可靠性。并网逆变器的作用：将电能转化为与电网同频、同相的正弦波电流，馈入公共电网。交流配电柜的作用：将逆变器输出的交流电接入后，经过断路器接入电网，保证系统的正常供电，同时还能对线路电能的计量。直流防雷配电柜的作用：将直流汇流箱输出的直流电流进行汇流，再接到逆变器。2. 光伏组件的安装方式如何？各有什么特点？（固定式、跟踪式）答：①分为固定式和跟踪式。②特点： 1）固定式指的是阵列朝向固定不变，不随太阳位置变化而变化，这种安装方式简单快捷，光伏支架部分的成本较低， 但由于光伏组件固定不动， 不能随阳光的移动而移动， 无法保证获取到最大的阳光辐射，所以发电量相对偏低，优点是抗风能力强，安装方式简易，工作可靠，造价低。2）跟踪式光伏阵列通过相应的机电或液压装置使光伏阵列随着太阳的高度和方位角的变化而移动，使得在接近全日照过程中太阳光线都与光伏阵列垂直， 由此提高太阳能光伏阵列的发电能力， 与固定式相比，在相同日照条件下，光伏阵列效率提高达 20～ 30%。单轴跟踪式只能围绕一个旋转轴旋转，光伏阵列只能跟踪太阳运行的方位角或者高度角两者之一的变化， 双轴跟踪式可沿两个旋转轴运动， 能同时跟踪太阳能的方位角与高度角的变化，但也存在结构复杂、造价相对较高、维护成本高等问题。3. 蓄电池充电过程如何？如何实现蓄电池充电中各阶段的自动转换？如何判断充电程度？如何实现充停控制？答：充电过程一般分为主充、均充和浮充。主充、均充、浮充各阶段的自动转换方法有：（ 1）时间控制，即预先设定各阶段充电时间，由时间继电器或 CPU 控制转换时刻。（ 2）设定转换点的充电电流或蓄电池端电压值，当实际电流或电压值达到设定值时，自动进行转换。（ 3）采用积分电路在线监测蓄电池的容量，当容量达到一定值时，则发出信号改变充电电流的大小。判断充电程度的主要方法有：（ 1）观察蓄电池去极化后的端电压变化。（ 2）检测蓄电池的实际容量值，并与其额定容量值进行比较，即可判断其充电程度。（ 3）检测蓄电池端电压判断。主要的停充控制方法有：（ 1）定时控制。 （ 2）电池温度控制。 （ 3）电池端电压负增量控制。第三次作业1. 光伏发电系统中为何要使用最大功率点跟踪算法？答：光伏模块可以工作在不同的输出电压，并对应输出不同的功率。但对应于整个输出电压区间，模块只有工作在某一输出电压时，其输出功率才能达到最大值，由于光伏模块的 P-U 输出特性曲线随着外部环境的变化而变化， 在不同的光照强度或温度下， 光伏模块最大功率点的位置将发生偏移， 使最大输出功率以及工作点电压都发生改变， 根据电路理论， 当光伏电池的输出阻抗和负载阻抗相等时， 光伏电池能输出最大的功率。由此可见，光伏电池的 MPPT 过程实际上就是使光伏电池输出阻抗相匹配的过程，在实际应用中，光伏电池的输出阻抗受环境因素的影响， 需要通过控制方法实现对负载阻抗的实时调节， 并使其跟踪光伏电池的输出阻抗，以实现光伏电池的 MPPT 控制。2. 请说明电导增量法进行最大功率点跟踪的基本工作原理并绘制其算法流程图。答： 电导增量法师通过比较光伏阵列的瞬时导抗与导抗变化量的方法来完成最大功率点的跟踪， 由光伏阵列的输出特性可知，其 P-特性曲线是一条一阶连续可导的单峰曲线，在最大功率点处，功率对电压的导数为零，也就是说，最大功率点的跟踪实质上就是寻找满足的点。3. 请说明下图中描述的是何种现象，并说明该现象的定义。答：是并网光伏发电系统的低电压穿越现象。对于光伏发电系统是指当光伏电站并网点电压跌落的时候光伏电站能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率支持电网恢复正常，从而“穿越”低电压时间。第四次作业1. 如何进行光伏阵列和蓄电池容量的设计？答：在设计和计算太阳能电池组件（光伏组件）或阵列时，一般有两种方法。一种方法是用负载平均每天所需要的用电量（安时数或瓦时）为基本数据，以当地太阳能辐射资源参数，如峰值日照时数、年辐射总量等数据为参照， 计算出太阳能电池组件或方阵的功率， 根据计算结果选配或定制相应制的光伏组件， 从而得到电池组件的外形尺寸和安装尺寸。另一种方法是选定尺寸符合要求的电池组件，根据该组件峰值功率、峰值工作电流和日发电量等数据，计算中确定电池组件的串、并联数及总功率。举例略。蓄电池容量的设计：（ 1） 将负载需要的用电量乘以根据实际情况确定的连续阴雨天数得到初步蓄电池容量。 连续阴雨天数选择，可根据经验或需要在 3～ 7 天内选取，重要负载在 7～ 15 天内。（ 2）蓄电池容量除以蓄电池的允许最大放电深度。一般情况下浅循环型蓄电池选用 50%的放电深度，深循环型蓄电池选用 75%的放电深度。（ 3）综合（ 1） 、 （ 2）得电池容量的基本公式为：最大放电深度连续阴雨天数负载日平均用电量蓄电池容量系统工作电压）负载日平均用电量（负载平均用电量 hW2. 光伏发电系统易遭雷击的主要部位有哪些？答：独立光伏电站主要由太阳能电池方阵、控制器、逆变器、蓄电池组、交流配电柜和低压架空输出线路组成。独立光伏电站易遭受雷击的部位有两处：太阳能电池板和机房。3. 雷电防护设备有哪些，原理如何？答： 接闪器位于防雷装置的顶部， 其作用是利用其高出被保护物的突出地方把雷电引向自身， 承接直击雷放电。防雷器是一种能释放过电压能量、限制过电压幅值的设备，也称避雷器、过电压保护器、浪涌保护器、电涌保护器。其工作原理是低压时呈现高阻开路状态，高压时呈低阻短路状态。当出现过电压时，防雷器两端子间的电压不超过规定值，使电气设备免受过电压损坏；过电压作用后，又能使系统迅速恢复正常状态，起到防护雷电波侵入作用。一般防雷器与被保护设备并联，安装在被保护设备的电源侧。第五次作业1.在我国西部某市需要在一条比较繁华的街区安装太阳能路灯，已知：该路灯主光源 40W ，辅光源 15W，主光源每天需要连续工作 6 小时，辅光源每天需要连续工作 10小时，阴雨天间隔最少 6 天，连续 3 个阴雨天也能够正常工作， 蓄电池采用铅酸蓄电池， 放电深度为 75%， 该市平均辐照量为 4.5kwh/ ㎡， 拟定温度损失因子 0.9，灰尘遮蔽因子 0.9，蓄电池充放电效率 0.85，请问：该系统采用多少电压系统？需要多少安时的蓄电池？需要多少瓦的太阳能电池组件？答： 由于主光源工作 6 小时， 辅光源工作 10 小时， 计算可得系统负载每天耗电功率为： 40× 6+15× 10=390Wh ；根 据 阴 雨 天 最 少 间 隔 六 天 和 系 统 需 要 持 续 3 个 阴 雨 天 工 作 ， 可 得 系 统 太 阳 能 组 件 功 率 为 ：390Wh÷ 4.5 ÷ 0.9 ÷ 0.9 ÷ 0.85 × 1.5=188W ； 已知 系 统 负载 每 天用 电 量 390W ，通 过 计算 可 得 蓄电 池 容量 ：390W× 3÷ 0.75=1560Wh ， 假定系统电压为 24V， 则可得蓄电池 Ah 数为： 1560Wh÷ 24V=65Ah ； 故此可得本系统可选择电压为 24V，使用蓄电池容量为 2 块 65Ah，使用太阳能电池组件规格为 180W 至 190W 。2. 请说明扰动观测法进行最大功率点跟踪的基本工作原理并绘制其算法流程图。答： 扰动观测法是最常用的一种光伏阵列最大功率点跟踪方法之一， 其基本原理是： 扰动光伏电池输出电压，然后观察其输出功率的变化，根据输出功率的变化趋势决定下一次扰动方向。如此反复，直到光伏电池达到最大功率点，扰动观察法实际上就是让工作电压向最大功率点方向移动。3. 什么是热斑效应，有什么危害，如何避免？答：太阳能电池（组件）通常安装在地域开阔、阳光充足的地带，在长期使用中难免落上飞鸟、尘土、落叶等遮挡物， 这些遮挡物在太阳电池组件式行就形成了阴影， 但组件的其余部分仍处于阳光暴晒之下， 这样局部被遮挡的太阳能电池 （或组件） 就要由未被遮挡的那部分太阳能电池 （或组件） 来提供负载所需的功率，使该部分太阳电池如同一个工作在反向偏置下的二极管， 其电阻和压降较大， 从而消耗功率而导致发热， 这就是热斑效应。这种效应能严重地破坏太阳能电池，严重的可能使焊点融化、封装材料破坏，甚至会使整个组件失效， 为防止太阳能电池由于热斑效应而遭受破坏， 最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受屏蔽的组件所消耗。4. 简述铅蓄电池的工作原理。答： 蓄电池通过充电过程将电能转化为化学能， 使用时通过放电将化学能转化为电能。 铅蓄电池在充电和放电过程中的可逆反应理论比较复杂，目前公认的是哥来德斯东和特利浦两人提出的“双硫酸化理论” 。该理论的含义为铅蓄电池在放电后， 两电极的有效物质和硫酸发生作用， 均转变为硫酸化合物——硫酸铅； 充电时又恢复为原来的铅和二氧化铅。铅蓄电池充放电反应原理化学反应式为：PbO 2 +2H 2SO4 +Pb ? PbSO 4+2H 2O+PbSO 4正极 电解液 负极 正极 水 负极