太阳能光伏发电原理及关键设备

太阳能光伏发电原理及关键设备 （中环工程公司新能源事业部 史君海） 2009年 10 月 24 日 光伏电池、逆变器与跟踪器 ——引言 首先探讨光伏电池原理，重点掌握光伏电池伏安特 性。 在此基础上，学习光伏并网逆变器原理，重点把握波 形控制、 MPPT 原理和反孤岛控制。 在掌握光电池原理基础上，讨论跟踪器工作原理，重 点把握各类跟踪器提高光伏发电量的作用。 目目 录录 一、太阳能光伏发电原理 二、光伏并网逆变器 三、太阳能 跟踪器 一一 、、 太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电 原原 理理 1. 典型并网光伏发电系统原理 2. 光伏电池原理 3. 光伏电池电气特性 1.典典 型型 并并 网网 光光 伏伏 发发 电电 系系 统统 原原 理理 太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电 原原 理理 与建筑结合的并网光伏发电系统（ BIPV） 特点： 1、并网点在配 电侧； 2、采用 “可逆流 ”并网 方式（电流是双向 的，可以从电网取 电，也可以向电网送 电）； 3、分 “上网电价 ”并网 方式（双价制）和 “净 电表计量 ”方式（平价 制）。 ①太阳电池 ②开关 /保护 /防雷 ③电缆 ④并网逆变器 ⑤电度表（光伏电量） 1.典典 型型 并并 网网 光光 伏伏 发发 电电 系系 统统 原原 理理 并网光伏发电站 太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电 原原 理理 1、光伏电池 2、跟踪器 3、汇流箱 4、直流屏 5、逆变器 6、升压站 7、其它设备 2.光光 伏伏 电电 池池 原原 理理 太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电 原原 理理 工作过程 : 太阳电池 (solar cell)是以半导体制成的，将太阳光照射在其 上，太阳电池吸收太阳光后，能透过 p型半导体及 n型半导体使其产生电子 (负 ) 及 空穴 (正 )，同时分离电子与空穴而形成电压降，再经由导线传输至负载 2.光光 伏伏 电电 池池 原原 理理 太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电 原原 理理 1. 光能到电能转换只有在 P-N 结界面活性层 发生。并且一个光 子只能激发出一个电子 - 空穴对。 2. 具有足够能量的光子进入 P-N 结区附近才 能激发电子 -空穴对。（硅电池，光波长小 于 1.1um 可见光） 3. 温度升高， P-N 结界面活性层变薄，造成 电池电压降低、光能到电能转换能力降低 太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电 原原 理理 2.光光 伏伏 电电 池池 原原 理理 (电电 池池 \组组 件件 \阵阵 列列 ) 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 3.光光 伏伏 电电 池池 组组 件件 电电 气气 特特 性性 –预预 备备 知知 识识 直流电是指 方向不随时间发生改变 的 电流，但电流大小可能不固定，而产 生波形。 3.光光 伏伏 电电 池池 组组 件件 电电 气气 特特 性性 太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电 原原 理理 3.光光 伏伏 电电 池池 组组 件件 电电 气气 特特 性性 太阳电池的 I-V特性及功率曲线 太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电 原原 理理 太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电 原原 理理 3.光光 伏伏 电电 池池 组组 件件 电电 气气 特特 性性 标准测试条件 STC (AM=1.5, P0=1000W/m2,T=25C) 转换效率 k=Pm/Pa=(Im*Um)/(P0*Aa), 填充 因子 FF= Pm/Pc=(Im*Um)/(Isc*Voc), 太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电 原原 理理 3.光光 伏伏 电电 池池 组组 件件 电电 气气 特特 性性 二二 、、 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 1. 从 “名字 ”谈起 2. ‘逆变器 ’重要么？ 3. 相关交流电知识 4. 并网逆变器系统 5. 逆变原理（波形控制） 6. ＭＰＰＴ原理 7. 反孤岛效应 8. 逆变器技术指标 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 １１ .从从 “名名 字字 ”谈谈 起起 逆变器 是把直流电能逆变为交流电能的电力电 子设备。 并网 逆变器输出侧接入电网，要求逆变器输 出电流波形符合电网要求 光伏 光伏电能输入逆变器，要求逆变器跟踪 光伏电池最大功率点（ＭＰＰＴ） 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 ２２ .逆逆 变变 器器 重重 要要 么么 ？？ 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 ２２ .逆逆 变变 器器 重重 要要 么么 ？？ 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 ２２ .逆逆 变变 器器 重重 要要 么么 ？？ 结论：具有逆变、并网、光伏 MPPT、监 测控制、网络 通信等功能 ,工作特性决定 电站性能，非常重要，是光伏并网发电 系统核心部件 ,具有很高经济价值。 3.相相 关关 的的 交交 流流 电电 知知 识识 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 交流电也称 “交变电流 ” ，简称 “交流 ”。一般指 大小和方向随时间作周 期性变化的电压或电流 。 锯齿 形波 (sawtooth wave) 正弦波 (sine wave) 方形波 (square wave) 3.相相 关关 的的 交交 流流 电电 知知 识识 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 u(t)  2U sin(2ft ) 对任意交流电压频率固定，例如： f 50Hz . U U         同样，对任意交流电流，频率固定： . (t)  2I sin(2ft ) Im sin(2ft ) I I 3.相相 关关 的的 交交 流流 电电 知知 识识 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器          U˙ RI˙ 3.相相 关关 的的 交交 流流 电电 知知 识识 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 X L L 2fL 3.相相 关关 的的 交交 流流 电电 知知 识识 C 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 1 1 XC C 2fC U˙ jX I˙ 90o XcI90o U 0o 3.相相 关关 的的 交交 流流 电电 知知 识识 R L C 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 U˙ U˙ U˙ U˙ RI˙ jX L I˙ jXC I˙ RI˙  ZI˙ j( X L  XC )I˙ arctan X L X C R 3.相相 关关 的的 交交 流流 电电 知知 识识       ） 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 将电压三角形的各个边乘以电流 I，就可得到功率三角形。 P＝ UR I＝ S cos （ W） Q＝ QL－ QC=S sin （ var） P S＝ U I＝ P 2 Q 2 ＝ （ VA cos 阻抗三角形、电压三角形和功率三角形是分析计算 R、 L、 C串联或其中两种元件串联的重要依据。 功率因数：   P S  cos  4.光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 系系 统统 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 4.光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 系系 统统 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 5.逆逆 变变 原原 理理 （（ 输输 出出 电电 流流 波波 形形 控控 制制 ）） 光光 伏伏 并并 网网 逆逆 变变 器器 图 逆变器简化原理图