太阳能电池组设计

太阳能并网研究前言尽管寻找新能源的工作已经有相当的历史了， 但是世界性的环境污染和能源短缺已经迫使人们更加努力的寻找和开发新能源。 在寻找和开发新能源的过程中， 人们很自然的把目光投向了各种可再生的替代能源。 光伏发电就是其中之一。 虽然光伏发电的实际应用存在着种种的局限， 但是随着光伏发电成本的降低和矿物发电成本的提高以及矿物能源的减少， 总有一天光伏发电的成本将会与传统发电成本相当。到时侯，光伏发电将逐步进入商业化阶段。我国光伏产业正以每年 30%的速度增长。最近三年全球太阳能电池总产量平均年增长率高达 49.8%以上。 按照日本新能源计划、 欧盟可再生能源白 皮书、 美国光伏计划等推算， 2010年全球光伏发电并网装机容量将达到 15GW(1500 万千瓦，届时仍不到全球发电总装机容量的 1%)，至 2030 年全 球光伏发电装机容量将达到 300GW( 届时整个产业的产值有可能突破3000 亿美元 )，至 2040 年光伏发电将达到全球发电总量的 15%-20% 。按此计 划推算，2010-2040 年，光伏行业的复合增长率将高达 25%以上（参看资料： 15） 。其中并网应用会有较大的发展，从而形成并网发电 (约 46%)、 离网供电 (约 27%)和通讯站 (约 21%) 3 个主要应用领域一、 我国太阳能发电产业的发展前景现如今， 越来越多的投资者投身这一风险投资， 太阳能行业发展可谓是一片光明， 世界各国纷纷投入巨资，用来扶持太阳能发电产业。意大利针对目前气候变化，采取一系列激励计划和措施，预计 2020 年太阳能发电市场将以四倍的增长速度达到 300 亿瓦的产能。英国融资专家 AD-ECO与约克郡太阳能系统安装商之间 12 亿英镑协议项目， 该项目可使居住在地方议会地区和公共住房地区的 20 万英国公民免费享有太阳能屋顶系统的免费安装。 20 万住户光伏屋顶系统的安装，同时也将为英国政府关于到 2025 年减少温室气体排放量 50%目标做出重大贡献。印度某能源公司宣布将于拉贾斯坦邦 (Rajasthan) 的博克兰市建设一座 100MW的太阳能发电项目，预计总造价为 135亿卢比。在我国，“十二五”期间，昆明将对 110 千伏及以下配电网进行建设及改造，总投资107.2 亿元。“十二五”期间昆明市电网规划新建 110 千伏变电站 49 座，规划新建 35 千伏变电站 27 座，新建 110 千伏线路 1173.52 千米， 35 千伏线路 1123 千米。“十二五”期间，昆明市将利用太阳能资源丰富的优势，大力建设太阳能发电项目。在昆明城区规划新建 3座垃圾焚烧发电厂。预计至 2015 年昆明市电源装机规模将达到 3498 兆瓦。二、太阳能光伏电源系统的组成及运行机理太阳能电池发电系统是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流 /交流逆变器等部分组成，其系统组成如下：三、太阳能光伏发电系统的应用——并网发电1、太阳能光伏发电系统对逆变电源的要求（ 1）要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变电源的效率。（ 2）要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护， 这就要求逆变电源具有合理的电路结构， 严格的元器件筛选， 并要求逆变电源具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热，过载保护等。（ 3）要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化， 蓄电池虽然对太阳电池的电压具有钳位作用， 但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动， 特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大， 如１２Ｖ蓄电池，其端电压可在１０Ｖ～１６Ｖ之间变化， 这就要求逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。（ 4）在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗， 许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备， 这些设备对电网品质有较高的外，当中、 大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免铎公共电网的电力污染，也要求逆变电源输出正弦波电流。2、太阳能并网发电结构示意图下图为并网型光伏系统组成示意图，其主要包括两大主要部分： 其一，太阳能电池组件。 将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能； 其二， 太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。 根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。3、太阳能并网的组成（ 1）太阳能电池板太阳能电池板主要有：晶体硅电池板（多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池）、非晶硅电池板 （薄膜太阳能电池、 有机太阳能电池） 、 化学染料电池板 （染料敏化太阳能电池） 、柔性太阳能电池，这几类，其中，美国伦斯勒理工学院研究人员 2008 年开发出一种新型涂层，将其覆盖在太阳能电池板上能使后者的阳光吸收率提高到 96.2% ，而普通太阳能电池板的阳光吸收率仅为 70% 左右。（ 2）控制器下图为太阳能控制器的电路拓扑结构， 从原理上说是以及升压斩波器， 通过调整开关器件 S 的占空比，调节电池板的等效负载阻抗，实现对电池板的最大功率跟踪功能。（ 3）逆变器太阳能逆变器的电路拓扑如下图所示， a)是单相并网逆变器电路拓扑， b)是三相并网逆变器电路拓扑。 从电路拓扑结构上看属于电压型控制逆变电路。 从控制方式上属于电流控制型电路。（ 4）监视保护装置监控保护单元的主要作用有：①光伏并网系统作为接入电力系统的装置，需要设定合理的保护措施 保护发电设备的安全以及电网的安全；②孤岛效应会产生很多不良影响，光伏系统作为分布式发电系统的典 型代表，如何准确测定孤岛效应也是监控保护单元的重要作用；③太阳能光伏电站尤其是大规模的光伏电站往往建设在荒漠和无人 区，智能电量管理和系统状况检测上报也是光伏发电系统需要重点考虑的因素。四、总结通过本次实验，本人基本上熟悉了 Silicon Laboratories 的 C8051f020 单片机，充分锻炼了动脑与动手能力。 从每个模块的调试， 到整个系统的搭建， 到最后调试， 充分感受到实践的重要性和过程的艰难性， 正是整个过程自己脚踏实地的一步一步的走过来才获得了成功， 通过此次设计，自己提高了动脑动手能力，能将所学的理论知识同实践真正的结合到一起。这次毕业设计， 作者收益颇丰。 在本次毕业设计中， 作者进一步加强了自己的动手能力和运用专业知识的能力， 从中学习到如何去思考和解决问题， 以及如何灵活地改变方法去实现设计方案；特别是深刻体会到软件和硬件结合的重要性，以及两者的联系和配合作用。总之，这次毕业设计使自己获得了很大的锻炼。