光伏发电应用设计

2017 ~ 2018 学年第一学期《光伏发电应用技术》题 目：光伏发电专 业： 14 自 动 化班 级：自 动 化 2 班学 号： 1409111109 姓 名：刘 梓楠电气工程学院2017 年 9 月 30 日光伏发电光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。 太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置 。分为 独立光伏发电，并网光伏发电，分布式光伏发电。由电池方阵，蓄电池组，控制器，逆变器，跟踪系统组成。他的优点在于： 1. 无枯竭危险； 2.安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）； 3. 不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势，例如，无电地区， 以及地形复杂地区； 4. 无需消耗燃料和架设输电路线即可就地发电供电；能源质量高；使 5. 用者从感情上容易接受； 6. 建设周期短，获取能源花费的时间短。光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。 这种技术的关键元件是太阳能电池。 太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件， 再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。太阳能光伏发电系统结构图一个太阳能电池只能产生大约 0.5 伏的电压， 远低于实际使用所需电压。 为了满足实际应用的需要， 需要把太阳能电池连接成组件。 太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池， 这些太阳能电池通过导线连接。 如一个组件上， 太阳能电池的数量是 36 片，这意味着一个太阳能组件大约能产生 17 伏的电压。通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件， 具有一定的防腐，防风，防雹，防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时， 可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。太阳能电池组 太阳能控制器 蓄电池组逆变器交流负载直流负载太阳能电池组太阳能电池组是太阳能发电系统中的核心部分， 也是太阳能发电系统中价值最高的部分。 其作用是将太阳能转化为电能， 或送往蓄电池中存储起来， 或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。一般我们将光伏系统分为独立系统、 并网系统和混合系统。 如果根据太阳能光伏系统的应用形式， 应用规模和负载的类型， 对光伏供电系统进行比较细致的划分。 还可以将光伏系统细分为如下六种类型： 小型太阳能供电系统 （ Small DC） ；简单直流系统（ Simple DC）；大型太阳能发电系统（ Large DC）；交流、直流供电系统 （ AC/DC ） ； 并网系统 （ Utility Grid Connect ） ； 混合供电系统 （ Hybrid ） ；并网混合系统。独立系统未与公共电网相联接， 又称为独立太阳能光伏发电系统。 主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所，如为边远农村、海岛、通信中继站、边防哨所等公共电网难以覆盖的场合提供电源。小型太阳能供电系统 / 新村建设电站系统该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小， 整个系统结构简单， 操作简便。 其主要用途是一般的家庭户用系统， 各种民用的直流产品以及相关的娱乐设备。 如在我国西部地区就大面积推广使用了这种类型的光伏系统， 负载为直流灯，用来解决无电地区的家庭照明问题。简单直流系统 / 太阳能供电系统该系统的特点是系统中的负载为直流负载而且对负载的使用时间没有特别的要求， 负载主要是在白天使用， 所以系统中没有使用蓄电池， 也不需要使用控制器， 系统结构简单， 直接使用光伏组件给负载供电， 省去了能量在蓄电池中的储存和释放过程，以及控制器中的能量损失，提高了能量利用效率。其常用于PV水泵系统、一些白天临时设备用电和一些旅游设施中。大型太阳能供电系统 / 太阳能项目投资建设这种光伏系统仍然是适用于直流电源系统， 但是这种太阳能光伏系统通常负载功率较大， 为了保证可以可靠地给负载提供稳定的电力供应， 其相应的系统规模也较大， 需要配备较大的光伏组件阵列以及较大的太阳能蓄电池组， 其常见的应用形式有通信、遥测、监测设备电源，农村的集中供电，航标灯塔、路灯等。我国在西部一些无电地区建设的部分乡村光伏电站就是采用的这种形式， 中国移动公司和中国联通公司在偏僻无电网地区建设的通讯基站也有采用这种光伏系统供电的。如山西万家寨的通讯基站工程。交直流供电系统这种光伏系统能够同时为直流和交流负载提供电力， 在系统结构上比上述三种系统多了逆变器， 用于将直流电转换为交流电以满足交流负载的需求。 通常这种系统的负载耗电量也比较大， 从而系统的规模也较大。 在一些同时具有交流和直流负载的通讯基站和其它一些含有交、直流负载的光伏电站中得到应用。并网系统与公共电网相联接， 共同承担供电任务。 它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段， 成为电力工业组成部分的重要方向， 也是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。这种太阳能光伏系统最大的特点就是光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入市电网络，并网系统中 PV方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，光伏阵列没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。 因为直接将电能输入电网， 免除配置蓄电池， 省掉了蓄电池储能和释放的过程， 可以充分利用 PV方阵所发的电力从而减小了能量的损耗，并降低了系统的成本。但是系统中需要专用的并网逆变器， 以保证输出的电力满足电网电力对电压， 频率等指标的要求。 因为逆变器效率的问题， 还是会有部分的能量损失。 这种系统通常能够并行使用市电和太阳能光伏组件阵列作为本地交流负载的电源。 降低了整个系统的负载缺电率。而且并网 PV 系统可以对公用电网起到调峰作用。但是，并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统， 对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染，孤岛效应等。混合系统光伏系统可与生物质能发电系统、 风力发电系统或柴油发电系统等其他发电系统组合，以保证持续的电力供应。混合系统可以采取并网或离网的形式。混合供电系统这种太阳能光伏系统中除了使用太阳能光伏组件阵列之外， 还使用了油机作为备用电源。使用混合供电系统的目的就是为了综合利用各种发电技术的优点，避免各自的缺点。 比方说， 上述的几种独立光伏系统的优点是维护少， 缺点是能量的输出依赖于天气， 不稳定。 综合使用柴油发电机和光伏阵列的混合供电系统和单一能源的独立系统相比就可以提供不依赖于天气的能源。结论太阳能作为一种无污染的可再生能源将是下世纪人类能源利用的重要来源。结合前人的研究， 查阅大量的资料， 由太阳能的利用方式入手引出光伏系统， 对光伏发电系统的组成结构， 个别光伏组件功能、 优缺点， 光伏发电系统的运作方式进行了深入的探讨及说明。对三种主要的运作系统：独立系统、并网系统、混合系统进行比较体现出混合系统在环境、气候等因素方面的优越性。由于时间所限， 本文仅简单设计了逆变器主回路和控制回路， 并未对光伏发电系统各组成部分以及系统的各类运行方式进行更为深入的研究。 本论文旨在对某些部件以及某些运行方式特点的讨论说明， 对于光伏系统实际运行中存在的几大问题没有予以深入研究， 例如控制输出电流与电网电压同频同相的问题以及逆变器反孤岛效应检测控制的实现， 在实际独立光伏发电系统中， 这两个核心问题显然不容忽视，有待后期进一步的研究工作。