光伏独立发电系统Word文档下载推荐.docx

1、独立运行；并网运行；太阳能Abstract ： Solar energy is a zero-emissions, clean energy, it can also be used as a practical energy which can conduct power by the of independent power generation and grid. It make a detailed elaboration to system of solar photovoltaic technology structure and the principle. The main t

2、echnical and key issues of photovoltaic power generation system is made a detailed analysis. some recommendations is put forward to the future photovoltaic technology in China.Key words ： photovoltaic power generation ； solar battery ； operational independence；Network Operation； solar energy绪论随着社会生产

3、的日益发展， 对能源的需求量不断增长， 全球范围内的能源危 机日益突出。传统的能源，尤其是煤炭、石油、天然气三大化石燃料更是有限， 不合理地使用传统能源，不仅使能源在 21 世纪内濒临枯竭，产生能源危机，还 会造成全球的环境问题。 因此，新能源应用正成为全球的热点。 太阳能作为一种 清洁的可再生能源。 太阳能开发利用的巨大潜力推动着太阳能光伏发电技术不断 向前发展。太阳能光伏发电作为可再生能源利用的重要组成部分 ,得到了众多国家政府的大力扶持。 20世纪 70年代以来 ,美国、德国、日本等国政府陆续出台相 关政策 ,加大太阳能光伏发电产业的发展力度 ,使得世界光伏发电产业高速发展。 根据欧盟联

4、合研究中心的预测 ,到2030年太阳能光伏发电在世界总电力供应中将 达到10%以上,到2040年这一比例将达到 20%以上 ,在不远的未来将成为世界能源 供应的主体。第一章 绪论1.1 光伏发电的背景及意义随着科学技术的不断发展，人类进入 20 世纪后对能源的需求也不断增长。 与此同时， 人们对保护环境的重要性也有了越来越明确的认识。 由于化石燃料的 枯竭环境的破坏所引起了温室效应、 全球变暖、 农林水产资源的减少等， 如果再 进一步恶化， 人类就会收到大自然的警告， 到时后果将不堪设想。 现在的世界能 源构成中主要的能源还是化石能源，包括石油、煤、天然气，另外还有可再生能 源核能、水能， 其

5、他的可再生能源只占微乎其微的小部分。 传统的化石能源是不 可再生的， 世界范围内发展可再生能源是解决能源危机的必经之路。 根据世界能 源协会 WE（ World Energy Counci）的预测，到2050年，世界的可再生能源将会到 达8.7TW-15.0TW（ 1012W），而到时候全社会能量总需求为 26.3 TW-33.0TW。由此可见，可再生能源在 21 世纪将会变成一种主要的新兴能源。世界上现有的 可再生能源主要是水能发电和地热能， 太阳能光伏发电和风力发电只占其中小部 分，而水电和地热能被继续开发的潜力已经微乎其微， 在未来十五年之内发展太 阳能光伏发电技术和风力发电技术就迫在眉

6、睫。 因此，无论是为了保证能源的供 应，还是为了保护生态环境， 开发利用取之不尽而又清洁的新能源已是大势所趋 1。O在地球上所能利用能量的 98.98%最初都来自太阳能。太阳能光伏发电的能 源来源于取之不尽， 用之不竭的太阳能， 是资源最丰富的可再生能源。 太阳能光 伏发电是能源的高新技术， 具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。 太阳能发电 不会给空气带来污染， 不破坏生态环境， 是一种清洁安全的能源， 同时又具有在 自然界不断生成，并能从自然界得到有规律的补充，储量巨大，取之不尽，用之 不竭，是可再生的清洁绿色能源。 充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐相 处，能为中国一直追求的和谐社会作

7、出巨大的能源支持。 20世纪 70年代，随着 能源危机的爆发， 世界各国努力发展光伏发电技术， 尤其是西方发达国家更是重 视研发。 20世纪 9 年代以来一直以 30%到 40%的速度上升， 2004年已经达到 60% 的增长速度。可以预见，太阳能的开发利用必将在 21 世纪得到长足的发展，并 终将在世界能源结构转移中担当重任，成为 21 世纪后期的主导能源。太阳能资 源开发利用有如下优点：（1） 充分的清洁性。无须论证，太阳能是真正的无污染的可持续发展的绿色 能源，这是其他任何能源都无法比拟的； 绝对的安全性。并网电压一般在 220V以下；（3）相对的广泛性。太阳能的分布范围广，对于绝大多数

8、地区具有存在的普 遍性，可就地取用；（4）使用寿命长， 易维护。 光伏电池按目前的研发技术可使用 20年以上， 并 且易于维护，不用二次投资；（5）利用灵活。既可以独立于电网运行，也可以与电网并行运行。1.2 国内外太阳能光伏发电应用的现状随着科技的进步和环保意识的增强， 清洁的绿色能源己逐渐受到了人类的重 视。其中，太阳能无疑成为最受青睐的绿色能源。太阳能的应用领域非常广泛， 但最终可归结为太阳能热利用和光利用两个方面。 太阳能可以转换成多种其它形 式的能量，比如热能、氢能、机械能、生物能、电能等等，由于电能是现代工业 中最常用的直接能源， 因此由太阳能直接转化成电能是太阳能利用中最具有前景

9、 的方式。1.2.1 世界太阳能光伏发电的发展现状20 世纪 90 年代，由于太阳电池成本的持续降低，太阳电池实行并网发电， 建立太阳能电站已经成为可， 并在全世界范围内逐渐发展。 近年来， 与住宅屋顶 相结合的太阳电池并网发电也成为重要的应用方向。 美国、欧洲和日本先后制定 了太阳能发展计划， 由政府提供部分研究开发资金和相关的产业扶持政策， 众多 国家纷纷制定雄心勃勃的发展规划， 推动光伏技术和产业的发展。 日本通产省第 二次新能源分委会提出，2010年光伏发电装机达到5GW欧盟可再生能源白皮书 及相伴随的“起飞运动” 2010年的目标是，光伏发电装机达到3GW；美国能源部 国家光伏规划的

10、目标是，光伏发电装机达到4.7GV；澳大利亚提出，2010年光伏 发电装机达到0.75GW因此，世界光伏产业有了突飞猛进的发展，从 1997年至 2001 年，年的平均年增长率达 35.5%。 2004年世界光伏电池组件的生产量达到 1194MWV比2003年的744.26MW增长60.46%。到2004年底，世界光伏发电的累 计装机容量达到4330M W近几年各国可再生能源法的颁布、快速发展的光伏屋 顶计划、各种减免税政策和补贴政策以及逐渐成熟的绿色电力价格， 为光伏市场 的发展提供了良好的基础。 光伏发电的应用领域将逐步由边远地区和农村的补充 能源向全社会的替代能源过渡。预计今后十年，太阳

11、能光电工业将以 20%- 30%的速度增长，成为世界上最具发展前景的朝阳工业之一。1.2.2 国内太阳能光伏发电的发展现状中国光伏发电产业于 20世纪 70年代起步， 1980年以前，应用项目十分有限功 率很小， 光伏电池年销售量不超过 10KW。 20世纪80年代后期， 随着几条光伏电 池生产线的引进， 光伏电池价格大幅度下降， 产量大大提高， 应用领域不断开辟 市场大为拓展。 90 年代以来，改革开放的大好形势为光伏技术的广泛应用和市 场开拓创造了有利条件，光伏电池用量每年在以 20%以上的速度递增。经过 30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。进入 21 世纪后，在“光明工程”先 导项

12、目和“送电到乡” 工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下， 我国光伏 发电产业迅猛发展。2003年底，中国光伏发电的累计装机容量约达 55MW到 2007 年年底，全国光伏系统的累计装机容量达到 100MW， 2008年太阳能电池的产量达 到了 2000MV虽然近几年我国太阳能发电产业取得了巨大的进步，但是，与发达 国家相比还存在相当大的差距。 首先，我国生产规模较国外比较小、 产业链不完 整，自动化水平低。其次，平衡设备薄弱落后，特别是并网逆变器和智能控制器 差距更大。而且，专用材料的国产化程度不高，性能有待改进，光伏电池成本价 格尚高，标准规范也不够健全。 因此， 我国光伏产业在国内外市

13、场上仍面临着非 常严峻的考验2. 太阳能光伏发电的运行方式通过太阳能电池（又称光伏电池） 将太阳辐射转换为电能的发电系统称为太阳能 电池发电系统（又称太阳能光伏发电系统）2.1.1 光伏电池的发电原理太阳能光伏发电的原理主要是利用半导体的光生伏特效应。 太阳能电池实际上是由若干个PN结构成。当太阳光照射到PN结时，一部分光被反射，其余部分 被PN结吸收，被吸收的辐射能有一部分变成热能，另一部分以光子的形式与组 成PN结的原子价电子碰撞，产生电子空穴对，在PN结势垒区内建电场的作用下， 将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空 穴。这样在PN结附近就形成与内建电场方

14、向相反的光生电场。光生电场除一部 分抵消内建电场外，还使P区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层产 生光生电动势，这种现象称为光生伏特效应。如图 2.3所示。若分别在P区和N 区焊上金属引线，接通负载，在持续光照下，外电路就有电流通过，如此形成一 个电池元件，经过串并联，就能产生一定的电压和电流，输出电能，从而实现光 电转换3。（a）平衡时 （b） 光照时图2.3 PN结光生伏特效应原理图。其发电系统可以分为：独立运行和并网运行两种方式。2.1太阳能独立运行光伏系统图1为一独立光伏发电系统的结构示意图，光伏发电系统由太阳能电池、 阻塞 二极管、调节控制器和蓄电池组成（如下图）。图1太阳能

15、光伏发电系统独立运行结构示意图光伏电池 MTTT控制 蓄电池 直济负载图2独立式光伏发电系统2.1.1太阳能电池方阵太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件 ，其光电转换效率、各项参数指标的优劣直接代表了整个光伏发电系统的发电性能，电池板尺寸大小的选 择服从太阳能光伏阵列造型由单体太阳能电池封装成满足一定电压和功率的小 组合，根据需要可由小组合构成太阳能电池光伏发电系统方阵 ，太阳能电池方阵工作电压一般为负载工作电压的1.4倍。2.1.2阻塞二极管阻塞二极管，又称阻塞二极管。其作用是避免太阳能方阵不发电或出现短路 故障时，蓄电池通过太阳能电池放电。它串联在太阳能电池方阵电路中 ，起单向导通

16、的作用。2.1.3储能蓄电池组太阳能电池方阵只有在光照射工作，有功率输出，到晚上或阴雨天由于没有光 线而不能输出功率，平时将太阳能电池方阵有光时发的电能储存起来，供晚上或雨 天无光照时应用，所以太阳能光伏发电系统要装备储能蓄电池。太阳能光伏发电 系统中的储能蓄电池具体有两个方面的作用：一是储能；二是确定太阳能光伏发 电方阵的工作点和起到一定钳位和稳定作用，不管方阵电压随光照如何变动，输出 电压一定被钳位在蓄电池电压上。应用最广、数量最多的蓄电池是铅酸蓄电池。2.1.4调节控制器调节控制器是光伏发电系统的核心部件之一。 其主要功能是防止方阵对蓄电 池过充电或防止蓄电池对负载过放电。太阳能光伏发电

17、系统 ，电力是并入电网使用,必须设置控制调节转换装置，调节控制器又起到以下的作用：（1）当蓄电池过充 或过放时，可以报警或自动切断电路，保护蓄电池。（2）接需要设置高精度的恒压或 恒流装置。（3）当蓄电池有故障时，可以自动切换接通备用蓄电池，以保证负载正常 用电。（4）当负载发生短路时，可以自动断开。（5）与交流电网同步以保证并网的可 靠性。2.2太阳能并网运行光伏系统并网光伏发电系统是与电网相连，并向电网馈送电能的光伏发电系统。可分 为集中式大型联网光伏系统和分散式小型联网光伏系统。 系统主要由太阳能电池方阵、联网逆变器和控制器三大部分组成。利用蓄电池和太阳能电池构成独立的 供电系统来向负载

18、提供电能，当太阳能电池输出电能不能满足负载要求时，由蓄电 池来进行补充，而当其输出的功率超出负载需求时，将电能储存在蓄电池中；将 太阳能电池控制系统和电网并联，当太阳能电池输出电能不能满足负载要求时，由 电网来进行补充；而当其输出的功率超出负载需求时，将电能输送到电网中。图3是一个太阳能光伏并网发电系统示意图，该系统由太阳能、光伏阵列、 双向直流变换器、蓄电池或超级电容和并网逆变器构成（如下所示） 。图3太阳能光伏发电系统并网发电运行系统示意图2.2.1太阳能并网运行光伏系统分类根据联网系统是否允许通过供电区变压器向主电网馈电可分为： 可逆流和不可逆流联网光伏发电系统。可逆流系统是在光伏系统产

19、生剩余电力时将该电能送 入电网，由于同电网的供电方向相反，故称为逆流；当光伏系统电力不够时，贝U 由电网供电。不可逆流系统是指不会出现光伏系统向电网输电的情况， 当光伏系统由于某种特殊原因产生剩余电能时，通过某种手段加以处理或放弃。根据联网光伏系统是否配置贮能装置，分为有贮能装置和无贮能装置联网光 伏发电系统。配置少量蓄电池的系统，称为有贮能系统。不配置蓄电池的系统， 称为无贮能系统。有贮能系统主动性较强，当出现电网限电、掉电、停电等情况 时仍可正常供电。2.2.2逆变器逆变器是将直流电变换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池发出的是 直流电，当负载是交流负载时，逆变器是不可缺少的。逆变器按

20、运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。 独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发 电系统，将发出的电能馈入电网， 为独立负载供电。 并网逆变器用于并网运行的 太阳能电池发电系统，将发出的电能馈入电网。参考文献1沈国良 赵旭升 . 太阳能光伏发电系统的原理及其发展 . 科技创新导报， 2008.2张兴然 . 太阳能光伏发电技术研究 . 天津工程师范学院学报 ,2009.3吕贝 邱河梅 张宇. 太阳能光伏发电产业现状及发展 .华电技术， 2010.4胡兴军. 太阳能光伏发电产业发展综述 .上海电力， 2008.5尹 淞. 太阳能光伏发电主要技术与进展 . 中国电力企业联合会科技服务 中心,2

21、009.6杨忠 . 太阳能光伏发电现状与发展趋势 . 金陵科技学院学报 ,2008.7潘柏英 . 太阳能光伏发电系统的设计 . 湖州师范学院学报 ,2008.8唐征岐 虞辉. 太阳能光伏发电系统应用技术 .上海电力， 2008.9殷志刚. 太阳能光伏发电材料的发展现状 . 可再生能源 ,2008.10袁晓 赵敏荣 胡希杰 吕玉龙 . 太阳能光伏发电并网技术的应用 ,2006.11马一鸣 . 太阳能光伏发电的应用技术 . 沈阳工程学院学报 （ 自然科学 版）,2008.12.李俊峰.中国光伏发电商业化发展报告M.中国环境科学出版 社.2001:1-6;13. 王长贵.世界光伏发电技术现状和发展趋势 M. 新能源.2000. 1 2:4-1 0;14. 张峰. 太阳能光伏发电控制系统的研究与实现 D. 华北电力大学 .2009;15. 朱磊. 深圳市光伏幕墙技术性能与技术应用的研究 D. 重庆大学 .2007;16. 杨金焕等 . 太阳能光伏发电应用技术 M. 电子工业出版社 .2009:27-32;17. 汪进进.光伏并网控制方法和系统的研究 D. 合肥工业大学 .2008;18.余世杰.带有MPPT功能的光伏阵列 MATLA通用仿真模型M.2005:1-4;