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文檔簡介
1、新能源及其發(fā)電技術基礎,主 講: 賈振國,長春工程學院能源動力學院 電廠自動化與仿真教研室,2.2 太陽能電池基本原理,2.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設備構成,2.4 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng),2.5 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),2.6 太陽能衛(wèi)星發(fā)電系統(tǒng)簡介,2.1 太陽能光伏發(fā)電概述,第二章:太陽能光伏發(fā)電技術基礎,內 容 提 要,2.1 太陽能光伏發(fā)電概述,第二章:太陽能光伏發(fā)電技術基能,開發(fā)和利用太陽能的原因及目標,一、太陽能的利用形式,太陽能發(fā)電,如光伏發(fā)電 太陽能熱利用,如太陽能熱水器 太陽能動力利用,如熱汽機斯特林發(fā)動機 太陽能光化利用,如光解制氫 太陽能生物利用,如速生植物 太陽能光-光利用,如太空
2、反光鏡,二、太陽能發(fā)電,1、光伏發(fā)電,1)光生伏打效應(光伏效應,2)太陽能電池:具有光伏效應的器件,2、光感應發(fā)電,利用某些高分子團吸收太陽的光能后變成“光極化偶極子”的現(xiàn)象,分別將積聚在其兩端的正負電荷引出,即得到光電流,3、光化學發(fā)電,浸泡在溶液中的電極受到光照后,電極上有電流輸出,4、光生物發(fā)電,葉綠素在光的照射下能夠產生電流,“葉綠素電池,三、太陽能光伏發(fā)電的歷史和現(xiàn)狀,1839年:光伏效應發(fā)現(xiàn),1954年:第一塊單晶硅電池問世,1958年:太陽能電池首次應用于太空,美國先鋒1號衛(wèi)星,1978年:美國建成 100KW 光伏電站,1983年:美國建成 1MW 光伏電站,1986年:美國
3、建成 6.5MW 光伏電站,1990年:德國提出“2000光伏屋頂計劃”,家庭屋頂35KW光電,1997年:美國提出“克林頓百萬光伏屋頂計劃,1998年:荷蘭提出“百萬光伏屋頂計劃,2000年:世界光伏電池產量287MW,2004年:中國已建10個規(guī)模光伏電池廠,年產100MW,四、太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)缺點,1、主要優(yōu)點,2、主要缺點,1)結構簡單,體積小且輕,2)易安裝,易運輸,建設周期短,3)易啟動,維護簡單,隨時使用,4)清潔,安全,無噪聲,5)可靠性高,壽命長,6)太陽能無處不有,應用廣泛,7)降價速度快,償還周期短,1)能量分散,占地面積大 1MW 占地10000m2,2)間歇性大,受
4、晝夜及云 層變化影響,3)地域性強,受地理位置, 氣候變化影響,五、太陽能光伏發(fā)電的應用,1、聯(lián)網(wǎng)發(fā)電,2、獨立系統(tǒng),3、微功率系統(tǒng),4、光電探測器,集中式聯(lián)網(wǎng)光伏電站,分布式聯(lián)網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)(屋頂式35KW,太陽能空間電站,人造衛(wèi)星光伏電源,光伏汽車,光伏船艇,電視衛(wèi)星接收站光伏電源,信號燈,航標等光伏電源,光伏充電器,光伏收音機,光伏鐘表,光伏計算器,光伏玩具,光伏教具,光伏照相機,光伏醫(yī)療儀器,六、中國光伏發(fā)電現(xiàn)狀,1、1958年起步,2、70年代,研制出空間光伏電源及地面應用,3、1977年,光伏電池產量1.1KW,200元/W, 效率610,4、1987年,光伏電池產量100KW,4
5、045元/W, 效率 812,5、2000年底,光伏電池產量8.5MW,3540元/W,6、2004年8月,光伏電池產量100MW,2325元/W,7、國家計委“中國光明工程,8、西部7省區(qū)“無電鄉(xiāng)通電光伏發(fā)電工程,七、產品應用,1、家用光伏發(fā)電系統(tǒng),2、在駐軍海島應用,3、太陽能草坪燈,3、太陽能草坪燈,4、太陽能路燈及時鐘,5、太陽能標志燈,6、太陽能涼帽,7、太陽能光伏提水系統(tǒng),600Wp光伏提水系統(tǒng)配置:太陽電池組件:STP050-1212塊 充電控制器:Solarix 30A1臺 免維護蓄電池:NP150-124塊 逆變器:SPM500-2241臺 輸出電壓:220VAC 日發(fā)電量:
6、1.8KWh 日提水量:30m3/揚程20m,100KWp并網(wǎng)型光伏供電系統(tǒng)配置太陽電池組件:SPS100-121000塊 并網(wǎng)逆變器:SPBW5K20臺 輸出電壓:220VAC 日發(fā)電量:350KWh,9、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),10、自動跟蹤太陽能光伏電站落戶濟南,11、太陽能光伏發(fā)電與2008奧運,天安門前的光伏交通燈,奧運村主干道太陽能路燈,北京豐臺體育中心奧運會棒球館27KW太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),11、太陽能光伏發(fā)電與2008奧運,2.2 太陽能電池基本原理,一、太陽能電池的基本原理,二、太陽能電池制造工藝簡介,1、硅材料的制備,2、太陽能電池的制造,2.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設備構成,一
7、、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類,1、按是否聚光分,2、按供能方式分,二、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設備構成,太陽能 電池組件 (Solar Panels,貯能蓄電池組 (Battery,太陽能控制器 (Solar Controller,直流-交流 逆變器 (Inverter,12V/24V/48V DC,110V/220V AC,1、太陽能電池組件,1)太陽能電池組件與太陽能電池方陣,組件:具有外部封裝及內部連接、能單獨提供直流電輸 出的最小不可分割的太陽能電池組合,方陣:由2個或2個以上太陽能電池組件在機械和電氣上 按一定方式組裝在一起,并且有固定的支撐結構 的支流發(fā)電單元,2)作用,是太陽能發(fā)電系統(tǒng)
8、中的核心部分,也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能,或送往蓄電池中存儲起來,或推動負載工作。太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質量和成,3)太陽能電池組件結構,二、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設備構成,2、貯能蓄電池組,一般為鉛酸電池,小微型系統(tǒng)中,也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來,到需要的時候再釋放出來,3、DC-AC逆變器,整流:將交流電AC轉換成直流電DC的過程為整流,其設 備稱為整流器。 逆變:將直流電DC轉換成交流電AC的過程為逆變,其設 備稱為逆變器,二、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設備構成,4、太陽
9、能控制器,控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài),并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方,合格的控制器還應具備溫度補償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項,控制器分類,常規(guī)邏輯控制方式控制器,模擬電路,數(shù)字電路,計算機控制器(監(jiān)控系統(tǒng),單片機,PLC,工控機,控 制 器 主 要 功 能,防止蓄電池過充電和過放電,防止太陽能電池方陣、蓄電池極性接反,防止負載、控制器、逆變器等內部短路,雷擊引起的擊穿保護,光伏系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示,光伏系統(tǒng)信息,最優(yōu)化的系統(tǒng)能量管理,光伏系統(tǒng)故障報警,光伏系統(tǒng)遙測、遙控、通信功能等,2.4 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng),一、何謂獨立光伏發(fā)電系統(tǒng),獨
10、立光伏發(fā)電系統(tǒng)是指僅僅依靠太陽能電池供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)或主要依靠太陽能電池供電的光伏發(fā)電系統(tǒng),二、結構和工作原理,1、系統(tǒng)結構形式,直流光伏系統(tǒng),交流光伏系統(tǒng),混合光伏系統(tǒng),根據(jù)負載特點分,直流光伏系統(tǒng),2、基本工作原理,交流光伏系統(tǒng),2、基本工作原理,混合光伏系統(tǒng),2、基本工作原理,三、獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)設計流程,容量設計,電氣設計,機械結構設計,建筑設計,熱力設計,放火、防雷等安全設計,可靠性設計,包裝、運輸、安裝及調試運行設計,維修檢測設計,經(jīng)濟成本核算及效益分析設計,失電小時數(shù),確定方陣最佳傾角,負載模型,蓄電池放電模型,控制逆變單元設計,貯能及輸配電設計,遙測、遙控、遙信設計,電氣安全
11、設計,環(huán)境溫度模型,2.5 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),一、何謂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),太陽能電池所發(fā)的直流電經(jīng)過逆變裝置變換成交流電,再同電網(wǎng)的交流電合起來應用,這種形式的光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),二、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式,住宅式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),集中式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),有倒流系統(tǒng),無倒流系統(tǒng),低壓并網(wǎng)系統(tǒng),高壓并網(wǎng)系統(tǒng),1、按布置形式分,2、按電流方向分,3、按電壓等級分,有 倒 流 系 統(tǒng),無 倒 流 系 統(tǒng),三、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設備構成,1、太陽能電池方陣,一般10KW需要7080平方米場地,2、并網(wǎng)逆變器,逆變器+并網(wǎng)保護器,2.6 太陽能衛(wèi)星發(fā)電系統(tǒng)簡介,一、系統(tǒng)結構框圖,二、系統(tǒng)組成示意圖,2.7 太陽能光伏發(fā)電在中國,一、遼寧建昌貧困無電山區(qū)獨立家用太陽能光伏電源系統(tǒng)示范工程簡介,二、西藏措勤20KW獨立光伏電站簡介,三、5KW并網(wǎng)光伏發(fā)電試驗系統(tǒng)簡介,四、10KW并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介,1、項目背景,2001年11月北京科委下達北京太陽能研究所項目,2、系統(tǒng)構成,1)10KW太陽能電池方陣 (2)太陽能電池直流配電盤 (3)10KW并網(wǎng)光伏逆變器 (4)10KW并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)顯示板,2、電能質量綜合測試數(shù)據(jù),五、華能南
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