光伏發(fā)電知識點匯總課件

1、簡述太陽能光伏發(fā)電李云峰電力電子與電力傳動2太陽能光伏發(fā)電的背景與意義光伏發(fā)電的歷史、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r光伏發(fā)電的概念，系統(tǒng)的構(gòu)成光伏電池及其特性光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類、運用光伏發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)問題光伏發(fā)電的前景展望目錄能源是人類社會發(fā)展的動力來源。隨著傳統(tǒng)化石能源的逐漸枯竭，綠色可再生能源得到迅猛的發(fā)展。近十年來，太陽能光伏(Photovoltaic，PV)發(fā)電技術(shù)得到了各國的不斷關(guān)注，已經(jīng)成為利用太陽能的主要方式之一。開展太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究，對于緩解能源和環(huán)境問題，改善能源消耗結(jié)構(gòu)，提高分布式發(fā)電系統(tǒng)性能，開拓光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，具有重大的理論和現(xiàn)實意義。3背景與意義無枯竭危險；安全可靠，無噪聲，無

2、污染排放外，絕對干凈；不受地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢；例如，無電地區(qū)，以及地形復(fù)雜地區(qū)；無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電；能源質(zhì)量高；且太陽能電池的主要原材料硅的儲量非常豐富，隨著太陽能電池研究的快進(jìn)程和轉(zhuǎn)化效率的不斷提高，光伏發(fā)電的成本也跟著下降，太陽能作為一種具有巨大開發(fā)價值的新能源，世界各國都對光伏發(fā)電技術(shù)解決人類的生態(tài)環(huán)境和能源的供應(yīng)問題抱以了很大的期望，并給予了巨大的支持，全球的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)得到了前所未有的發(fā)展。4太陽能光伏發(fā)電具有的優(yōu)點1839年法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏特效應(yīng)”，即“光伏效應(yīng)”。1932年 奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽電池。195

3、4年 恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室，首次制成了實用的單晶太陽電池，效率為6%。1978年 美國建成100kWp太陽地面光伏電站。1990年德國提出“2000個光伏屋頂計劃”，每個家庭的屋頂裝35kWp光伏電池。1997年 美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃”。1997年日本 “新陽光計劃”提出到2010年生產(chǎn)43億Wp光伏電池。1997年歐盟計劃到2010年生產(chǎn)37億Wp光伏電池。5光伏發(fā)電的歷史7德國：正在放緩新能源腳步，根據(jù)聯(lián)邦太陽能產(chǎn)業(yè)協(xié)會BSW-Solar發(fā)布的報告數(shù)據(jù)顯示，2013年德國全年新裝光伏系統(tǒng)3.3GW。受到默克爾政府補(bǔ)貼刪減幅度超過太陽能系統(tǒng)跌價速度的影響，德國太陽能

4、光伏新裝機(jī)量不到去年的一般，但德國太陽能光伏裝機(jī)總量已經(jīng)達(dá)到的令人驚訝的數(shù)字。日本：太陽能瘋狂進(jìn)行時，10GW（總裝機(jī)量）俱樂部新成員。據(jù)最新資料指出，2013年中國光伏組件對日出口額約22億美元，占比22%，日本躍居首位，成為中國光伏組件最大出口國。印度：“計劃”中的太陽能事業(yè)宏圖。作為一個極度缺電的人口大國，印度至今仍有3億人口生活在無電的狀態(tài)。對電力極度渴望，印度制定了一項項長期規(guī)劃。然而卻由于一次次的執(zhí)行推延，計劃始終流于紙面。為了實現(xiàn)到2020年單位GDP排放水平比2005年降低20%25%的目標(biāo)，印度規(guī)劃了2022年裝機(jī)量達(dá)到20GW的目標(biāo)。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽

5、電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池板（光伏陣列）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件。所以,光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉,可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護(hù)簡便。8太陽能光伏發(fā)電的概念太陽能光伏陣列：是由多個單體光伏電池串、并聯(lián)封裝后組成的。是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心。將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，是能量轉(zhuǎn)換的器件。蓄電池組：其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負(fù)載供電。逆變器：是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單

6、，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負(fù)載。跟蹤系統(tǒng)：根據(jù)安放點的經(jīng)緯度等信息計算一年中的每一天的不同時刻太陽所在的角度，將一年中每個時刻的太陽位置存儲到PLC、單片機(jī)或電腦軟件中，也就是靠計算太陽位置以實現(xiàn)跟蹤。確保太陽能電池板能夠時刻正 對太陽，使發(fā)電效率達(dá)到最佳狀態(tài)。10部分設(shè)備的作用光伏電池是利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制成，它是一種能將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換器件。 目前地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的硅太陽能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶

7、硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率低，但價格更便宜。11光伏效應(yīng)：指物體吸收光能后，其內(nèi)部能傳導(dǎo)電流的載流子分布狀態(tài)和濃度發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的電流和電動勢效應(yīng)。單晶硅光伏電池：單晶硅光伏電池是開發(fā)較早、轉(zhuǎn)換率最高和產(chǎn)量較大的一種光伏電池。但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。單晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率在我國已經(jīng)平均達(dá)到16.5%,而實驗室記錄的最高轉(zhuǎn)換效率超過了24.7%。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進(jìn)行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。多晶硅光伏電池：是以多晶硅材料為基體的光伏電池。由于多晶硅材料多以澆鑄代替了單晶硅的拉制過程，因而生產(chǎn)時間縮短，

8、制造成本大幅度降低。但是多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。非晶硅光伏電池：非晶硅太陽電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，目前國際先進(jìn)水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時間的延長，其轉(zhuǎn)換效率衰減。光伏電池及其特性12太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類獨立光伏發(fā)電也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供

9、電，還需要配置交流逆變器。獨立光伏電站包括邊遠(yuǎn)地區(qū)的村莊供電系統(tǒng)，太陽能戶用電源系統(tǒng)，通信信號電源、陰極保護(hù)、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電就是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)?？梢苑譃閹铍姵氐暮筒粠铍姵氐牟⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有可調(diào)度性，可以根據(jù)需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當(dāng)電網(wǎng)因故停電時可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)常常安裝在居民建筑；不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備可調(diào)度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統(tǒng)上。 并網(wǎng)光伏發(fā)電有集中式大型并網(wǎng)光伏電站

10、一般都是國家級電站，主要特點是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長、占地面積大，還沒有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)光伏，特別是光伏建筑一體化光伏發(fā)電，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。太陽能建筑將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。其他領(lǐng)域包括：（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設(shè)備、

11、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；（3）海水淡化設(shè)備供電；（4）衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。141517忽略溫度效應(yīng)時，光伏陣列在不同光照強(qiáng)度下的最大功率輸出點A、B、C、D、E，假設(shè)曲線L為負(fù)載特性曲線，A、B、C、D、E為相應(yīng)光照強(qiáng)度下直接匹配時的工作點。顯然，如果采用直接匹配，其陣列的輸出功率比較小。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)的整體效率，一個重要的途徑就是實時調(diào)整光伏電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程就稱之為最大功率點跟蹤（MPPT）18MPPT算法分析示意圖假設(shè)圖中曲線1和2為不同光照強(qiáng)度下光伏陣列的輸出特性曲線，B、A

12、分別為相應(yīng)的最大功率輸出點。MPPT算法的原理假定某一時刻，系統(tǒng)運行在A點。當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生變化，即光伏陣列的輸出特性曲線由2上升為曲線1時。此時，如果保持負(fù)載1不變，系統(tǒng)將運行在A點，這樣就偏離了相應(yīng)光照強(qiáng)度下的最大功率點，為了繼續(xù)追蹤最大功率點，應(yīng)當(dāng)將負(fù)載的特性由負(fù)載1變化致負(fù)載2，以保證系統(tǒng)運行在新的最大功率點B。19MPPT的實現(xiàn)方法基于優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的MPPT 控制方法：開路電壓比例系數(shù)法，短路電流比例系數(shù)法，電流掃描法基于擾動的自尋優(yōu)的MPPT 控制方法：擾動觀察法，電導(dǎo)增量法，波動相關(guān)控制法基于智能處理方法和其他非線性控制策略的MPPT 控制方法：模糊邏輯控制法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，單周控制

13、法，滑模控制法基于輸出端控制的MPPT 控制方法：負(fù)載電流/ 電壓最大法，直流側(cè)電壓下降控制法，極值周期控制法根據(jù)國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見以及光伏電站項目管理暫行辦法和分布式光伏發(fā)電項目管理暫行辦法有關(guān)要求，國家能源局日前下達(dá)了2014 年光伏發(fā)電年度新增建設(shè)規(guī)模，在綜合考慮各地區(qū)資源條件、發(fā)展基礎(chǔ)、電網(wǎng)消納能力以及配套政策措施等因素基礎(chǔ)上，全年新增備案總規(guī)模1400 萬千瓦，其中分布式800 萬千瓦、光伏電站600萬千瓦。20我國應(yīng)從根本上加大光伏發(fā)電組件效率、最大功率跟蹤控制、并網(wǎng)逆變器質(zhì)量控制、大規(guī)模并網(wǎng)接入、光伏發(fā)電預(yù)報等關(guān)鍵技術(shù)問題的研發(fā),降低光伏發(fā)電成本, 縮小與發(fā)

14、達(dá)國家光伏發(fā)電技術(shù)的差距; 從政策和法律層面繼續(xù)完善光伏市場,而不滿足于只是作為高耗能和污染的太陽能電池生產(chǎn)大國, 兩頭在外( 硅原材料大量依賴進(jìn)口、光伏組件絕大部分出口) , 從而解決我國光伏發(fā)電與常規(guī)能源發(fā)電的矛盾, 以改善我國能源消費結(jié)構(gòu)。光伏發(fā)電的前景展望預(yù)計到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20以上；到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80以上，太陽能發(fā)電將占到60以上。21太陽能光伏發(fā)電技術(shù)將是21 世紀(jì)人類面對化石燃料加速枯竭和應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展最理想的選擇之一。22參考文獻(xiàn)1趙爭鳴, 劉建政.太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用M. 北京: 科學(xué)出版社, 2005.劉洋. 光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的設(shè)計D.長江大學(xué),2012.2溫嘉斌,劉密富. 光伏系統(tǒng)最大功率點追蹤方法的改進(jìn)J. 電力自動化設(shè)備,2009,06:81-84.3周林,武劍,栗秋華,郭珂. 光伏陣列最大