米乐m6官网清洁能源概论太阳能光伏发电清洁能源概论太阳能光伏发电第1页/共83页 2 太阳能光伏发电系统单个太阳能电池:输出电压低输出电流不合适晶体硅电池本身较脆不能独立抵御外界恶劣条件单个太阳能电池串、并联封装接出外连电线太阳能电池组件Solar Module或PV Module，也称光伏组件第2页/共83页 3太阳能光伏发电系统光伏阵列输出功率从数瓦到数十千瓦不等。作为一个完整的光伏发电系统，还需有、逆变器、支架、输配电缆、开关、熔断器等一整套“平衡系统”（BOS系统，Balance of System，有时也称“配套系统”）与太阳能电池组件或阵列相配才能正常工作。第3页/共83页 4太阳能光伏发电系统的分类太阳能电池组件和方阵贮能蓄电池直流—交流逆变器独立光伏发电系统并网光伏发电系统光伏系统应用介绍第4页/共83页 5一、太阳能光伏发电系统的分类是否聚光聚光发电系统非聚光发电系统供能方式独立光伏发电系统（离网系统）并网光伏发电系统混合光伏发电系统第5页/共83页 6上海地区的并网电站第6页/共83页 7德国火车站电站第7页/共83页 8深圳世博圆电站第8页/共83页 9第9页/共83页 10一、太阳能光伏发电系统的分类小型太阳能供电系统（SmallDC）该系统的特点是系统中只有直流负荷，而且负荷功率比较小，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。我国西部地区大面积推广使用了这种类型的光伏系统，负荷为直流灯，用来解决无电地区的家庭照明问题。第10页/共83页 11一、太阳能光伏发电系统的分类简单直流系统（SimpleDC）该系统的特点是系统中的负荷为直流负荷而且对负荷的使用时间没有特别的要求，负荷主要是在白天使用，所以系统中没有使用蓄电池，也不需要使用，系统结构简单，直接使用光伏组件给负荷供电，省去了能量在蓄电池中的储存和释放过程，以及中的能量损失，提高了能量利用效率。第11页/共83页 12一、太阳能光伏发电系统的分类大型太阳能供电系统（LargeDC）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荷功率较大，为了保证可以可靠地给负荷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。第12页/共83页 13一、太阳能光伏发电系统的分类大型太阳能供电系统（LargeDC）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。第13页/共83页 14一、太阳能光伏发电系统的分类交流、直流供电系统（AC/DC）这种光伏系统能够同时为直流和交流负荷提供电力，在系统结构上多了逆变器，用于将直流电转换为交流电以满足交流负荷的需求。通常这种系统的负荷耗电量比较大，从而系统的规模也较大。在一些同时具有交流和直流负荷的通讯基站和一些含有交、直流负荷的光伏电站中得到应用。第14页/共83页 15一、太阳能光伏发电系统的分类并网系统（UtilityGridConnect）该系统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方阵所产生电力除供给交流负荷外，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荷需求时就由电网供电。第15页/共83页 16一、太阳能光伏发电系统的分类并网系统（UtilityGridConnect）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荷的电源。降低了整个系统的负荷缺电率。而且并网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。第16页/共83页 17一、太阳能光伏发电系统的分类混合供电系统（Hybrid）该系统除了使用太阳能光伏组件阵列之外，还使用了柴油机作为备用电源。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。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可以提供不依赖于天气的能源。第17页/共83页 18一、太阳能光伏发电系统的分类混合供电系统（Hybrid）优点：1.使用混合供电系统可以使太阳能得到更好利用。太阳能是变化的，不稳定的，所以独立系统必须按照能量产生最少的时期进行设计。在其他的时间，系统的容量是过大的。在太阳辐照最高峰时期产生的多余的能量没法使用而浪费了。如果最差月份情况和其他月份差别很大，有可能浪费的能量等于甚至超过设计负荷的需求。第18页/共83页 19一、太阳能光伏发电系统的分类混合供电系统（Hybrid）优点：2. 具有较高的系统实用性。在独立系统中，太阳能 的变化和不稳定会导致系统出现供电不能满足负荷需求的情况，即存在负荷缺电情况，使用混合系统则会大大的降低负荷缺电率。3. 和单用柴油发电机的系统相比，具有较少的维护和使用较少的燃料。第19页/共83页 20一、太阳能光伏发电系统的分类混合供电系统（Hybrid）优点：4.较高的燃油效率。在低负荷的情况下，柴油机的燃油利用率很低，会造成燃油的浪费。在混合系统中可以进行综合控制使得柴油机在额定功率附近工作，从而提高燃油效率。第20页/共83页 21一、太阳能光伏发电系统的分类混合供电系统（Hybrid）优点：5.负荷匹配更佳灵活。使用混合系统之后，因为柴油发电机可以即时提供较大的功率，所以混合系统可以适用于范围更加广泛的负荷系统，还可以更好的匹配负荷和系统的发电。第21页/共83页 22一、太阳能光伏发电系统的分类混合供电系统（Hybrid）缺点：1.控制比较复杂。因为使用了多种能源，所以系统需要监控每种能源的工作情况，处理各个子能源系统之间的相互影响、协调整个系统的运作，这样就导致其控制系统比独立系统复杂，现在多使用微处理芯片进行系统管理。第22页/共83页 23一、太阳能光伏发电系统的分类混合供电系统（Hybrid）缺点：2.初期工程较大。混合系统的设计，安装，施工工程都比独立工程要大。3.比独立系统需要更多的维护。油机的使用需要很多的维护工作，比如更换机油滤清器，燃油滤清器，火花塞等，还需要给燃油箱添加燃油等。第23页/共83页 24一、太阳能光伏发电系统的分类混合供电系统（Hybrid）缺点：4.污染和噪音。光伏系统是无噪音，无排放的洁净能源利用，但是因为混合系统中使用了柴油机，这样就不可避免的产生噪音和污染。 很多偏远无电地区的通信电源和民航导航设备电源，因为对电源要求很高，都是采用的混合系统供电，以求达到最好的性价比。我国新疆、云南建设的很多乡村光伏电站就是采用光/柴混合系统。第24页/共83页 25一、太阳能光伏发电系统的分类并网混合供电系统（Hybrid）该系统综合利用太阳能光伏组件阵列，市电和备用油机，通常是和逆变器集成一体化，使用电脑芯片全面控制整个系统的运行，综合利用各种能源达到最佳的工作状态，并还可以使用蓄电池进一步提高系统的负荷供电保障率。该系统可以为本地负荷提供合格的电源，并可以作为一个在线的UPS（不间断电源）工作。还可以向电网供电或者从电网获得电力。第25页/共83页 26一、太阳能光伏发电系统的分类并网混合供电系统（Hybrid）系统的工作方式通常的是将市电和太阳能电源并行工作。对于本地负荷而言，如果光伏组件产生的电能足够负荷使用，它将直接使用光伏组件产生的电能供给负荷的需求。第26页/共83页 27一、太阳能光伏发电系统的分类并网混合供电系统（Hybrid）如果光伏组件产生的电能超过即时负荷的需求还能将多余的电能返回到电网。如果光伏组件产生的电能不够用，则将自动启用市电，使用市电供给本地负荷的需求。第27页/共83页 28第28页/共83页 29具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置，叫太阳能电池组件等。由两个或两个以上的太阳能电池组件在机械和电气上按一定方式组装在一起，并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元，叫太阳能电池方阵。多个单体太阳能电池互联封装后成为组件，多个太阳能电池组件互联拼装后成为方阵。二、太阳能组件和方阵第29页/共83页 30当今世界实用化的太阳能电池组件主要有单晶硅太阳能电池组件、多晶硅太阳能电池组件、刚性衬底薄膜太阳能电池组件(主要是非晶硅薄膜太阳能电池组件和碲化镉薄膜太阳能电池组件)以及柔性薄膜太阳能电池组件等。二、太阳能组件和方阵1.晶体硅太阳能电池组件第30页/共83页 31单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池统称为晶体硅太阳能电池。由于大面积(例如200×200mm2 ，φ200mm，厚度δ=0.2～0.3mm) 的硅片比较脆，而单体电池的输出电压又仅在0.45～0.60V之间，因而需要首先将若干个单体电池进行串(并)联以获得必要的输出电压、电流(功率)，然后再根据实际用途的需要进行封装。 二、太阳能组件和方阵1.晶体硅太阳能电池组件第31页/共83页 32对太阳能电池组件要求为：（1）有一定的标称工作电流输出功率。 （2）工作寿命长，要求组件能正常工作20～30年，因此要求组件所使用的材料，零部件及结构，在使用寿命上互相一致，避免因一处损坏而使整个组件失效。二、太阳能组件和方阵1.晶体硅太阳能电池组件第32页/共83页 33对太阳能电池组件要求为：（3）有足够的机械强度，能经受在运输、安装和使用过程中发生的冲突，振动及应力。 （4）组合引起的电性能损失小。 （5）组合成本低。二、太阳能组件和方阵1.晶体硅太阳能电池组件第33页/共83页 34太阳能电池组件的常见结构形式：二、太阳能组件和方阵1.晶体硅太阳能电池组件玻璃壳体式太阳能电池组件示意图1-玻璃壳体；2-太阳能电池；3-互连条；4-粘接剂；5-衬底；6-下底板；7-边框线.晶体硅太阳能电池组件底盒式太阳能电池组件示意图1-玻璃盖板；2-太阳能电池；3-盒式下底板；4-粘接剂；5-衬底；6-固定绝缘胶；7-电极引线.晶体硅太阳能电池组件平板式太阳能电池组件示意图1—边框；2—边框封装胶；3—上玻璃盖板；4—粘接剂；5—下底板；6—太阳能电池；7—互连条；8—引线.晶体硅太阳能电池组件全胶密封太阳能电池组件示意图1－太阳能电池；2－粘接剂；3－电极引线实用的太阳能电池组件还要配备边框、接线盒等。二、太阳能组件和方阵1.晶体硅太阳能电池组件太阳能电池组件结构剖面图第38页/共83页 39二、太阳能组件和方阵2.太阳能电池组件封装材料的要求组件的封装结构、封装材料和封装工艺与组件的工作寿命、可靠性和成本，有着密切的关系。第39页/共83页 40二、太阳能组件和方阵2.太阳能电池组件封装材料的要求上盖板 上盖板覆盖在太阳能电池组件的正面，构成组件的最外层，它既要透光率高，又要坚固，起到长期保护电池的作用。 作上盖板的材料有：钢化玻璃、聚丙烯酸类树脂、氟化乙烯丙烯、透明聚酯、聚碳酯等。目前，低铁钢化玻璃为最为普遍的上盖板材料。第40页/共83页 41二、太阳能组件和方阵2.太阳能电池组件封装材料的要求粘结剂要求： （1）在可见光范围内具有高透光性；（2）具有弹性；（3）具有良好的电绝缘性能； （4）能适用自动化的组件封装。第41页/共83页 42二、太阳能组件和方阵2.太阳能电池组件封装材料的要求底板 一般为钢化玻璃、铝合金、有机玻璃、TPF复合膜。 要求: （1）具有良好的耐气候性能；（2）层压温度下不起任何变化；（3）与粘接材料结合牢固。第42页/共83页 43二、太阳能组件和方阵2.太阳能电池组件封装材料的要求边框平板组件必须有边框，以保护组件和组件与方阵的连接固定。边框为粘结剂构成对组件边缘的密封。主要材料有不锈钢，铝合金，橡胶，增强塑料等。第43页/共83页 44二、太阳能组件和方阵4.太阳能电池方阵的结构 太阳能是一种低密度的平面能源米乐m6官网，需要用大面积的太阳能电池方阵来采集。而太阳能电池组件的输出电压不高，需要用一定数量的太阳能电池组件经过串并联构成方阵。有时甚至需要数十个以至数千个方阵才能满足大功率太阳能光伏发电站的要求。第44页/共83页 45二、太阳能组件和方阵4.太阳能电池方阵的结构平板式光伏方阵的结构依用户的需要而定。按电压等级来分，独立光伏系统电压往往被设计成与蓄电池的标称电压相对应，或是它们的整数倍，而且与用电器的电压等级一致，如220、110、48、36、24、12V等等。第45页/共83页 46二、太阳能组件和方阵4.太阳能电池方阵的结构交流光伏供电系统和并网发电系统，方阵的电压等级往往为110V或220V。对电压等级更高的光伏电站系统，则常用多个方阵进行串并联，组合成与电网等级相同的电压等级，如组合成600V、l0kV等，再与电网连结。第46页/共83页 47二、太阳能组件和方阵4.太阳能电池方阵的结构太阳能电池方阵除了需要支架将许多太阳能电池组件集合在一起以外，还需要电缆、阻塞二极管和旁路二极管对太阳能电池组件实行电气连接，并需要配专用的、内装避雷器的分接线箱和总接线箱。有时为了防止鸟粪沾污太阳能电池方阵表面而引起热斑效应，还需在方阵顶上特别安装驱鸟器。第47页/共83页 48二、太阳能组件和方阵4.太阳能电池方阵的结构在将太阳能电池组件进行串并联组装成方阵时，应参考太阳能电池串并联所需要注意的原则，应特别注意：尽量考虑组件互联接线最短的原则。要严格防止个别性能变坏的太阳能电池组件混入太阳能电池方阵。第48页/共83页 49二、太阳能组件和方阵4.太阳能电池方阵的结构太阳能电池方阵电气连接图并联时需要工作电压相同的组件，并在每一条并联线路串接阻塞二极管。串联时需要工作电流相同的组件，并为每个组件并接旁路二极管。第49页/共83页 50二、太阳能组件和方阵4.太阳能电池方阵的结构太阳能电池组件方阵(a)纵联横并；(b)横联纵并图示为同样64块太阳能电池组件分别用4并8串方式组成方阵米乐m6官网。在图中可以看到，当遇到有局部阴影时，(a)中连接的总线电压下降，输出电池也大幅下降，系统有可能不能正常工作；而(b)中连接的总线电压可保持不变，虽然少了一组电流米乐m6官网，但系统却能正常工作。第50页/共83页 51三、贮能蓄电池在太阳能供电系统中，太阳能的大小受季节、天气及每日时间的影响很大。当太阳能充足时，发电量会大于负荷的需求，而当太阳能不充足或缺少时，发电量会小于负荷要求甚至不能提供电能。因此，太阳能供电系统必须要有储能设备。第51页/共83页 52三、贮能蓄电池通常采用蓄电池储能，当太阳能较充足时，多余的电能被储存在蓄电池中，当太阳能不足时，蓄电池参与放电，而当太阳能短缺时，则完全由蓄电池单独供电，即蓄电池在太阳能供电系统中起着储能与供电的双重作用。第52页/共83页 53三、贮能蓄电池太阳能供电系统中使用的蓄电池，必须具有良好的循环放电和深度放电能力，可以选用铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池。铅蓄电池具有性能可靠、廉价的优点；镍镉蓄电池自放电损失小、耐过充放电能力强，但价格较贵，限制了它的应用。目前主要选择铅蓄电池作为太阳能供电系统的储能设备。第53页/共83页 54四、直流—交流逆变器将交流电AC变换成直流电DC称为整流，完成整流功能的电路称为整流电路；而将直流电DC变换成交流电AC称为逆变，完成逆变功能的电路称为逆变电路。实现逆变过程的装置称为逆变器。由于大部分用电器是按交流电路设计的，所以各种DC/AC逆变器已经是光伏发电系统中的常见部件。第54页/共83页 55四、直流—交流逆变器逆变器分类按逆变器输出能量的去向分类，分为有源逆变器和无源逆变器。对太阳能光伏发电系统来说，在并网型光伏发电系统中需要有源逆变器，而在离网型光伏发电系统中需要无源逆变器。第55页/共83页 56四、直流—交流逆变器逆变器分类按逆变器相数分类，分为单相逆变器和三相逆变器。按逆变器输出交流电的频率分类，分为工频逆变器(50～60Hz)、中频逆变器(几百Hz～10kHz)和高频逆变器(10kHz～几MHz)。按逆变器主电路形式分类，分为推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。第56页/共83页 57四、直流—交流逆变器逆变器分类按逆变器主开关器件的类型分类，分为晶闸管(也称可控硅SCR)逆变器、大功率晶体管(GTR)逆变器、可关断晶闸管(GTO)逆变器、功率场效应晶体管(VMOS-FET)逆变器、绝缘门极晶体管(IGBT)逆变器和MOS控制晶体管(MCT)逆变器等。第57页/共83页 58四、直流—交流逆变器逆变器的DC/AC转换效率对太阳能光伏发电系统而言，逆变器的DC/AC转换效率十分重要。通常逆变器的效率在70%-90%之间，优质逆变器可以达到90%-96%。第58页/共83页 59四、直流—交流逆变器DC/AC变换效率与负荷率关系逆变器的效率往往随负荷率而变化。往往在负荷率低于20%和高于80%时，DC/AC转换效率要低一点。也有的逆变器在低负荷时效率不高，而在负荷率超过30%以后，DC/AC效率一直保持在较高水平上。第59页/共83页 60四、直流—交流逆变器逆变器的工作温度逆变器功率器件的工作温度直接影响到逆变器的输出电压、波形、频率、相位等许多重要特性。而工作温度又与环境温度、工作所在地的海拔、潮湿度以及工作状态有关。逆变器要满足极热和极冷地区的使用时，要预先设计其工作温度。第60页/共83页 61四、直流—交流逆变器电磁干扰和噪声逆变器中的开关电路既容易产生电磁干扰，又容易因振动在劣质的铁心变压器上而产生噪声。因而在设计和制造中，必须控制电磁干扰和噪声的指标，使之满足有关标准及用户的要求。第61页/共83页 62四、直流—交流逆变器逆变器的过载能力在某些电视机、电动机等负载启动时，其瞬时功率可以为正常工作时功率的3-6倍。因而要求逆变器具备瞬时过载能力，也称峰值系数。另外，在特殊情况下，会有一些额外负载增加。这就要求逆变器有一定的额定过载能力。因此，在设计光伏发电系统时要留有余地。第62页/共83页 63五、是光伏发电系统的核心部件之一，也是平衡系统(BOS，Balance of System)的主要组成部分。在小型光伏系统中，也称为充放电，主要起防止蓄电池过充电和过放电的作用。第63页/共83页 64五、在大、中型光伏系统中，担负着平衡管理光伏系统能量、保护蓄电池及整个光伏系统正常工作和显示系统工作状态等重要作用。可以是单独使用的设备，也可以和逆变器制作成一体化机。第64页/共83页 65五、大、中型光伏系统用的应具有以下功能：(1)防止蓄电池过充电和过放电，延长蓄电池寿命。(2)防止太阳能电池方阵、蓄电池极性反接。(3)防止负载、、逆变器和其他设备内部短路。(4)雷击引起的击穿保护。第65页/共83页 66五、(5)光伏系统工作状态显示。包括：①蓄电池荷电状态显示和蓄电池端电压显示；②负载状态(耗量等)显示；③光伏方阵工作状态(充电电压、充电电流、充电量等)显示；④辅助电源工作状态显示；⑤环境状态(太阳辐射量、温度、风速等)显示。第66页/共83页 67五、(6)光伏系统信息(系统发电量、失电量、失电记录、故障记录等)储存。(7)最优化的系统能量管理(光伏方阵最佳工作点跟踪、温度补偿、择优补偿、择优启动特殊负载及后备电源自动切换等)。(8)光伏系统故障报警。(9)光伏系统遥测、遥控、遥信功能等。第67页/共83页 68六、独立光伏发电系立光伏发电系统是指仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统或主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系统，在必要时可以由柴油机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。第68页/共83页 69六、独立光伏发电系统从电力系统来说，kW级以上的独立光伏发电系统也称为离网型光伏发电系统。根据负荷特点可分为直流系统、交流系统和交直流混合系统。第69页/共83页 70六、独立光伏发电系立光伏发电系统框图第70页/共83页 71六、独立光伏发电系统工作原理：太阳能电池方阵吸收太阳光并将其转化为电能后，在防反充二极管的控制下为蓄电池充电。直流或交流负荷通过开关与连接。第71页/共83页 72六、独立光伏发电系统工作原理：负责保护蓄电池，防止出现过充电或过放电状态，在蓄电池达到一定的放电深度时，将自动切断负载;当蓄电池达到过充电状态时，将自动切断充电电路。第72页/共83页 73六、独立光伏发电系统工作原理：有的能够显示独立光伏发电系统的充放电状态，并能贮存必要的数据，甚至还具有遥测、遥信和遥控的功能。在交流光伏发电系统中，DC-AC逆变器将蓄电池组提供的直流电变成能满足交流负载需要的交流电。第73页/共83页 74六、独立光伏发电系立光伏发电系统总体设计框图第74页/共83页 75七、并网光伏发电系统 光伏发电系统(以下简称光伏系统)的主流发展趋势是并网光伏发电系统。太阳能电池所发的电是直流，必须通过逆变装置变换成交流，再同电网的交流电合起来使用，这种形态的光伏系统就是并网光伏系统。第75页/共83页 76七、并网光伏发电系统并网光伏系统可分为：住宅用并网光伏系统和集中式并网光伏系统(电站)两大类。前者的特点：是光伏系统发的电直接被分配到住宅内的用电负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节。后者的特点：是光伏系统发的电直接被输送到电网上，由电网把电力统一分配到各个用电单位。第76页/共83页 77七、并网光伏发电系统第77页/共83页 78八、光伏系统应用介绍无电乡村独立电站第78页/共83页 79八、光伏系统应用介绍太阳能路灯第79页/共83页 80八、光伏系统应用介绍太阳能灯塔第80页/共83页 81八、光伏系统应用介绍太阳能汽车第81页/共83页 82八、光伏系统应用介绍太阳能游艇第82页/共83页 感谢观看!第83页/共83页

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