光伏发电的基本原理及应用前景 发表时间：2018-06-06T11:45:28.773Z 来源：《知识-力量》2018年4月下作者：孙伟鹏覃雪清黄坚坚 [导读] 随着太阳能发电技术的逐渐成熟，光伏发电也逐渐成为国家电力供应的重要部分，未来光伏行业受益于国家战略发展，前景广阔、潜力巨大。 （广西大学电气工程学院，广西南宁 530004） 摘要：随着太阳能发电技术的逐渐成熟，光伏发电也逐渐成为国家电力供应的重要部分，未来光伏行业受益于国家战略发展，前景广阔、潜力巨大。本文阐述了光伏发电的基本原理，并对光伏电站的跟踪监控和运行数据进行了分析与评估，展望了光伏发电技术的应用前景。关键词：光伏发电；基本原理；跟踪监控；运行数据；应用前景 光能发电是当今世界的尖端科技，将为全人类彻底解决“能源危机”“环境污染”和“可持续发展”等三大世界难题，将做出历史性、跨世代的伟大贡献，将为人类利用新能源、新技术方面进入一个崭新的时代。 一、光伏发电的基本原理 1、太阳能光伏发电系统的组成 太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组，光伏系统电池控制器，蓄电池和交直流逆变器是其主要部件。其中的核心元件是光伏电池组和控制器。各部件在系统中的作用是： 光伏电池：光电转换。 控制器：作用于整个系统的过程控制。光伏发电系统中使用的控制器类型很多，如2点式控制器，多路顺序控制器、智能控制器、大功率跟踪充电控制器等，我国目前使用的大都是简单设计的控制器，智能型控制器仅用于通信系统和较大型的光伏电站。 蓄电池：蓄电池是光伏发电系统中的关键部件，用于存储从光伏电池转换来的电力。目前我国还没有用于光伏系统的专用蓄电池，而是使用常规的铅酸蓄电池。 交直流逆变器：由于它的功能是交直流转换，因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。 2、太阳能光伏电池板 太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的p-n结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动p-n结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响p-n结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热（*）。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，也就是光伏电池效率大约是单晶硅13%-15%，多晶硅11%-13%.目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。 3、太阳能光伏发电系统的分类 目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类，离网光伏蓄电系统，光伏并网发电系统及前两者混合系统。a）离网光伏蓄电系统。这是一种常见的太阳能应用方式。在国内外应用已有若干年。系统比较简单，而且适应性广。只因其一系列种类蓄电池的体积偏大和维护困难而限制了使用范围。b）光伏并网发电系统，当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，并降低了造价。c）a，b两者混合系统，这是介于上述两个方之间的系统。该方案有较强的适应性，例如可以根据电网的峰谷电价来调整自身的发电策略。但是其造价和运行成本较上述两种方案高。 二、光伏电站的跟踪监控和运行数据分析与评估 光伏发电系统还属于新生事物，还没有达到推广应用的规模化。目前存在距离遥远、当地技术水平低、独立电网容量有限等不利条件，增加了管理好光伏电站的难度。因此，实施对电站的运行监控，通过对系统运行的数据进行科学分析，找出内在规律，为系统优化设计提供可靠依据，为更大规模的推广独立光伏发电系统作出贡献。 1、电站监控内容 （1）当地的光照和风力资源：每天各时段阳光辐射强度和光照时间，每天各时段风速和风向。（2）天气情况（温度、雷击、沙尘、冰雹、雨雪、云雾等）。（3）系统各发电子系统在各时段的发电功率和发电量。（4）充电控制器在各时段的工作状态。（5）蓄电池组在各时段的工作状态。（6）系统负载在各时段的工作状态。（7）系统故障统计。 2、监控手段和方法 （1）对于没有安装自动数据采集装置的电站，采用人工读数的方法记录数据。为了保证数据的真实（可靠、准确，电站工作人员在参加培训时必须学会、浓懂如何正确读表、测量和填写工作日记的表格。业主公司的专业技术人员定期校对、核实各电站的工作日记。电站的工作日记必须存档备案，不得遗失和损坏。人工记录工作日记是自始至终每天必做的工作。 （2）对于安装了自动数据采集装置的电站，由专业技术人员定期读取记录，或由当她电站工作人员经专门培训定期更换数据记录磁盘，邮寄给专业数据收集人。 （3）在具各通信条件的电站，可以建立远程监控系统，由专业技术人员进行实时监控，远程自动采集数据。 3、电站运行数据分析与评价 在获取完整数据的基础上，应分析并完成下述评估内容。（1）每月、每年光伏电站提供的电量。（2）每月、每日全村的用电需求量和各负载的耗电量。（3）每月24小时能量流图。（4）系统各主要设各的工作性能和潜力。（5）供电余量分析。（6）负载发展预测。（7）故障分析及预防措施建议。做好光伏电站的跟踪监控和评估工作，有助于改进管理制度，进一步完善光伏电站，充分发挥系统的潜能，使系统在最佳状态下运行，获得最好的经济效益和社会效益。 三、光伏发电技术的应用前景展望 我国光伏产业正以每年30%的速度增长，最近三年全球太阳能电池总产量平均年增长率高达49.8%以上。按照日本新能源计划、欧盟可再生能源白皮书、美国光伏计划等推算，至2030年全球光伏发电装机容量将达到300gw（届时整个产业的产值有可能突破3000亿美元），至
太阳能自动跟踪系统的设计 1引言 开发新能源和可再生资源是全世界面临的共同课题，在新能源中，太阳能发电已成为全球发展最快的技术。太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而由于太阳存在着间隙性，光照强度随着时间不断变化等问题，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求(见图1)。目前很多太阳能电池板阵列基本都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。据测试，在太阳能电池板阵列中，相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。 所谓太阳能跟踪系统是能让太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。所谓单轴是指仅可以水平方向跟踪太阳，在高度上根据地理和季节的变化人为的进行调节固定，这样不仅增加了工作量，而且跟踪精度也不够高。双轴跟踪可以在水平方位和高度两个方向跟踪太阳轨迹，显然双轴跟踪优于单轴跟踪。 图1 太阳能的收集装置现场 从控制手段上系统可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪(程序跟踪)。传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线，当太阳光线偏离电池板法线时，传感器发出偏差信号，经放大运算后控制执行机构，使跟踪装置从新对准太阳。这种跟踪装置，灵敏度高，但是遇到长时间乌云遮日则会影响运行。视日运动轨迹跟踪，是根据太阳的实际运行轨迹，按照预定的程序调整跟踪装置。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，其精度不是很高，但是符合运行情况，应用较广泛。 从主控单元类型上可以分为PLC控制和单片机控制。单片机控制程序在出厂时由专业人员编写开发，一般设备厂家不易再次进行开发和参数设定。而学习使用PLC比较容易，通过PLC厂家技术人员的培训，设备使用厂家的技术人员可以很方便的学会简单的调试和编写，并且PLC能够提供多种通讯接口，通讯组网也比较方便简单。
毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 光伏最大功率点跟踪系统DC/DC变换器的设计 1选题的背景、意义 据预测，2050年世界人口将增至89亿，届时的能源需求将是目前的3倍，而可再生能源要占50％，而绝对地说，2050年可再生能源供应量将是现在全球能耗的2倍。中国能源界的权威人士预测，到2050年，中国能源消费中煤只能提供总能耗电的30～50％，其余50~70%将靠石油、天然气、水电、核电、生物质能和其它可再生能源[1]。由于中国自己的油气资源、核电和水力资源都十分有限，直接地大量燃烧生物质能也将会被逐渐淘汰。 国际上普遍认为，在长期的能源战略中，太阳能光伏发电在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位。而太阳能发电最为突出，这是因为光伏发电有无可比拟的优点：充分的清洁性、绝对的安全性、确实的长寿命和免维护性、初步的实用性、资源的充足性及潜在的经济性等[2]。1998年在维也纳召开的“第二届全球光伏大会”，世界著名太阳能专家施密特教授作为大会主席，面对2000多名与会代表，也指出太阳能将在21世纪中取代原子作为世界性能源，唯一的问题是在2030年实现，还是在2050年实现。而日本的“新阳光计划”，欧盟“可再生能源白皮书”都把光伏作为首先发展项目[3]。 所以不论从经济、社会的可持续发展和保护人类生存的地球生态环境的高度来审视，还是解决21世纪众多人口能源问题，在有限资源和环保要求的双重之月下发展经济已成全球的热点问题，发展太阳能光伏发电有着巨大的现实意义。所以利用光伏最大功率跟踪显得尤为重要[4]。 2相关研究的最新成果及动态 随着能源日益紧张，效率成为DC/DC变换器的最为重要的指标之一。如何提高变换器的转换效率，前人做了大量的研究，各种新的拓扑结构。软开关技术以及同步整流技术被不断的提出，而其中LLC谐振变换器以及两级结构DC/DC
1.太阳能及其应用 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和维护性、资源的充足性及潜在的经济 性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位并且得到广泛的应用。 1.1太阳能的含义 一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。 1.2太阳能的发展历史 据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。 1.3我国太阳能资源 我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4 kWh/㎡以上，西藏最高达7kWh/㎡。 1.4太阳能的应用 就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。 1.4.1太阳能集热器 太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式
太阳能光伏发电自动跟踪系统项 目 可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 编制时间：https://www.doczj.com/doc/3c9580912.html, 高级工程师：高建
关于编制太阳能光伏发电自动跟踪系统项 目可行性研究报告编制说明 （模版型） 【立项 批地 融资 招商】 核心提示： 1、本报告为模板形式，客户下载后，可根据报告内容说明，自行修改，补充上自己项目的数据内容，即可完成属于自己，高水准的一份可研报告，从此写报告不在求人。 2、客户可联系我公司，协助编写完成可研报告，可行性研究报告大纲（具体可跟据客户要求进行调整） 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 专 业 撰写节能评估报告资金申请报告项目建议书 商业计划书可行性研究报告
目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目主管部门 (1) 1.1.6项目投资规模 (2) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (3) 1.1.9项目建设期限 (3) 1.2项目建设单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4编制原则 (4) 1.5研究范围 (5) 1.6主要经济技术指标 (5) 1.7综合评价 (6) 第二章项目背景及必要性可行性分析 (8) 2.1项目提出背景 (8) 2.2本次建设项目发起缘由 (8) 2.3项目建设必要性分析 (8) 2.3.1促进我国太阳能光伏发电自动跟踪系统产业快速发展的需要 (9) 2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (9) 2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (9) 2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (9) 2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (10) 2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (10) 2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (11) 2.4项目可行性分析 (11) 2.4.1政策可行性 (11) 2.4.2市场可行性 (11) 2.4.3技术可行性 (12) 2.4.4管理可行性 (12) 2.4.5财务可行性 (13) 2.5太阳能光伏发电自动跟踪系统项目发展概况 (13)
自动跟踪太阳能光伏发电系统方案 方案需求 ?光伏发电管理急需精细化，降本增效。 ?传统光伏支架未能最大化利用太阳能，无法跟踪光照。 ?光伏板依靠本地维护人员巡检管理，人工成本高，且存在漏检现象。 方案介绍 宇飞太阳能自主研发的自动跟踪太阳能光伏发电系统，是一种能随着太阳角度变化，按照一定的算法，控制太阳能板转动，增加有效受光面积，从而增加电厂发电量带来更高收益的自动化控制系统，可以理解为“向日葵”。 自动跟踪太阳能光伏发电系统其实是一套负反馈控制系统，工控机采集角度传感器信息后，根据当前角度与目标角度的差异，下发控制指令驱动电机带动推拉杆运动使太阳能板旋转，直至采集回来的当前角度与目标角度吻合。 系统组成 自动跟踪太阳能光伏发电系统由：太阳能跟踪支架，太阳能组件，带监控模块的MPPT控制器，蓄电池，逆变器及连接线缆组成。 太阳能跟踪支架规格参数
1、立柱直径：φ220mm 2、立柱高度：650mm 3、安装容量：最大6块450W 4、光伏板倾角：25度角度固定 5、抗风能力：14级，带细钢丝绳斜拉结构； 6、材料：不锈钢材料 7、旋转精度：1度 8、旋转速率：12分钟旋转半圈 9、旋转角度：220度， 10、提高发电量：天气晴好情况下，冬季提高发电量15%；春秋季提高30%；夏季提高45%；综合全年提高25-35%（不同地区发电量提高有区别） 11、控制器电源：12V由光伏板输出供电（或者提供集中12V 直流供电） 12、控制方式：将光伏板固定好，并将追日控制器接好电源线后，天气晴朗条件下旋转立柱自动带着光伏板跟踪太阳；在天阴时，自动转入时控控制状态，每隔5分钟自动旋转1度； 13、而且每个旋转立柱内部都有同步控制系统，确保每台旋转立柱每次旋转的角度完全一致，光伏板以最强光强功率发电。晚上天黑，自动回东。 14、由多个旋转立柱组成的各种规模的光伏电站，由于旋转立柱的东限位位置全部一致，旋转立柱内置机械同步装置，可以确
太阳能光伏发电系统设计思路
太阳能光伏发电设计思路
摘要：简要介绍太阳能光伏发电系统设计思路和组成光伏系统器件选型方法，分析和研究太阳能光伏发电的热点和核心技术。 前言：当今世界，能源是促进经济发达与社会进步的原动力。 当前所使用之主要能源为化石能源，然而其蕴藏量有限，且在开发过程造成空气污染、环境破坏，积极开发低污染及低危险性的新能源乃为迫切需要。 太阳能发电是指太阳能光伏发电，光伏发电是利用半导光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种发电技术。太阳光能是一种非常理想的干净、安全且随处可得的清洁能源，因此各国均不断地研发各种相关技术，藉以提高系统发电效率并降低发电成本，推广普及使用太阳能。 第一部分太阳能电池发电系统原理 太阳能电池发电系统（又称光伏发电系统），从大类上分为独立（离网）和并网光伏发电系统两大类。 当前应用比较广泛的光伏发电系统，主要是在偏远地区能够作为独立的电源使用，也能够与风力发电机或柴油机等组成混合发电系统，在城市太阳能光伏建筑集成并网发电得到了快速发展，光伏发电与建筑一体化是太阳能光伏与建筑的完美结合，属于分布式发电的一种。它能够减少电网用电，大大减轻公共电
网的压力，就近向电网输送电力。 1.1独立的电源使用（光伏离网发电系统） 太阳能光伏组件组成太阳电池方阵，在阳光充分情况下，一方面给负载供电（直流负载，若交流负载需要逆变器），另一方面给蓄电池组充电，晚上依靠蓄电池组放电供负载使用（如下图示意）。 图1-1直流负载光伏发电示意图 在方阵工作时，阻塞二极管防止向电池方阵反充电，止逆二极管两端有一定的电压降，对硅二极管一般为0.6 0.8V ；肖特 基或锗管0.3V 左右。（一般选择压降小的） 光伏发电系统的规模依用户要求而异，按负载增加配置。 1.1.1简单的直流供电系统 太 阳控制 负 阻塞 蓄电
光伏发电原理及发电系统简介 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。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装置。 一、光伏效应 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子-空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。
通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5~0.6V。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。 二、原理 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能发电有两种方式，一种是光-热-电转换方式，另一种是光-电直接转换方式。 (1)光-热-电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光-热转换过程;后一个过程是热-电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。
(2)光-电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光-电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 三、系统组成 光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。 1、电池方阵
槽式太阳能热发电技术研究现状与未来发 展趋势 1、槽式太阳能热发电技术的研发背景 能源是人类生存和发展的重要物质基础，更是社会经济发展的动力源泉。在当今世界的能源结构中，人类利用的能源是以煤炭、石油和天然气为主的化石能源。在 2008 年世界主要能源需求比例中，煤炭、石油和天然气的需求量占了能源总需求量的 75%以上。然而这些常规能源是一次性不可再生能源，其蕴藏量十分有限，随着开采量和使用量的急剧增加而逐渐枯竭，预计到2020 年世界一次能源消费总量将达到 200-250 亿吨标准煤。与此同时，化石能源燃烧不可避免地产生大量二氧化碳等温室气体，导了全球生态环境的严重污染和破坏。随着世界能源匮乏与环境恶化日益加剧，开发新的能源利用方式，充分利用清洁能源，逐步改变以煤、石油为主的能源结构，将会成为全球性的研究问题。 世界各国的煤炭需求情况，2008年中国、美国、印度、俄罗斯、欧盟和日本消耗的煤炭量占当年全球煤炭消耗总量的 83%，这六个国家CO2温室气体的排放量也占到了当年全球CO2排放量的70%。产生电力是煤炭消耗的最重要途径之一。从2008年的数据可以看出，全球电力部门发电燃烧的煤炭量将近占全年世界煤炭消耗总量的三分之二。因此，世界各国开始关注一次能源在产生电力方面的替代，并积极调整以燃煤发电为主的能源结构，大力研究开发和利用可再生
能源发电技术，新型的能源发电技术和节能技术也在全球范围内迅速发展起来，可再生能源在整个能源消耗中所占的比例必然会逐步地提高，这对人类社会可持续发展有着十分重要的意义。 对于中国来说，能源短缺与环境恶化的问题显得更为严峻。为了满足迅速膨胀的工业和城市的电力需要，我国对电力的需求量变得越来越大。据 2007年6月报道中国平均每天都有两个新电站竣工，同时国家发展和改革委员会能源局透露，2010年我国的电力装机总容量超过了8.4亿千瓦。然而，当前我国将近四分之三的电力来自燃煤的火力发电厂。由IEA提供的数据可以看出，2008年中国发电总量为 3456910 GWh，其中通过燃煤产生的电力为2733280 GWh，也就是说当年燃煤产生的电力占到了发电总量的 79%。我国人口众多，因此人均能源资源拥有量在世界上处于非常低的水平，尤其煤炭人均拥有量仅仅相当于世界平均水平的50%，这也大大制约了我国社会经济的高速发展。与此同时，大量焚烧化石燃料也带来了许多的环境问题，燃煤排放的 SO2和 NOx是我国部分地区酸雨形成的主要原因，而燃煤排放的 CO2等温室气体则是造成世界气候变暖的罪魁祸首。 当前中国已经超过美国成为CO2温室气体排放的第一大国，预计2030年我国的CO2气体排放量将达到11710 MT，这些数字令人触目惊心。为了保护我们赖以生存的家园不被破坏和毁灭，为了保证我国经济的健康可持续发展，中国必须减少电力生产对煤炭的依赖，积极寻求和开发更加安全可靠、环保的新型发电技术，逐步改变和替代以燃煤为主的能源结构。除此之外，我们还应尽可能提高能源的有
分类号：____________ 密 级：______________ ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________ 安徽工业大学 硕士学位论文 论文题目：户用太阳能光伏发电系统的研究 学 号：_________________________ 作 者：_________________________ 专 业 名 称：_________________________ 2010年06 月10日 电力电子与电力传动 20070043 张高玉
安徽工业大学硕士学位论文 论文题目： Research on Residential Photovoltaic System 作 者： 学院： 指 导 教 师： 单位： 协助指导教师： 单位： 单位： 论文提交日期：2010年 06月 10日 学位授予单位：安 徽 工 业 大 学 安徽马鞍山243002 户用太阳能光伏发电系统的研究 张高玉 电气信息学院 郑诗程 安徽工业大学 安徽工业大学 安徽工业大学 汪小平 武卫华
独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安徽工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名日期：____________ 关于论文使用授权的说明 本人完全了解安徽工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,保密的论文在解密后应遵循此规定。 签名导师签名日期：____________
光伏电源系统的原理及组成 首先太阳能电池发电系统是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成，其系统组成如图所示。 1．太阳能电池方阵： 太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm 2 到100cm 2 不等。太阳 能电池单体的工作电压约为0.5V, 工作电流约为20－25mA/cm 2 , 一般不能单独作为 电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率(见图1－2)。 （1）硅太阳能电池单体 常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成，在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。硅片本身是P型硅，表面扩散层是N区，在这两个区的连接处就是所谓的PN结。PN结形成一个电场。太阳能电池的顶部被一层抗反射膜所覆盖，以便减少太阳能的反射损失。 太阳能电池的工作原理如下： 光是由光子组成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波长决定，光被晶体硅吸收后，在PN结中产生一对对正负电荷，由于在PN结 区域的正负电荷被分离，因而可以产生一个外电流场，电流从晶体硅片电池的底端经过负载流至电池的顶端。这就是“光生伏打效应”。
将一个负载连接在太阳能电池的上下两表面间时，将有电流流过该负载，于是太阳能电池就产生了电流；太阳能电池吸收的光子越多，产生的电流也就越大。光子的能量由波长决定，低于基能能量的光子不能产生自由电子，一个高于基能能量的光子将仅产生一个自由电子，多余的能量将使电池发热，伴随电能损失的影响将使太阳能电池的效率下降。 （2）硅太阳能电池种类 目前世界上有3种已经商品化的硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。对于单晶硅太阳能电池，由于所使用的单晶硅材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质，使单晶硅的使用成本比较昂贵。多晶硅太阳能电池的晶体方向的无规则性，意味着正负电荷对并不能全部被PN结电场所分离，因为电荷对在晶体与晶体之间的边界上可能由于晶体的不规则而损失，所以多晶硅太阳能电池的效率一般要比单晶硅太阳能电池低。多晶硅太阳能电池用铸造的方法生产，所以它的成本比单晶硅太阳能电池低。非晶硅太阳能电池属于薄膜电池，造价低廉，但光电转换效率比较低，稳定性也不如晶体硅太阳能电池，目前多数用于弱光性电源，如手表、计算器等。 一般产品化单晶硅太阳电池的光电转换效率为13――15 % 产品化多晶硅太阳电池的光电转换效率为11――13 % 产品化非晶硅太阳电池的光电转换效率为5――8 % （3）太阳能电池组件 一个太阳能电池只能产生大约0.5V电压，远低于实际应用所需要的电压。为了满足实际应用的需要，需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。一个组件上，太阳能电池的标准数量是36片（10cm×10cm），这意味着一个太阳能电池组件大约能产生17V的电压，正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。 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、防雨等的能力，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。 太阳能电池的可靠性在很大程度上取决于其防腐、防风、防雹、防雨等的能力。其潜在的质量问题是边沿的密封以及组件背面的接线盒。 这种组件的前面是玻璃板，背面是一层合金薄片。合金薄片的主要功能是防
太阳能光伏发电系统的控制问题研究 摘要：由于目前我们国家对于太阳能光伏发电的系统利用程度变得越来越高， 我们在进行光伏发电系统的使用过程当中，就必须加强对该系统关键问题的研究。因为在太阳能光伏发电系统的使用过程当中，如果不能够加强对他关键问题的研 究的话，那么就会导致出现很多的意外情况，这对于促进我们国家太阳能光伏发 电系统的改进具有一个十分重要的影响，所以说文章的下面，我们就针对太阳能 光伏发电系统控制问题进行一个全面的分析调查。 关键词：太阳能光伏发电系统；控制问题；研究分析 1.前言 根据目前我们国家对太阳能光伏发电系统的利用程度，我们可以看出我们对 太阳能光伏发电系统的依赖程度正在不断的加大，所以说如何才能够更好的将这 种技术真正的融入到我们国家供电系统当中，是我们目前所要研究的一个重要的 问题，所以说文章的下面，我们就针对太阳能光伏发电系统控制的主要的问题进 行了情况。通过我们对该方面主要问题的分析研究，能够更好的了解到目前太阳 能光伏发电系统控制问题的主要的情况，对于促进我们国家日后技术的改进又有 一个十分重要的帮助作用。 2.太阳能光伏发电系统在使用时主要的不足 要想能够更好的对一个事物，它的发展过程当中遇到的问题进行全面的分析 的话，我们就需要对他目前所存在的主要的不足进行全面的调查，这样的话才能 更好的促进该事物的发展，所以说文章下面我们就真对目前光伏发电并网电网过 程当中存在的主要的不足，进行全面的分析通过对问题的分析才能更好的提出解 决方案。所以文章的下面我们就通过两个方面来对太阳能光伏发电当中存在的主 要的不足进行详细的分析。 2.1光伏电池容易出现问题 首先在文章当中我们要介绍的太阳能光伏发电系统在使用时的主要不足，就 是光伏电池容易出现很多的问题。由于太阳能光伏发电系统在建立的过程当中， 光伏电池是一个十分重要的组成部分，所以说它对于整个系统的使用来说，就有 一个十分重要的作用，因此我们首先通过对光伏电池容易出现的问题进行一个全 面的数据分析来更好的了解提升太阳能光伏发电系统的办法。由于光伏电池在建 设的过程当中，我们国家的科学技术还不能达到更高的一个要求，所以说它在使 用的过程当中很容易出现很多的问题，这对于我们国家该系统的使用过程当中就 会产生很多的问题，因此光伏电池技术的改进是保障太阳能光伏发电系统质量提 升的一个十分重要的关键因素，所以说光伏电池的使用过程当中会受到各种因素 的影响，我们如何才能够更好的针对这些因素。提出更加科学合理的解决方案， 目前我们对该技术发展的十分重要的一个帮助作用，所以说太阳能光伏发电系统 过程当中存在的一个主要的不足就是光伏电池容易出现问题，这也是一个最重要 的原因，通过对光伏电池的分析影响才能够更好的帮助我们国家该技术日后的发展。 2.2其他的关键部位也会出现很多问题 由于该系统它在建立的过程当中最主要的构成部分是光伏电池，但是他在具 体的工作过程当中，还是有很多其他关键的部位进行协同工作的，所以说我们还 需要对其他的关键部位进行一个详细的分析与调查，因为其他的关键不在使用的 过程当中，如果出现了很严重的问题，那么也会影响整个系统的使用。因此要想
光伏发电系统发电效率研究 摘要：在生活中太阳能、风能和生物质能是各国最为看好的可再生能源,可再生能源的利用对于满足能源需求、改善能源结构、应对环境压力、保证经济发展等方面具有重要意义。近几年来,太阳能以其特有的优势成为各国关注的焦点,尤其是太阳能光伏发电得到了持续应用和发展。本文分析了光伏发电系统发电效率的相关方面。 关键词：光伏发电系统；发电效率；分析 引言 在人们对能源需求急剧增加,而化石能源日益匮乏的背景下,开发和利用太阳能等可再生能源越来越受到重视。世界各国政府纷纷把充分开发利用太阳能作为可持续发展的能源战略决策,其中光伏发电最受瞩目。太阳能光伏发电是新能源的重要组成部分,被认为是当前世界上最有发展前景的新能源技术,各发达国家均投入巨额资金竞相研究开发,并积极推进产业化进程,大力拓市场应用。太阳能的利用虽然是无地域限制,随处可得,但目前光伏发电系统效率偏低是光伏发电大规模推广应用的瓶颈,因此如何最大限度地利用光伏阵列所产生的能量是关键问题所在。 1、概述 能源是推动世界经济发展和繁荣的车轮，20世纪至今，在世界能源体系中，煤、石油、天然气等非可再生资源成为人类社会文明进步的主要能源结构。随着社会进步历程的加速发展，人类社会对非可再生能源的需求量也不断地增加，由于人类对非可再生资源过度地开采利用以及一些不合理的维护等，致使了全球性的环境污染及资源枯竭。 21世纪的今天，人类在能源利用方面面对着巨大的挑战，这主要包括：大规模地开采及不合理地利用煤、石油、天然气等非可再生资源，造成了非可再生资源储量的锐减和枯竭；另一方面，以煤、石油、天然气等化石燃料为主的传统能源体系在人类强调走可持续发展道路的今天遇到了极大的限制。 太阳能资源是一种分布广泛、储量无限的清洁无污染能源，被科学家誉为是世界上最理想的绿色资源，是人类开发和利用新能源的首选资源。开发和利用太
太阳能光伏发电基本原理 1. 太阳能光伏发电系统的组成 太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组,光伏系统电池控制器,蓄电池和交直流逆变器是其主要部件。其中的核心元件是光伏电池组和控制器。各部件在系统中的作用是: 光伏电池:光电转换。 控制器:作用于整个系统的过程控制。光伏发电系统中使用的控制器类型很多,如2点式控制器,多路顺序控制器、智能控制器、大功率跟踪充电控制器等,我国目前使用的大都是简单设计的控制器,智能型控制器仅用于通信系统和较大型的光伏电站。 蓄电池:蓄电池是光伏发电系统中的关键部件,用于存储从光伏电池转换来的电力。目前我国还没有用于光伏系统的专用蓄电池,而是使用常规的铅酸蓄电池。 交直流逆变器:由于它的功能是交直流转换,因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术,最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。 2.太阳能光伏电池板: 太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中,推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场,而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热(*。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率,也就是光伏电池效率大约是单晶硅1 3%-15%,多晶硅11%-13%。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。 1839年,法国物理学家A.E.Becquerel在实验室中发现液体的光生伏特效应(由光照射在液体蓄电池的金属电极板上使得蓄电池电路中的伏特表产生微弱变化至
今,在所有能找到的材料中,由单晶硅做成的P-N结光伏电池是光电转换效率最高的材料。 3.太阳能光伏发电系统的分类: 目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类,离网光伏蓄电系统,光伏并网发电系统及前两者混合系统。 A离网光伏蓄电系统。这是一种常见的太阳能应用方式。在国内外应用已有若干年。系统比较简单,而且适应性广。只因其一系列种类蓄电池的体积偏大和维护困难而限制了使用范围。 B光伏并网发电系统,当用电负荷较大时,太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时,或用不完电力时,就可将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下,该系统省掉了蓄电池,从而扩张了使用的范围和灵活性,并降低了造价。 CA, B两者混合系统,这是介于上述两个方之间的系统。该方案有较强的适应性,例如可以根据电网的峰谷电价来调整自身的发电策略。但是其造价和运行成本较上述两种方案高。 光伏产业投资焦点应集中在薄膜光伏电池领域 新能源板块短期面临估值偏高的窘境全球光伏产业维持热络,薄膜光伏电池地位崛起 根据Solarbuzz最新数据,07年全球光伏系统装置容量达2826MW,较06年大增62%,其中德国07年光伏系统 装置容量达1328MW(占比高达47%占居第一位,增速为38%,其次是西班牙的640MW(占比达23%,增速为480%,美国为220MW(占比为8%,增速为57%,日本市场占比持续下降,07年装置容量仅230MW(占比8%,衰退了22%。 07年全球太阳能电池产量达到3436MW,较06年增长了56%,中国厂商07年市占率由06年的20%
基于光伏发电的自动跟踪系统的设计方案 跟踪系统设计方案 2.1控制方法的确定 2.1.1该领域现有的控制方法 太阳电池方阵的发电量与入射角有关，光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，改变入射角，发电量明显下降。基本原理与结构：由两台电动机和减速机分别构成方位角转动机构和高度角转动机构，光电传感器置放大，与太阳电池板方阵平面垂直安装。随着光线方向的细微改变，传感器失衡，引起系统输出信号产生偏差，当这一输出信号达到一定幅度时，方向开关电路启动，执行机构开始进行纠正，使光电传感器重新达到平衡，即太阳能电池板方阵平面与光线成90度角而停止转动，完成一次调整周期。如此不断调整，时刻沿着太阳的运行轨迹追随太阳，构成一个闭路负反馈系统，实现了跟踪。该系统不需设定基准位置，跟踪器永不迷失方向。系统设有防杂光干扰及夜间停止跟踪电路，并附有手动控制开关，以方便调试[4]。系统结构如图2-1所示。 阴天或太阳被云层遮挡时，光线很弱，发电量极小，跟踪将无意义，系统会自动停止跟踪。即使天边某处透出相对较亮的光线，跟踪器也不会被误导跟踪，实现了防杂光干扰。云散日出时，自动跟踪器即时响应，找到太阳，跟踪到位。傍晚光线消失，已不能发电，传感器会发出信号，夜间停止电路启动，并转回到，转动机构上下终点共设 4个限位开关，以防万一出轨。 图2-1 双轴光伏发电自动跟踪系统结构框图 跟踪器所用传感器有三种：方位和仰角太阳传感器，风力传感器，日光开关。太阳传感器是把聚光电池阵列法线偏离太线的角度信号转变为电信号的装置，它是跟踪系统的重要部件，在很大程度上决定跟踪的精度。太阳传感器测量太阳的方位，如有偏向，通过驱动电机的运转使电池阵列对准太阳。风力传感器采用感应式器件，当风力达到一定强度（如
十大光伏跟踪器企业 光伏跟踪系统通过实时跟踪太阳运动，使太阳光直射光伏阵列，从而增加光伏阵列接收到的太阳辐射量，提高太阳光伏发电系统的总体发电量。目前使用广泛的有四种光伏自动跟踪系统，包括水平单轴跟踪、双立柱斜单轴跟踪、垂直单轴跟踪和双轴跟踪，其中水平单轴跟踪和倾斜单轴跟踪、垂直单轴跟踪只有一个旋转自由度，双轴跟踪具有两个旋转自由度。北极星太阳能光伏网编辑按照已知销售商数量(非静态指标)列出了国内前十名光伏跟踪器制造商，仅供参考。 1、无锡昊阳新能源科技有限公司 无锡昊阳新能源科技有限公司是一家集技术开发、生产及工程服务为一体的高新技术型企业。多年来，公司在太阳能离网供电、太阳能并网发电、聚光太阳能组件等领域积累了坚实的技术实力和丰富的项目经验，拥有多项专利及权威认证资质，可以为用户提供包括系统设计，产品定制开发，系统集成及工程实施在内的整体解决方案。公司总部位于江苏省无锡宜兴经济开发区，并在北京、西安、中东、印度及美国均设有办事处。 昊阳一直专注于跟踪系统的研发创新，在太阳能跟踪系统方面已拥有全面的生产线，产品包括水平单轴跟踪器，倾角单轴跟踪器，垂直单轴跟踪器，双轴跟踪器，HCPV高倍聚光跟踪器及跟踪系统驱动机构等。 2、江阴凯迈机械有限公司
凯迈集团是世界领先的回转驱动装置供应商，产品广泛应用于太阳能跟踪系统、高空作业车、工程机械车辆、园林机械、起重机和造船业、建筑机械、游乐场、自动停车场、矿用和隧道钻床、交通运输和输送装置、通讯雷达车及卫星地面接收器等，是全球化美资公司。 公司通过2009年的组织架构重建，目前集团公司设立三个全资子公司，分别为凯迈北美公司，凯迈欧洲公司和凯迈中国公司。作为全球生产基地，研发中心和市场销售分区，凯迈中国致力于为我们尊贵的客户持续不断的提供优质的服务和产品，以期达到或超越客户的期望。到2010年为止，公司已经向全世界各主要市场提供了超过110,000多套各类回转驱动装置。 3、杭州慧源新能源科技有限公司 杭州慧源新能源科技有限公司隶属于柏年光电标饰有限公司(简称柏年光标)创建于1996年。慧源坐落于杭州钱江经济开发区，地处超山风景区、丁山湖湿地和塘栖古镇一带，工厂位于约12万平方米的生产基地(柏年产业园)及约2万平方米的研发、综合办公大楼。为打造全球领先的太阳能光伏支架和追日系统产品产业基地奠定了良好的基础。 慧源由生产各类标识产品的展示支架产品起步，经过多年技术创新，已开发出一系列太阳能光伏支架系统，从斜屋顶到地面大型电站及停车棚，国际销售遍及澳大利亚、新西兰、印度和泰国，产品出口全球10多个国家和地区。
用户侧并网屋顶光伏电站介绍用户侧并网光伏发电系统 ①太阳电池②开关/保护/防雷③电缆④并网逆变器⑤电度表（光伏电量） 经济和社会效益分析 经济效益 一个10MWp的光伏电站，按系统效率80%，年利用小时数1100小时（江苏地区平均值）计算，一年可发电10000000*1100/1000=1100万度电，按1度电可比原购电价格便宜0.15元，可节省购电用户运营成本近165万元。 10MWp电站总投资约1.2亿左右，根据新能源产业政策，项目建成后税收是三免三减半（每个地区的政策要了解清楚），第四年后建成后每年可缴税约300～400万。
社会效益 每年可节省标准煤约2800t，减排烟尘约700t，减排灰渣约1000t，减排二氧化碳约5960t，减排二氧化硫约56.84t。 屋顶光伏电站案例 盐城阜宁3MWp屋顶光伏发电项目 （中国2009年度最大已并网屋顶光伏电站） 1）项目地址：盐城阜宁3MWp屋顶光伏电站位于阜宁经济开发区荣威塑胶厂。 2）项目规模：3MW（规划9.18MWp）。 3）占地面积：5万平米。 4）组件类型：晶硅电池。 5）组件品牌：常州天合，江苏林洋。 6）逆变器规格：500KW。 7）逆变器品牌：Satcon（美国赛康）。 8）支架类型：固定倾角（30度）支架。 9）支架品牌：中环光伏。 10）接入系统：电站所发电量升压至10kV 直接并入地区电力网。 11）进场施工时间：2009年10月10日。 12）并网时间：2009年12月31日正式并网发电。 13）系统组成：盐城阜宁3MWp屋顶并网光伏电站采用分块发
电，集中并网方案，采用晶硅电池组件。该工程由光伏发电系统、电气系统、接入系统组成，分9个厂房，6个子系统，。每个子系统分别由太阳电池组件、支架、直流防雷汇流箱、并网逆变器、升压变压器等组成。 本项目建设规模为3MW，全部采用固定倾角安装，共安装220W 晶硅太阳能电池13664块。 盐城阜宁3MWp屋顶光伏发电项目运行寿命25年，总体效率为80%，预计电站在25 年运营期内年平均上网电量为337万kW·h，总上网电量为8425 万kW·h，与火电厂相比每年可为电网节约标煤约1028吨，在25年使用期内共节省标煤2.57万吨。项目同时发挥重要的环境效益，每年减轻排放温室效应气体CO2约2743吨；每年减少排放大气污染气体SOx约21吨，NOx约7吨。 项目建设过程图片