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。
N1-1丿、阳能电池发电一忝细小U 图
1. 太阳能电池方阵:
2
电池单体的工作电压约为,工作电流约为20- 25mA/cm
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 吉形成一个电场。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 吉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”。
太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为
2 2
4cm 到100c m 不等。太阳能
一般不能单独作为电源使
中门DU 000
口
V阶
图1—2人阳能电池单佐、组件和办讯
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吉电场所分离，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 潮、防污。太阳能
电池也是被镶嵌在一层聚合物中。在这种太阳能电池组件中，电 池与接线盒之间可直接用导线连接。
组件的电气特性主要是指电流一电压输出特性，也称为V —I 特性曲线，如图
1-3所示。V —I 特性曲线可根据图1— 3所示的电路装置进行测量。V —I 特性曲 线显示了通过太阳能电池组件传送的电流 Im 与电压Vm 在特定的太阳辐照度下的关
系。如果太阳能电池组件电路短路即 V = 0,此时的电流称为短路电流Isc ;如果电路 开路即I = 0，此时的电压称为开路电压Voc o 太阳能电池组件的输出功率等于流经该 组件的电流与电压的乘积，即 P = V X I o
Isc:爲路电渝 Voc: JT 路屯压
ra 1-3 当太阳能电池组件的电压上升时，例如通过增加负载的电阻值或组件的电压从 零（短路条件下）开始增加时，组件的输出功率亦从 0开始增加；当电压达到一定值 时，功率可达到最大，这时当阻值继续增加时，功率将跃过最大点，并逐渐减少至 零,即电压达到开路电压VoC o 太阳能电池的内阻呈现出强烈的非线性。
在组件的输
出功率达到最大点，称为最大功率点；该点所对应的电压，称为最大功率点电压 Vm
（又称为最大工作电压）；该点所对应的电流，称为最大功率点电流 Im （又称为最
大工作电流）；该点的功率，称为最大功率 Pm
随着太阳能电池温度的增加，开路电压减少，大约每升高 1° C 每片电池的电压 减少5mV 相当于在最大功率点的典型温度系数为- ％/° Co 也就是说，如果太阳能 电池温度每升高1° C,则最大功率减少%所以，太阳直射的夏天，尽管太阳辐射量 比较大，如果通风不好，导致太阳电池温升过高，也可能不会输出很大功率。
由于太阳能电池组件的输出功率取决于太阳辐照度、太阳能光谱的分布和太阳 能电池的温度，因此太阳能电池组件的测量在标准条件下（ STC 进行，测量条件被
欧洲委员会定义为101号标准，其条件是：
2
光谱辐照度1000W/m 大气质量系数 太阳电池温度25 C
在该条件下，太阳能电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率，表示为 Wppeak watt ） o 在很多情况下，组件的峰值功率通常用太阳模拟仪测定并和国际认 证机构的标准化的太阳能电池进行比较。
通过户外测量太阳能电池组件的峰值功率是很困难的，因为太阳能电池组件所
接受到的太阳光的
人阳能叮也的电渝一电压抽性曲线
实际光谱取决于大气条件及太阳的位置；此外，在测量的过程中，太阳能电池的温度也是不断变化的。在户外测量的误差很容易达到10％或更大。
如果太阳电池组件被其它物体(如鸟粪、树荫等)长时间遮挡时，被遮挡的太阳能电池组件此时将会严重发热，这就是“热斑效应”。这种效应对太阳能电池会造成很严重地破坏作用。有光照的电池所产生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳能电池由于热班效应而被破坏，需要在太阳能电池组件的正负极间并联一个旁通二极管，以避免光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所消耗。
连接盒是一个很重要的元件：它保护电池与外界的交界面及各组件内部连接的导线和其他系统元件。它包含一个接线盒和1只或2只旁通二极管。
2．充放电控制器：
充放电控制器是能自动防止蓄电池组过充电和过放电并具有简单测量功能的电子设备。由于蓄电池组被过充电或过放电后将严重影响其性能和寿命，充放电控制器在光伏系统中一般是必不可少的。充放电控制器，按照开关器件在电路中的位置，可分为串联控制型和分流控制型；按照控制方式，可分为普通开关控制型( 含单路和多路开关控制)和PW脉宽调制控制型(含最大功率跟踪控制器)。开关器件，可以是继电器，也可以是MOSFE模块。但PW脉宽调制控制器，只能用MOSFE模块作为开关器件。
3．直流/ 交流逆变器：
逆变器是将直流电变换成交流电的电子设备。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，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。逆变器按输出波形，又可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器，电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。
正弦波逆变器，成本高，但可以适用于各种负载。从长远看，SPW脉宽调制正弦波
逆变器将成为发展的主流。
4．蓄电池组：
其作用是储存太阳能电池方阵受光照时所发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电系统对所用蓄电池组的基本要求是：(1) 自放电率低；(2) 使用寿命长；(3) 深放电能力强；(4) 充电效率高；(5) 少维护或免维护；(6) 工作温度范围宽；(7) 价格低廉。
目前我国与太阳能电池发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。配套200Ah 以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封免维护铅酸蓄电池；配套200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池。
5．测量设备：对于小型太阳能电池发电系统，只要求进行简单的测量，如蓄电池电压和充放电电
流，测量所用的电压和电流表一般装在控制器面板上。对于太阳能通信电源系统、
阴极保护系统等工业电源系统和大型太阳能发电站，往往要求对更多的参数进行测量，如太阳能辐射量、环境温度、充放电电量等，有时甚至要求具有远程数据传输、数据打印和遥控功能，这时要求为
太阳能电池发电系统应配备智能化的“数据采集系统”和“微机监控系统”。
6．太阳能光伏电源系统的设计：
太阳能光伏电源系统的设计分为软件设计和硬件设计，且软件设计先于硬件设计。软件设计包括：负载用电量的计算，太阳能电池方阵面辐射量的计算，太阳能电池、蓄电池用量的计算和二者之间相互匹配的优化设计，太阳能电池方阵安装倾角的计算，系统运行情况的预测和系统经济效益的分析等。硬件设计包括：负载的选型及必要的设计，太阳能电池和蓄电池的选型，太阳能电池支架的设计，逆变器的选型和设计，以及控制、测量系统的选型和设计。对于大型太阳能电池发电系统，还要有方阵场的设计、防雷接地的设计、配电系统的设计以及辅助或备用电源的选型和设计。软件设计由于牵涉到复杂的辐射量、安装倾角以及系统优化的设计计算，一般是由计算机来完成；在要求不太严格的情况下，也可以采取估算的办法。
⑴ 太阳能辐射原理：
太阳电池发电的全部能量来自于太阳，也就是说，太阳电池方阵面上所获得的辐射量决定了它的发电量。太阳电池方阵面上所获得辐射量的多少与很多因素有关：当地的纬度，海拔，大气的污染程度或透明程度，一年当中四季的变化，一天当中时间的变化，到达地面的太阳辐射直、散分量的比例，地表面的反射系数，太阳电池方阵的运行方式或固定方阵的倾角变化以及太阳电池方阵表面的清洁程度等。要想较为准确地推算出太阳电池方阵面上所获得的辐射量，必须对太阳辐射的基本概念有所了解。
太阳辐射的基本定律太阳辐射的直散分离原理、布格－朗伯定律和余弦定律是我们所要了解的三条最基本的定律。
直散分离原理：大地表面（即水平面）和方阵面（即倾斜面）上所接收到的辐射量均符合直散分离原理，只不过大地表面所接收到的辐射量没有地面反射分量，而太阳电池方阵面上所接收到的辐射量包括地面反射分量：
Q= S+DQ= S +D+R p p p T T T T
Qp: 水平面总辐射Sp: 水平面直接辐射Dp: 水平面散射辐射Q T : 倾斜面总辐射
S: 倾斜面直接辐射
D: 倾斜面地面反射 布格-朗伯定律 :
m
S '= SF
D0
2
S ：太阳常数 1350W/m 0
Q= S+D+R
T T T T
⑵太阳电池发电系统的设计 （以某高山气象站为例 ）：
当地气象地理条件：由当地气象部门提供前 10年的平均数据。 纬度: 北纬 30-45 度 经度: 东经
90-120 度
海拔: 1000-4000 米 最长阴雨天 : 3 天
水平面全年总辐射量为 :165千卡/ 厘米2。 太阳电池方阵面上的总辐射为 180千卡/厘米
2。
负载情况
S ' D
：直接辐射强度
F: 大气透明度
m:
大气质量 m=1/Sin a X p/p
a: 太阳高度角 po: 标准大气压
Sin a = Sin ? Sin S +Cos ? Cos S Cosw S :
太阳赤纬角
S =（360*（284+N ）/365） ?：当地纬度（0 －90° ）
co:时角（地球自转一周360度，24小时） 15度/小时或 4分钟/度 余弦定律 : Sp '
Sin a
S '
T
cos
D ' = Dp ' (1+cosZ)/2 R ' = Qp ' (1 -cosZ)/2
电源系统容量设计步骤：
① 太阳电池组件的选型：
太阳电池选用秦皇岛华美光伏电源系统有限公司的组件 型号为： 开路电压： 短路电流： 峰值电压： 峰值电流： 峰值功率： ② 计算等效的峰值日照时数： 全年峰值日照
时数为:180000 X =2088小时 为将辐射量（卡/cm2）换算成峰值日照时数的换算系数: 峰值日照定义:100毫瓦/cm2=瓦/cm2
1卡二焦耳二瓦秒1小时=3600秒
则:1卡/cm2=瓦秒/卡/（3600秒/小时X 瓦/cm2）=小时cm2/卡 于是:180000卡/cm2年X 小时cm2/卡=2088小时/年
平均每日峰值日照时数为：2088*365=小时/日
③ 根据系统工作电压等级确定太阳电池组件的串联数： 系统工作电压一般选择原则：户用系统为
12VD （或24VDC 通信系统为48VDC
电力系统为110VDC 大型电站为220VD （%或更高。
每块标准组件峰值电压为17V,设计为对12V 蓄电池充电，4块组件串联对48V 蓄电池 充电，因此，所需太阳电池的串联数为 4块。
④ 计算每日负载耗电量为：4300W * 48V = ⑤ 计算所需太阳电池的总充电电流为： XXX =
其中：:蓄电池的充电效率
:逆变器效率
:20年内太阳电池衰降，方阵组合损失，尘埃遮挡等综合系数。 ⑥ 计算所需太阳电池的并联数为： 一块=10块
⑦ 计算所需太阳电池的总功率为： （10X 4）块X 38峰瓦/块=1520峰瓦 ⑧ 计算所需蓄电池容量：
蓄电池选用江苏双登全密封阀控式工业用铅酸蓄电池 天X 3天（连续阴雨天数）* = 400Ah
33D1312X310 21V 17V 38 Wp
扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目：北京市发电系统设计 课程：太阳能光伏发电系统设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气0703 姓名：严小波 指导教师：夏扬 完成日期： 2011年3月11日
目录 1光伏软件Meteonorm和PVsyst的介绍---------------------------------------------3 1.1 Meteonorm--------------------------------------------------------------------------3 1.2 PVsyst-------------------------------------------------------------------------------4 2中国北京市光照辐射气象资料-------------------------------------------------------11 3独立光伏系统设计----------------------------------------------------------------------13 3.1负载计算（功率1kw，2kw，3kw，4kw，5kw）-----------------------------13 3.2蓄电池容量设计（电压：24V，48V）----------------------------------------13 3.3太阳能电池板容量设计，倾角设计--------------------------------------------13 3.4太阳能电池板安装间隔计算及作图。-----------------------------------------16 3.5逆变器选型--------------------------------------------------------------------------17 3.6控制器选型--------------------------------------------------------------------------17 3.7系统发电量预估--------------------------------------------------------------------18
光伏发电基本知识 太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指 置。 应用范围 理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。目前多晶硅电池效率在16至17%左右，单晶硅电池的效率约18至20%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。到2009年，中国并网发电还未开始全面推广，不过，2008年北京奥运会部分用电是由太阳能发电和风力发电提供的。 发展前景 据预测，太阳能光伏发电在21
到203030%以上，而太阳能 10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上， 太阳能发电将占到60% [2]在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。 光伏发电系统 系统分类 1、独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏电站 伏发电系统。2、并网光伏发电就是太阳能组件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这后直接接入公共
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。
太阳能发电系统的结构和工作原理 在理解太阳能发电原理之前，如果您对太阳能还有所疑问的话，建议您先看一下什么是太阳能。 所谓太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solar cells)是利用半导体材 料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目前从民用的角度，在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是"光伏--建筑(照明)一体化"技术，而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。 1、太阳能发电原理 太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中 ，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。 1.1 太阳能电源系统 太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。 (1) 电池单元： 由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的 电池系统，称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。 若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，就有"光生电流"流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。 理论研究表明，太阳能电池组件的峰值功率Pk，由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷(需电量)决定。(2) 电能储存单元： 太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十 分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。 1.2 控制器 控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常 采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式，使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的"向日葵"式控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。 1.3 DC-AC逆变器 逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电 。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。 2、太阳能发电系统的效率 在太阳能发电系统中，系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及 负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围
光伏发电基础知识 一、光伏发电的概念 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。主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。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。 二、光伏发电的原理 光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。硅原子有4个外层电子，如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子，就成为N型半导体；若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子，形成P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P－N结后，空穴由P极区往N极区移动，电子由N极区向P极区移动，形成电流。 光电效应就是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。 多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成P－N结。然后采用丝
网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。为了将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外 50%。 光伏发电原理图
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/eb15805389.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)
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
巩义三中专“光伏发电技术及应用”专业 一、培养规格与培养目标 培养规格：中职，初中起点三年制两年的在校学习，半年实习，半年顶岗实习，三年后完成学业发中专毕业证；高中起点一年制，主要学习专业理论和专业技能课，一年后完成规定的学业，发放专业合格证，安排就业。 培养目标：本专业面向光伏发电系统，培养德、智、体、美全面发展，适应光伏发电产业发展需要，具有光伏发电基础理论知识，系统掌握光伏发电及应用技术，具有现代企业管理意识，能在光伏发电及应用领域，包括电能检测、设备控制、发电技术管理等方面能够胜任岗位需要的中、初级技术应用性人才。 二、课程模块设置 本专业中专起点共设置4个模块，分别是：公共基础课、专业基础课、专业课、实践课。 高中起点设置3个模块，分别是：专业基础课、专业课、实践课。 三、课程设置 中专起点： 1．公共基础课。 （1）德育课：职业生涯规划、职业指导与法律、经济政治与社会、哲学与人生。 （2）文化基础课：语文、数学、英语、物理、化学、计算机应用基础、体育与健康教育。 （3）选修课：普通话口语训练、礼仪与交际、书法。
2．专业基础课。电工电子技术、光伏发电系统概论、机械制图、机械基础。 3．专业课。 （1）必修课：太阳能光伏发电技术、太阳电池原理与工艺、太阳电池材料。 （2）选修课：太阳能光伏发电系统工程、光伏检测与分析、单片机技术。 4．本专业统设必修综合实践包括电工与电子学实验、金工实习、综合实训（光伏）。 高中起点： 1．专业基础课。电工电子技术、光伏发电系统概论、机械制图。 2．专业课。 （1）必修课：太阳能光伏发电技术、太阳电池原理与工艺、太阳电池材料。 （2）选修课：太阳能光伏发电系统工程、光伏检测与分析、单片机技术。 就业面向：具有在太阳能光伏系统及相关领域从事系统安装与维护、调试、生产运行、技术管理、产品检测与质量控制等方面的工作能力。毕业生主要面向光伏企业。也可以从事光伏专业职业教育的实践教学工作。 2010年12月6日
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
光伏发电系统的工作原理和系统类型 1离网型光伏发电系统 离网型光伏发电系统亦称为独立光伏发电系统，图4为其典型结构示意图。 图 4 中的蓄电池是离网型光伏发电系统中必不可少的储能器件，光伏阵列受太阳光照发出的电能通过控制器、DC/DC 变换器对蓄电池进行高效、快速充电;而蓄电池储存的电能可通过放电器向直流负载馈电或经DC/AC变换向交流负载供电。控制器根据当前工况通过对DC/DC 变换器控制调整光伏阵列等效负载的大小，实现MPPT; 另一方面，控制器采用正弦波调制（SPWM）或空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术对电压源型DC/AC 逆变器进行控制以输出总谐波畸变率低、稳定可靠的交流电。防反充二极管可防止蓄电池对光伏阵列放电，以避免反向电流损坏光伏阵列。离网型光伏发电系统主要应用于远离公共电网的无 电地区或容量较小（一般不超过几百瓦）的户用光伏系统。 2并网型光伏发电系统 并网型光伏发电系统与公共电网相联接，其典型结构示意图如图5 所示。图5 中，实现MPPT 的前级DC/DC 变换控制与实现逆变、并网控制的后级DC/AC PWM 控制独立，降低了后级逆变器并网工作与光伏阵列输出功率的相互影响，在提 高太阳能利用率的同时，提高并网电流品质。并网型光伏发电系统具有太阳能利用率高、可省略蓄电池储能环节、发电成本较独立型光伏发电显著降低等优点，其是光伏发电技术发展的趋势，主要有大型联网光伏电站和住宅联网型光伏系统两大类，其中，光伏系统与建筑相结合（BAPV）的住宅屋顶联网型光伏系统已成为光伏产业的一个热点。并网型光伏发电系统的关键技术包括光伏阵列MPPT、逆变、并网控制、并网保护及孤岛效应检测等。
光伏发电的基本原理: 太阳能是一种辐射能,它必须借助于能量转换器件才能变换为电能.这种把辐射能变换成电能的能量转换器件,就是太阳能电池.太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的器件,这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”,太阳能电池又称为“光伏电池”.当太阳光照射到由P、N 型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收.形成内建静电场.如果从内建静电场的两侧引出电极并接上适当负载,就会形成电流,这就是太阳能电池的基本原理.单片太阳能电池就是一薄片半导体P-N结.标准光照条件下,额定输出电压为0.48V.为了获得较高的输出电压和较大容量,往往把多片太阳能电池连接在一起,目前,太阳能电池的光电转换率一般在15%左右，个别发达国家的实验室太阳能电池光电转换率已经可以达到30%左右. 太阳能设计问答 问：根据输出功率，如何设计一套太阳能发电系统？ 答：太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法： 1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)： 若逆变器的转换效率为90％，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90％=111W；若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。 2.计算太阳能电池板： 按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70％是充
光伏系统的组成和原理 光伏系统由以下三部分组成：太阳电池组件；充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。 光伏系统具有以下的特点： -没有转动部件，不产生噪音； -没有空气污染、不排放废水； -没有燃烧过程，不需要燃料； -维修保养简单，维护费用低； -运行可靠性、稳定性好； -作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电 池寿命可达到25年以上； -根据需要很容易扩大发电规模。 光伏系统应用非常广泛，光伏系统应用的基本形式可分为两大类：独立发电系统和并网发电系统。应用主要领域主要在太空航空器、通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵和无电缺电地区户用供电。随着技术发展和世界经济
可持续发展的需要，发达国家已经开始有计划地推广城市光伏并网发电，主要是建设户用屋顶光伏发电系统和MW级集中型大型并网发电系统等，同时在交通工具和城市照明等方面大力推广太阳能光伏系统的应用。 光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到0.3～2W的太阳能庭院灯，大到MW级的太阳能光伏电站。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。图1-1是一个典型的供应直流负载的光伏系统示意图。其中包含了光伏系统中的几个主要部件： ●光伏组件方阵：由太阳电池组件（也称光伏电池组件）按 照系统需求串、并联而成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。 ●蓄电池：将太阳电池组件产生的电能储存起来，当光照不 足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量
一、什么是光伏发电系统? 光伏发电系统是利用太阳能组件和配套电气设备将太阳能转换成所需要电能的发电系统。 当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，使电子发生了跃迁，成为自由电子，该自由电子在PN结两侧聚集形成电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的功率输出。该过程的实质是光子能量转换成电能的过程。 二、光伏发电系统的分类 分布式光伏发电系统主要分为并网光伏发电系统和离网光伏发电系统。并网发电系统又分为集中式光伏发电系统和分布式光伏发电系统。 三、集中式光伏电站系统介绍 集中式光伏发电系统规模较大，安装集中，整体升压输送到电网。建设地点主要是荒山荒坡、滩涂、戈壁、鱼塘等地。
集中式光伏发电系统主要由光伏组件、直流汇流箱、并网逆变器、交流配电柜、光伏支架、监控系统、电缆等部分组成。
系统主要组成部件：光伏组件 太阳电池组件—实用型功率系统的基本单元，是光伏系统的主要组成部分。 为使太阳电池在工程中应用，对硅电池片进行电气连接及结构集成和封装成“太阳电池组件”（简称“组件”）。 主要分为：单晶组件、多晶组件、薄膜组件。 系统主要部件：光伏逆变器 将直流电转换成交流电，是光伏系统的最主要电气设备。 主要分为并网逆变器、离网逆变器、组合型逆变器。并网逆变器又包括：微型逆变器、组串型逆变器、集中型逆变器。
系统主要部件：配电设备 直流设备：主要用于对光伏组件串直流电缆进行汇流，再与并网逆变器或直流配电柜连接。 交流设备：将若干个光伏逆变器并联接入交流配电柜，在交流配电柜内汇流后输出。 功能：主要保护光伏系统运行安全以及将线缆整合，避免线路交叉。 系统主要部件：支架系统
太阳能光伏发电系统原理 光伏发电系统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系统装置。 3.1光电效应概述 光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。 3.2光生伏打效应概述及应用 3.2.1光生伏打效应 是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。3.2.2光生伏打效应应用 光生伏打效应主要是应用在半导体的PN结上，把辐射能转换成电能。大量研究集中在太阳能的转换效率上。理论预期的效率为24％。由于半导体PN结器件在阳光下的光电转换效率最高，所以通常把这类光伏器件称为太阳能电池，也称光电池或太阳电池。 3.3太阳能电池及其太阳能组件 3.3.1太阳能电池的工作原理，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。 3.3.2太阳能电池的生产流程 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度 350～450μm的高质量硅片上制成的， 这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。如图1 3.3.3 太阳能电池的制造技术 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图2。提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。 具体的制造工艺技术说明如下： （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。
太阳能光伏发电必须掌握的基础知识 1、太阳能光伏系统的组成和原理 太阳能光伏系统由以下三部分组成： 太阳电池组件；充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。 太阳能光伏系统具有以下的特点： -没有转动部件，不产生噪音； -没有空气污染、不排放废水； -没有燃烧过程，不需要燃料； -xx简单，维护费用低； -运行可靠性、稳定性好； -作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达到25年以上；根据需要很容易扩大发电规模。 光伏系统应用非常广泛，光伏系统应用的基本形式可分为两大类： 独立发电系统和并网发电系统。应用主要领域主要在太空航空器、通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵和无电缺电地区户用供电。随着技术发展和世界经济可持续发展的需要，发达国家已经开始有计划地推广城市光伏并网发电，主要是建设户用屋顶光伏发电系统和MW级集中型大型并网发电系统等，同时在交通工具和城市照明等方面大力推广太阳能光伏系统的应用。 光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到0.3～2W的太阳能庭院灯，大到MW级的太阳能光伏电站，如3.75kWp家用型屋顶发电设备、敦煌10MW项目。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结
构和工作原理基本相同。图4-1是一个典型的供应直流负载的光伏系统示意图。其中包含了光伏系统中的几个主要部件： 光伏组件方阵： 由太阳电池组件（也称光伏电池组件）按照系统需求串、并联而成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。 蓄电池： 将太阳电池组件产生的电能储存起来，当光照不足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求，它是太阳能光伏系统的储能部件。目前太阳能光伏系统常用的是铅酸蓄电池，对于较高要求的系统，通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。 控制器： 它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出，是整个系统的核心控制部分。随着太阳能光伏产业的发展，控制器的功能越来越强大，有将传统的控制部分、逆变器以及监测系统集成的趋势，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三种功能。 逆变器： 在太阳能光伏供电系统中，如果含有交流负载，那么就要使用逆变器设备，将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。 太阳能光伏供电系统的基本工作原理就是在太阳光的照射下，将太阳电池组件产生的电能通过控制器的控制给蓄电池充电或者在满足负载需求的情况下直接给负载供电，如果日照不足或者在夜间则由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于含有交流负载的光伏系统而言，还需要增加逆变器将直流电转换成交流电。光伏系统的应用具有多种形式，但是其基本原理大同小异。对
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
光伏电站系统原理及组成一、光伏系统的工作原理（图1） 1
工作原理：白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。 二、光伏系统的组成 光伏系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜等设备组成。其各部分设备的作用是： ⑴太阳能电池方阵：在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。 ⑵蓄电池组：其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a.自放电率低；b.使用寿命长；c.深放电能力强；d.充电效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。目前我国与太阳能发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。配套200Ah以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封式免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为2V DC；配套200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为12V DC。
光伏发电技术及应用2019 廖东进
目录 前言错误!未定义书签。项目1 太阳能光伏系统认识3 1.1太阳能光伏发电的应用及特点3 1.1.1光伏发电应用3 1.1.2光伏发电特点8 1.2 光伏发电系统认识11 1.2.1光伏发电系统工作方式11 1.2.2太阳能光伏发电系统的组成及分类16项目2 太阳能资源的获取22 2.1我国太阳能资源分布22 2.2太阳辐资源获取27 2.2.1 太阳能辐射量组成27 2.2.2 太阳能辐射量测量31 2.3太阳能辐射量估算33项目3光伏电池组件及方阵容量设计37 3.1光伏单体电池发电特性认识37 3.1.1单体电池参数认识37 3.1.2单体电池输出特性分析40 3.2 光伏组件输出特性分析45 3.3光伏方阵结构设计48 3.4光伏方阵容量设计54项目4 光伏储能设备认识及设计61 4.1铅酸蓄电池的认识61 4.2蓄电池的选择及容量设计69 4.3蓄电池的选购、安装、维护73 4.4超级电容器的认识及使用77项目5 光伏控制器认识86 5.1太阳能控制器认识86 5.1.1光伏控制器功能86 5.1.2光伏控制器分类及控制原理91 5.2光伏电池最大功率点跟踪方法97 5.3典型光伏控制应用及选购100 5.4典型光伏控制电路制作105
5.4.1蓄电池电压检测器电路制作105 5.4.2铅酸蓄电池充放电电路106 5.4.3太阳能草坪灯控制电路制作112 5.5超级电容在LED灯具中的应用116项目6 光伏逆变器119 6.1逆变器认识及测试119 6.2光伏逆变器控制原理124 6.2.1光伏逆变器工作原理124 6.2.2独立型逆变器129 6.2.3并网型逆变器135 6.3小功率逆变器制作141项目7 光伏发电系统容量设计144 7.1光伏系统容量设计考虑因素144 7.2太阳能光伏发电系统容量的设计与计算151 7.2.1光伏发电系统组件容量设计151 7.2.2蓄电池和蓄电池组容量设计155 7.2.3以太阳辐射量为参数的其他设计方法160 7.3并网光伏发电系统容量的设计与计算167项目8 太阳能光伏发电系统的整体配置与相关设计172 8.1太阳能光伏发电系统的整体配置172 8.2光伏发电供配电系统设计182 8.3太阳能光伏发电系统配置设计实例193项目9 RETScreen软件应用202 9.1 RETScreen认识202 9.2 RETScreen光伏模型中的应用204 9.2.1能源模型初始化204 9.2.2能源模型分析205 9.2.3成本分析模型设计207 9.2.4减排量分析209 9.2.5财务分析211参考文献213
光伏电站基础知识总结——光伏发电单元与升压变的连接 日期：2014-12-01 [复制链接] 责任编辑：apple 打印收藏评论(3)[订阅到邮箱] 阳光工匠光伏网讯：光伏电站电气系统主要包括光伏组件、汇流箱、逆变器、升压变、集电线路、低压配电装置、主变压器、高压配电装置、无功补偿、站用电系统、通信、继电保护及监控等部分，光伏电站在进行电气设计时，主要考虑四个方面：光伏发电单元与升压变的连接、光伏电站集电线路接线方式、升压站的电气主接线方式、站用电接线设计。 一、发电单元与升压变接线方式 发电单元与升压变的接线，主要指的是逆变器与变压器的接线，是光伏电站与电网衔接的第一步，也是最关键的一环。目前，光伏逆变技术已臻成熟，市场上大型逆变器单机最常用机型为500KW型，由此而知，大型光伏电站中500KW为最小发电单元，其与升压变的连接方式有如下三种形式： 1.500KW发电单元与1台500KVA双绕组升压变组成发电机-双绕组变压器单元接线； 2.两个500KW发电单元与一台1000KVA双绕组升压变组成发电机-双绕组变压器扩大单元接线。 3. 两个500KW发电单元与一台1000KVA双分裂三绕组升压变组成发电机-双分裂变压器扩大单元接线
序号逆变器数低压配 电装置变压器高压配 电装置 配电房附件 方案12台500KW 2套2台500KVA 2套2套逆变器房 2套变压器房 方案22台500KW 2套1台1000KVA 1套1套逆变器房 1套变压器房 方案32台500KW 2套1台1000KVA 1套1套逆变器房 1套变压器房 方案1接线简单、结构清晰、可靠性高，每台升压变故障仅影响与其相连的500KW光伏组件的出力，但这种接线方式资源浪费比较大，每台逆变器需要单独配套一套升压、配电单元，成本较高，适用于场地较分散，光伏组件分片布置，多点并网的情况，采用小单元就地升压的方式，减小线路损耗，不适合大型集中式光伏系统。 方案2与方案3，都比较适合大型集中式光伏电站，每兆瓦在电缆及附件、开关柜、设备安装等方面投资成本基本一致，相同容量的双分裂变压器比双绕组变压器的价格稍高，但是双分裂变压器实现了两台逆变器之间的电气隔离，不但减小了相互之间的电磁干扰及环流影响，而且两台逆变器的交流输出分别经变压器滤波，输出电流谐波小，提高了输出的电能质量。 综上所述，方案1适合场地分散，多点并网的方式，方案3的经济性和电气安全性，比方案2更适合大型集中式应用案例。
系统组成及工作原理 1．1 光伏水泵系统的结构图 由图1可知，系统利用太阳电池阵列将太阳能直接转变成电能。经过DC／DC升压，和具有TMPPT功能的变频器后输出三相交流电压驱动交流异步电机和水泵负载，完成向水塔储水功能。其中主要包括4部分：太阳电池阵列；具有TMPPT功能的变频器；水泵负载；储水装置。 1．2 变频器主电路及硬件构成 本系统所采用的主电路及硬件控制框图如图2所示。主电路DC／DC部分采用性能优越的推挽正激式电路进行升压；DC／AC部分采用三相桥式逆变电路。主功率器件采用ASIPM(一体化智能功率模块)PS12036，系统控制核心由16位数字信号控制器dsPIC30F2010构成。外围控制电路包括阵列母线电压检测和水位打干检测电路。系统首先通过初始设置的工作方式和PI参数工作，然后由MPPT子程序实时搜索出的电压值作为内环CVT的给定，通过PI 调节得到工作频率值，计算出PWM信号的占空比，实现光伏阵列的真正最大功率跟踪(TMPPT)，并保持异步电机的V／f比为恒值。系统将MPPT和逆变器相结合，利用ASIPM模块自带的故障检测功能进行检测和保护，结构简单，控制方便。 1．2．1 DC／DC升压电路简述 1．2．1．1主电路选择 对于中小功率的光伏水泵来说，光伏阵列电压大都是低压(24v、36v、48V)，对于升压主电路的选择，人们一般选择推挽电路，因为推挽电路变压器原边工作电压就是直流侧输入电压，同时驱动不需隔离，因此比较适合输入电压较低的场合。但是偏磁问题是制约其应用的一大不利因素，功率管的参数差异和变压器的绕制工艺都有可能使推挽电路工作在一种不稳定状态。基于诸多因素的考虑，本系统采用了结构新颖的推挽正激电路，此电路拓扑不仅克服了偏磁问题，而且闭环控制也比较容易(二阶系统)。 1．2.l.2推挽正激电路简单分析 推挽正激电路如图2所示，由功率管S1及S2，电容C8和变压器T组成，变压器T原边绕组N1及N2具有相同的匝数，同名端如图2所示。当S1及S2同时关断的时候，电容C8两端电压下正上负，且等于阵列电压，当S1开通，S1、N2和光伏阵列构成回路，N2上正下负，同时C8、N1和S1构成回路，C8放电，N1下正上负，此时的工作相当于两个正激变换器的并联。同理，当S2开通S1关断时，也相当于两个正激变换器的并联。经过理论分析，推挽正激电路是一个二阶系统，因此闭环控制简单，同时输出滤波电感和电容大大减小。