太阳能光伏发电原理图

1 太阳能发电原理

1、原理概述

太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池板将太阳能转换成电能的一种可再生清洁发电机制。当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被太阳电池板反射掉，另一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成电位差。当外部接通电路时，在该电压的作用下，则会有直流电流流过外部电路产生一定的输出功率。

通常每块太阳能电池组件输出的直流电压较低，一般为35V。为了提高电压，达到逆变器最佳工作状态的额定输入直流电压，将一定数量的太阳能电池串联到一起形成回路，然后接入逆变器中，逆变器将输入的直流电转换成交流电。逆变后得到的交流电通过站内的升压变压器升至指定电压后并入电网。

图1 太阳能发电系统原理

2、系统部件

2.1 太阳电池

在太阳能光伏发电系统中，太阳能电池板占据着举足轻重的地位，它是将太阳能转换成电能核心部件。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，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。用于制造太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带 2 正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个P－N结。太阳能电池的核心技术就在这个“结”上，P－N结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光子的能量，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。这样，在P－N结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。如果分别在P型层和N型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。

1、太阳能光伏发电系统的介绍

太阳能光伏系统简介

从人类历史上而言，正因为有太阳的存在，所以在地球上才会拥有人类赖以 生存的环境和人类能够出现并得以繁衍生存的原因，可见其对人类的发展有着十 分重大的影响作用。随着人类科学技术的不断发展，人们对太阳能源的利用不再 局限于传统的耕种作物的光合作用，而是将其直接转换成为热能和电能等。利用 太阳能时，可以避免对环境的污染，不需要消耗地球上已有的资源，无论是安全 性还是可靠性上，都是人类能源利用的首选。从人类长远的发展战略而言，有效 利用太阳能也有利于保护生态环境，产生更多的经济效益。利用光伏发电系统， 能够将太阳能进行有效的转换，从而为整个人类的生产生活提供清洁的电能，对 人类社会的发展有着十分重要的影响意义。经过长时间的研究和发展，我国已经 形成了完整的太阳能电池组件的生产供应链，包括了电池组件的生产、制造、组 装等各个环节。我国一直重视对太阳能的利用，经过多年的努力，如今已经拥有 世界上先进的光伏发电技术，并出口至全球各地，打造出具有竞争优势的中国品 牌。

一般悄况下，按照光伏发电系统不同的功能系统组成，可以将整个系统具体 划分为太阳能电池、控制器、蓄电池以及逆变器。按照其和电网是否连接的状态 进行划分，乂可以将其划分成为和电网连接或独立式的发电方式。其中，独立式 的发电方式主要是应用于农村民用方面，以家庭或村为单位，满足于用电需求量 较少的情况，或者是十分偏远的地区，全国电网难以覆盖的地方，可以利用光伏 发电来解决用电问题。除此之外，和整个用电网络连接在一起的是并网式的光伏 发电系统，这能够补充我国电能的不足，为我国工业和经济发展提供更加强力的 基础保障。我国长时间都在大力发展清洁能源，水力发电、太阳能发电、潮汐发 电等多找清洁能源发电方式的年发电量在总发电量中所占的比例越来越大。

2太阳能光伏发电系统类型

按照光伏发电系统的结构形式和区域围的不同，可以将其分为并网、微网以 及独立发电系统这三种。其中的独立发电系统是单独的光伏发电系统，能够提供 给个别用户的供电：微网发电系统是一个较小连网系统，在一个村或区域圉相对 独立的连网系统；并网发电系统则是和整个电网系统进行统一连接，从而可以实 现互补。

光伏发电系统由哪些部分构成？其作用分别是什么？

光伏发电系统由哪些部分构成,其作用

分别是什么,

离网型光伏发电系统组成:

典型的光伏发电系统主要由光伏阵列、充放电控制器、储能装备或逆变器、负载等组成。其构成如图所示。

光照射到光伏阵列上，光能转变成电能，光伏阵列的输出电流由于受环境影响，因此是不稳定的，需要经过DC-DC转换器将其转变成稳定的电流后，才能加载到蓄电池上，对蓄电池充电，蓄电池再对负载供电。如果是并网售电，则不需要蓄电池，而是通过并网逆变器，将直流电流转换成交流电流，并到电网上进行出售。也就是说，离网型光伏发电系统必须使用到蓄电池储能，而并网型则不一定需要。

控制系统对光伏阵列的输出电压和电流进行实时采样，判断光伏发电系统是否工作在最大功率点上，然后根据跟踪算法，改变PWM信号的占空比，进而控制光伏阵列的输出电压使其工作点向最大功率点逼近。在蓄电池过充过放控制模块中，当蓄电池电压充电或放电到一定的设定值后，就会自动关闭或打开。

光伏阵列组件

光伏发电系统利用以光电效应原理制成的光伏阵列组件将太阳能直接转换为电能。光伏电池单体是用于光电转换的最小单元，一个单体产生的电压大约为0.45V，工作电流约为20~25mA/cm2，将光伏电池单体进行串、并联封装后，就成了光伏电池阵列组件。

当受到光线照射的太阳能电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端建立起端电压，这时太阳能电池的工作情况可以用下图所示的太阳能电池负载特性曲线来表示。它表明在确定的日照强度和温度下，光伏电池的输出电压和输出电流以及输出功率之间的关系，简称I-V特性和P-V特性。从图中可以看出，光伏发电系统的特性曲线具有强烈的非线性，既非恒压源也非恒流源。从其P-V特性曲线可以看出，在日照强度一定的前提下，其输出功率近似于一个开口向下的抛物线。该抛物线顶点对应的功率即为该日照强度下的P-V曲线的最大功率点，对应的电压称为最大功率点电压。为了提高光伏发电系统的转化效率，就必须使系统保持运行在P-V曲线最大功率点附近。

太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图

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太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图

随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，太阳能必须完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。

在光伏并网系统中,并网逆变器是核心部分.目前并网型系统的研究主要集中于DC—DC和DC-AC两级能量变换的结构。DC—DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC—AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC—AC是系统的关键设计.

太阳能光伏并网系统结构图如图1所示.本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器.前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。

图1 光伏并网系统结构图 个人收集整理 勿做商业用途

逆变器的设计

太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成单相交流电,并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。

图2 逆变器原理框图 个人收集整理 勿做商业用途

控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。 实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路.其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时,系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。