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太陽(yáng)能光伏發(fā)電解析
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一、光伏發(fā)電的概念級(jí)特點(diǎn)

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理,利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電,光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池板(組件)、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。

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是較少受地域限制,因?yàn)殛?yáng)光普照大地;光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無(wú)噪聲、低污染、無(wú)需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期短的優(yōu)點(diǎn)。

并網(wǎng)光伏發(fā)電就是太陽(yáng)能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電這后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電有集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國(guó)家級(jí)電站,主要特點(diǎn)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(zhǎng)、占地面積大,目前還沒(méi)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(diǎn),是目前并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。

戶用式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)

二、光伏發(fā)電的原理

光伏發(fā)電,其基本原理就是“光伏效應(yīng)”。光子照射到金屬上時(shí),它的能量可以被金屬中某個(gè)電子全部吸收,電子吸收的能量足夠大,能克服金屬內(nèi)部引力做功,離開(kāi)金屬表面逃逸出來(lái),成為光電子

白天采用高能vcz晶體發(fā)電板和太陽(yáng)光互感對(duì)接和全天候24小時(shí)接收風(fēng)能發(fā)電互補(bǔ),通過(guò)全自動(dòng)接收轉(zhuǎn)換柜接收,直接滿足所有家電用電需求。并通過(guò)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)化學(xué)物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)合格。

光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子(光波)轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過(guò)程;其次,是形成電壓過(guò)程。有了電壓,就像筑高了大壩,如果兩者之間連通,就會(huì)形成電流的回路。

光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。硅原子有4個(gè)外層電子,如果在純硅中摻入有5個(gè)外層電子的原子如磷原子,就成為N型半導(dǎo)體;若在純硅中摻入有3個(gè)外層電子的原子如硼原子,形成P型半導(dǎo)體。當(dāng)P型和N型結(jié)合在一起時(shí),接觸面就會(huì)形成電勢(shì)差,成為太陽(yáng)能電池。當(dāng)太陽(yáng)光照射到P-N結(jié)后,空穴由P極區(qū)往N極區(qū)移動(dòng),電子由N極區(qū)向P極區(qū)移動(dòng),形成電流。

多晶硅經(jīng)過(guò)鑄錠、破錠、切片等程序后,制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴(kuò)散微量的硼、磷等,就形成P-N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷,將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線,經(jīng)過(guò)燒結(jié),同時(shí)制成背電極,并在有柵線的面涂一層防反射涂層,電池片就至此制成。電池片排列組合成電池組件,就組成了大的電路板。一般在組件四周包鋁框,正面覆蓋玻璃,反面安裝電極。有了電池組件和其他輔助設(shè)備,就可以組成發(fā)電系統(tǒng)。為了將直流電轉(zhuǎn)化交流電,需要安裝電流轉(zhuǎn)換器。發(fā)電后可用蓄電池存儲(chǔ),也可輸入公共電網(wǎng)。發(fā)電系統(tǒng)成本中,電池組件約占50%,電流轉(zhuǎn)換器、安裝費(fèi)、其他輔助部件以及其他費(fèi)用占另外 50%。

三、光伏電站的類型

光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)及分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

1、獨(dú)立光伏發(fā)電也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電。主要由太陽(yáng)能電池組件、控制器、蓄電池組成,若要為交流負(fù)載供電,還需要配置交流逆變器。獨(dú)立光伏電站包括邊遠(yuǎn)地區(qū)的村莊供電系統(tǒng),太陽(yáng)能戶用電源系統(tǒng),通信信號(hào)電源、陰極保護(hù)、太陽(yáng)能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2、并網(wǎng)光伏發(fā)電就是太陽(yáng)能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)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)。

可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并網(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(shí)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)光伏電站一般都是國(guó)家級(jí)電站,主要特點(diǎn)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(zhǎng)、占地面積大,還沒(méi)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(diǎn),是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。

3、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng),又稱分散式發(fā)電或分布式供能,是指在用戶現(xiàn)場(chǎng)或靠近用電現(xiàn)場(chǎng)配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng),以滿足特定用戶的需求,支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,或者同時(shí)滿足這兩個(gè)方面的要求。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本設(shè)備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設(shè)備,另外還有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置。其運(yùn)行模式是在有太陽(yáng)輻射的條件下,光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池組件陣列將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換輸出的電能,經(jīng)過(guò)直流匯流箱集中送入直流配電柜,由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供給建筑自身負(fù)載,多余或不足的電力通過(guò)聯(lián)接電網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)。

四、光伏電站的組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池方陣,蓄電池組,充放電控制器,逆變器,交流配電柜,太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。其部分設(shè)備的作用是:

4.1電池方陣

在有光照(無(wú)論是太陽(yáng)光,還是其它發(fā)光體產(chǎn)生的光照)情況下,電池吸收光能,電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的積累,即產(chǎn)生“光生電壓”,這就是“光生伏特效應(yīng)”。在光生伏特效應(yīng)的作用下,太陽(yáng)能電池的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),將光能轉(zhuǎn)換成電能,是能量轉(zhuǎn)換的器件。太陽(yáng)能電池一般為硅電池,分為單晶硅太陽(yáng)能電池,多晶硅太陽(yáng)能電池和非單晶硅太陽(yáng)能電池三種。

4.2蓄電池組

其作用是貯存太陽(yáng)能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。太陽(yáng)能電池發(fā)電對(duì)所用蓄電池組的基本要求是:a.自放電率低;b.使用壽命長(zhǎng);c.深放電能力強(qiáng);d.充電效率高;e.少維護(hù)或免維護(hù);f.工作溫度范圍寬;g.價(jià)格低廉。


4.3控制器

是能自動(dòng)防止蓄電池過(guò)充電和過(guò)放電的設(shè)備。由于蓄電池的循環(huán)充放電次數(shù)及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素,因此能控制蓄電池組過(guò)充電或過(guò)放電的充放電控制器是必不可少的設(shè)備。

4.4逆變器

是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽(yáng)能電池和蓄電池是直流電源,而負(fù)載是交流負(fù)載時(shí),逆變器是必不可少的。逆變器按運(yùn)行方式,可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng),為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)。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(jiǎn)單,造價(jià)低,但諧波分量大,一般用于幾百瓦以下和對(duì)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。

4.5跟蹤系統(tǒng)

由于相對(duì)于某一個(gè)固定地點(diǎn)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng),一年春夏秋冬四季、每天日升日落,太陽(yáng)的光照角度時(shí)時(shí)刻刻都在變化,如果太陽(yáng)能電池板能夠時(shí)刻正對(duì)太陽(yáng),發(fā)電效率才會(huì)達(dá)到最佳狀態(tài)。世界上通用的太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點(diǎn)的經(jīng)緯度等信息計(jì)算一年中的每一天的不同時(shí)刻太陽(yáng)所在的角度,將一年中每個(gè)時(shí)刻的太陽(yáng)位置存儲(chǔ)到PLC、單片機(jī)或電腦軟件中,也就是靠計(jì)算太陽(yáng)位置以實(shí)現(xiàn)跟蹤。采用的是電腦數(shù)據(jù)理論,需要地球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設(shè)定,一旦安裝,就不便移動(dòng)或裝拆,每次移動(dòng)完就必須重新設(shè)定數(shù)據(jù)和調(diào)整各個(gè)參數(shù);原理、電路、技術(shù)、設(shè)備復(fù)雜,非專業(yè)人士不能夠隨便操作。把加裝了智能太陽(yáng)跟蹤儀的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)安裝在高速行駛的汽車、火車,以及通訊應(yīng)急車、特種軍用汽車、軍艦或輪船上,不論系統(tǒng)向何方行駛、如何調(diào)頭、拐彎,智能太陽(yáng)跟蹤儀都能保證設(shè)備的要求跟蹤部位正對(duì)太陽(yáng)。

五、光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域

5.1用戶太陽(yáng)能電源:(1)小型電源10-100W不等,用于邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電,如照明、電視、收錄機(jī)等;(2)3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);(3)光伏水泵:解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。

5.2交通領(lǐng)域如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無(wú)線電話亭、無(wú)人值守道班供電等。

5.3通訊/通信領(lǐng)域:太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng);農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。

5.4石油、海洋、氣象領(lǐng)域:石油管道和水庫(kù)閘門陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等。

5.5家庭燈具電源:如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。

5.6大型光伏電站:10KW-50MW獨(dú)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。

5.7太陽(yáng)能建筑將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合,使得未來(lái)的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給,是未來(lái)一大發(fā)展方向。

5.8其他領(lǐng)域包括:(1)與汽車配套:太陽(yáng)能汽車/電動(dòng)車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等;(2)太陽(yáng)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(yáng)能電站等。

【小常識(shí)】光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

1、太陽(yáng)能取之不盡,用之不竭,地球表面接受的太陽(yáng)輻射能,足夠目前全球能源需求的1萬(wàn)倍,只要在全球4%的沙漠安裝太陽(yáng)能就可以滿足全球需要,安全可靠,不受能源危機(jī)和燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定的沖擊

2、太陽(yáng)能處處可得到,不必遠(yuǎn)距離運(yùn)輸,避免長(zhǎng)距離輸電線路的損失

3、太陽(yáng)能發(fā)電沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件不易損壞,維護(hù)簡(jiǎn)單

4、太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程中不易產(chǎn)生污染廢棄物,是理想的清潔能源

5、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短,方便靈活,可以根據(jù)負(fù)荷的增減,任意添加或減少太陽(yáng)能方陣,避免浪費(fèi)


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