A.太陽電池的基本原理和光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢
1.1太陽電池的基本原理
太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式是采用太陽能蓄電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式,而且隨著技術(shù)不時進(jìn)步,光伏發(fā)電有
可能成為最具發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。太陽電池的基本原理為半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)。當(dāng)太陽光或其它光照射到太陽電池上時,電池吸
收光能產(chǎn)生“光生電子—空穴”對。電池內(nèi)電場作用下光生電子和空穴被分離,從而在電池兩端積累起異號電荷,即產(chǎn)生電壓。
1.2光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢
1發(fā)電原理具有先進(jìn)性
即直接從光子轉(zhuǎn)換到電子,沒有中間過程:如熱能—機(jī)械能、機(jī)械能—電磁能轉(zhuǎn)換等和機(jī)械運(yùn)動,發(fā)
電形式極為簡捷。
2太陽能資源的無限和分布特性
太陽能輻射取之不盡用之不竭,可再生并潔凈環(huán)保.陽光普照大地,無處不在,無需運(yùn)輸
不受霸權(quán)控制。
3光伏發(fā)電與環(huán)境關(guān)系
光伏發(fā)電沒有機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件,無噪聲,沒有燃燒過程.不排放溫室氣體和其它廢氣、廢水.環(huán)境友好
真正的綠色發(fā)電。
4建造、裝配和維護(hù)特性
模塊化結(jié)構(gòu),規(guī)模大小隨意,易于建造安裝、裝配遷移.而且易于隨時擴(kuò)大發(fā)電容量。可實現(xiàn)無人值
守,維護(hù)利息低。
B.光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及各部分功能
光伏發(fā)電系統(tǒng)是采用太陽電池將太陽輻射能直按轉(zhuǎn)換成電能的完整的發(fā)電系統(tǒng)。一般來說,它由太陽電池方陣、控制器、蓄電池組、直流--交流逆變器等部分組成。
2.1太陽電池組件及方陣
太陽電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心。太陽電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元,尺寸一般為4~200cm2不等。太陽電池單體的工作電壓約為
0.5V,工作電流約為20~25mA,一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太
陽電池單體進(jìn)行串并聯(lián)且封裝后,就成為太陽電池組件,其功率一般
為幾瓦至幾十瓦是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。太陽電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)并安裝在支架上,就構(gòu)成了太陽電池方陣,可以滿足,負(fù)載所要求的輸出功率。
2.2儲能蓄電池
蓄電池是光伏電站的貯能裝置
它將太陽電池方陣從太陽輻射能轉(zhuǎn)換來的直流電轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來,以供應(yīng)用。獨(dú)立運(yùn)行的光
伏發(fā)電系統(tǒng)中必需配備儲能蓄電池以貯存和調(diào)節(jié)電能。當(dāng)日照充足而產(chǎn)生的電能過剩時.蓄電池將多余的電能貯存起來,反之當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量缺乏或負(fù)荷用電量大時,蓄電池向負(fù)載補(bǔ)充電能,并保持供電電壓的穩(wěn)定。
蓄電池是通過充電將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來,使用時再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能釋放進(jìn)去的化學(xué)電源裝置。用兩個分離的電極浸電解質(zhì)中而成。由還原物質(zhì)構(gòu)成的電極為負(fù)極由氧化態(tài)物質(zhì)構(gòu)成
電極為正極。當(dāng)外電路接通兩極時,氧化還原反應(yīng)就在電極上進(jìn)行電極上的活性物質(zhì)就分別被氧化還原了,從而釋放出電能,這一過程稱為放電過程。放電之后,若有反方向電流流入電池時就可以使兩極活性物質(zhì)回復(fù)到原來的化學(xué)狀態(tài).這一過程稱為充電過程。光伏電站中與太陽電池方陣配用的蓄電池組通常是半浮充電狀態(tài)下長期工作,考慮到連續(xù)陰雨天氣,蓄電池的設(shè)計容量一般是電負(fù)荷日耗電量的5~10倍。目前我國光伏發(fā)電系統(tǒng)配置的蓄電池多數(shù)為鉛酸蓄電池。
2.3充放電控制器
蓄電池尤其是鉛酸蓄電池
要求在充電和放電過程中加以控制頻繁的過充電和過放電都會影響蓄電池的使用壽命。過充電會使蓄電池大量出氣,電解水,造成水份散失和活性物質(zhì)的脫落,過放電則容易加速柵板的腐蝕和不可逆硫酸化。為了維護(hù)蓄電池不受過充電和過放電的損害則必需要有一套控制系統(tǒng)來防止蓄電池的過充電和過放電稱為充放電控制器。控制器通過檢測蓄電池的電壓或荷電狀態(tài)
判斷蓄電池是否已經(jīng)達(dá)到過充點(diǎn)或過放點(diǎn)并根據(jù)檢測結(jié)果發(fā)出繼續(xù)充、放電或終止充、放電的指令。
隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的不時增加,用戶對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行方式的合理性的要求越來越高,系統(tǒng)的平安性也更加突出和重要。因此近年來設(shè)計者又賦予控制器更多的維護(hù)和監(jiān)測功能。此外控制
器在控制原理和元器件方面也有了很大發(fā)展和提高,目前先進(jìn)的系統(tǒng),控制器已經(jīng)使用了微處理器實現(xiàn)了軟件編程和智能控制。
2.4直流—交流逆變器
眾所周知:整流器的功能是將50Hz交流電整流成為直流電。而逆變器與整流器恰好相反,它功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這
種對應(yīng)于整流的逆過程稱為“逆變”太陽電池在陽光照射下產(chǎn)生直流電然而以直流電形式供電的系統(tǒng)有很大的局限性。例如熒光燈、
電視機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等均不能直接用直流電源供電絕大多數(shù)動力機(jī)械也是如此。此外當(dāng)供電系統(tǒng)需要升高電壓或降低電壓時交流系統(tǒng)只需加一個變壓器即可而在直流系統(tǒng)中升降壓技術(shù)與裝置則要復(fù)雜得多。因此除特殊用戶外,在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。逆變器還具備自動調(diào)壓或手動調(diào)壓功能,可改善光伏發(fā)電系統(tǒng)供電質(zhì)量。另外光伏發(fā)電系統(tǒng)若要實現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行,則輸出必需為交流。因此逆變器已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備。
光伏系統(tǒng)中,要求逆變器有較高的逆變效率和可靠性,對直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍。逆變器的輸出波形有方波、階梯波、正弦波等類型。中、大容
量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中,逆變器的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中,若采用方波供電,則輸出將含有較多諧波高次諧波將發(fā)生附加損耗許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備.這些設(shè)備對供電品質(zhì)有較高的要求。另外當(dāng)中、大容量光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時,為防止對公共電網(wǎng)的電力污染,也要求逆變器輸出失真度滿足要求的正弦波。
C.光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用
中國是光伏產(chǎn)業(yè)大國
中國光伏企業(yè)生產(chǎn)的太陽電池占據(jù)全球市場份額50%以上。但國產(chǎn)太陽電池約98%入口,銷往國內(nèi)市場僅占很小一部分。國內(nèi)光伏系統(tǒng)的應(yīng)用還處在初步階段.目前主要有通信和
工業(yè)應(yīng)用、農(nóng)村和遙遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用、太陽能商品、光伏建筑一體化、大型荒漠光伏電站等。今后依照可再生能源發(fā)展規(guī)劃將逐步擴(kuò)大光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量。
3.1通信和工業(yè)應(yīng)用
主要有微波中繼站、光纜通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、農(nóng)村程控電話系統(tǒng)、部隊通信系統(tǒng)、鐵路和公路信號系統(tǒng)、燈塔和航標(biāo)燈電源、氣象和地震臺站、水文觀測系統(tǒng)、水閘陰極保護(hù)和石油管道陰極保護(hù)等。
3.2農(nóng)村和遙遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用
要有獨(dú)立光伏電站,村莊供電系統(tǒng)、小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、太陽能照明燈、太陽能水泵、農(nóng)村社團(tuán)學(xué)校、醫(yī)院、飯店、商店、卡拉OK廳等。
3.3太陽能商品
大。