光伏发电系统组成技术分析——毕业论文(编辑修改稿)

光伏发电系统组成技术分析——毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

%。 主要产品有 ： 背面叉指 IBC 级联电池 ， 其效率可达 22%。 垂直多结 VMJ 电池 .点接触电极 (point contact) PC 电池 ， 效率超过了 22%.双面 DS 电池 ， 单体电池效率可达到 21%， 系统可达 20%.激光刻槽埋栅电池 ,与传统丝网印刷电池在中试线上的性能高出 25% ~30%， 效率可达 19%以上 ,双面刻槽埋栅比单面刻槽电池效率高出 10%左右 .具有转换光谱 P(K)膜的电池 ,在 CaF2 晶片或玻璃中掺入稀土元素皖西学院本科毕业论文（设计） 第 7 页 Fu2+， 利用其荧光效应使太阳中的短波向长波偏移 ， 提高单位面积发电量 ， 其转换效率可提高 5%。 表面钝化背面定域扩散 (PERL)电池 ， 能吸集半导体内大部分光生载流子 ， 其转换效率已达到%。 这一光伏电池的工业化批量生产业具有非常广泛的应用前景。 光伏电池的应用现状 从整个市场分布看，仍以晶硅电池为主，目前占到 90%；随着技术的进步，薄膜电池的份额将会逐步增长，到 2020 年会占到 30%；薄膜电池中则以非晶硅电池为主，到 2020 年 将 占 60%。 而从应用的角度看，并网发电是 主 流 ，到 2020 年，光伏发电的 90%以上都是并网发电。 随着传统能源的稀缺程度增高，到 2030 年，微网系统和独立系统会占到 30%左右的比例。 据预测， 2020 年全球光伏发电的总装机将达到 亿千瓦，其中太阳能热发电和高倍聚光电池可能分别占到 4%和 2%，其他 94%都是平板太阳电池，包括晶硅电池和薄膜电池。 平板电池又可分为固定安装与带向日跟踪系统的，在日照直射光较好的地区，自动跟踪可 以 提高 20%~50%的发电量，是降低发电成本的最有效途径，未来带自动跟踪的平板电池系统将占到总份额的 35%。 3 PV 发电的效率 在 PV发电系统中，系统的效率 ese 由 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 PV 电池技术来讲，控制器、逆变器及负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且 PV 的转换率目前只有 17%左右 (实验室 GaAs(单晶 )%).因此提高 PV 的转换率降低单位功率造价 (目前约为 415 美元 /WP)是 PV 发电产业化的重点和难点 .几种太阳电池的转换率见表 1。 表 1 实验室典型电池 商品薄膜电池 PV max （ %） PV (%) 单晶硅 多晶硅 CaAs(单结 ) aSi(多结 ) 13 多晶硅 铜铟镓硒 碲化镉 铜铟硒 太阳能 电池问世以来 ,晶体硅 Si 作为主角材料保持着统治地位。 目前对 Si 电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小面反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；改进理论，建立新模型；聚光电池等。 主要产品有：背面叉指 IBC 级联电池，其效率可达 22%。 垂直多结 VMJ 电池 .点接触电极 PC 电池，效率超过了 22%。 双面 DS 电池，单体电池效率可达到 21%，系统可达 20%。 激光刻槽埋栅电池，与传统丝网印刷电池在中试线上的性能高出 25% ~30%，效率可达 19%以上，双面刻槽埋栅比单面刻槽电池效率高出 10%左右。 具有转换光谱 )(P 膜的电池，在 2CaF 晶片或玻璃中掺入稀土元素 2Fu ，利用其荧光效应使太阳中的短波向长波偏移，提高单位面积发电量 ,其转换效率可提高 5%。 表面钝化背面定域扩散 (PERL)电池，能吸集半导体内大部分光生载流子，其转换效率已达到%。 4 控制器和 逆变器 三大部分的相关技术及进展 皖西学院本科毕业论文（设计） 第 8 页 逆变器的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、升压等得到与负载频率 F,额定电压 UN 等匹配的正弦交流电))(s in ( VtUu m   供电力终端用户使用 .光伏发电作为并网光伏系统在光伏电站、户用并网光伏系统、混合光伏系统等领域大有前途。 光伏 发电系统中常用的逆变器通常分 4 种 :直接耦合系统、工频隔离系统、高频隔离和不隔离系统 ,如图 7 所示。 直接耦合系统 由于省去了笨重的工频变压器 ,故其效率 (96%左右 ,H5Bridge 技术效率可达 98%)高、质量轻、结构简单、可靠性较好。 但它也存在一些缺点 :太阳能电池板与电网之间没有实现电气隔离 ,太阳能电池板两极有电网电压 ,存在安全隐患 ,即人触摸电极时会造成触电事故。 这在许多国家的电气安全标准中是不允许的。 直流侧电压需要达到能够直接逆变的电压等级 ,即一般直流侧 MPPT 电压大于 350 V,太阳能 电池阵列的开路电压为 440 V。 这对于太阳能电池组件乃至整个系统的绝缘有较高要求 ,容易出现漏电现象。 工频隔离系统 工频隔离系统的优点是结构简单、可靠性高、抗冲击性和安全性能良好、直流侧 MPPT 电压上下限比值范围一般在 3 倍以内。 但其系统效率相对较低 ,且由于变压器的存在使得系统较为笨重。 与德国 SMA 公司研制成功的大型并网逆变器相比，我国在并网型逆变器的研究上起步较晚，并网型太阳能发电设备还未形成规模生产。 图 8 光伏发电系统逆变器 的类型 5 关于系统并网技术的要求 太阳能光伏电池的阵列输出的功率与非常容易受到环境因素的影响，太阳能电池的伏 安特性是非线性的，需要 MPPT 控制器找到光伏阵列在确定日照和温度条件下输出最大功率时对应的工作电压，以弥补环境的变化对其产生的影响。 光伏电池阵列输出的直流电力通过逆变器转换为交流电力，逆变器的工作点在输入侧要与光伏电池阵列输出电压匹配，在输出侧要满足交流并网的条件；在交流侧逆变器会注入高次谐波，我们就要通过优化逆 变器控制方皖西学院本科毕业论文（设计） 第 9 页 式和滤的方式波来降低谐波含量；光电能量转换过程中不产生也不消耗元功，在逆变过程需要消耗元功，这是与其他常规发电系统的重要区别之一，因此光伏发电系统需要配置无功补偿设备，对并网点的功率因数进行控制。 光伏发电并网原理 光伏发电系统在光生伏打效应的作用下，光伏电池的两端产生电动势，将光能转化成电能。 常见的光伏系统由太阳能电池方阵、蓄电池、控制器、直流配电柜、逆变器和交流配电柜等设备组成，见图 9。 其中逆变器和太阳能电池方阵是光伏系统的基本要素。 通过太阳能电池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。 太阳能通过光伏组件转化为直流电力，通过直流监测配电箱汇集至逆变器（有蓄电池组时，还经充放电控制器同时向蓄电池组充电），将直流电能转化为交流电力。 图 9 光伏发电系统构成示意图 太阳能光伏发电系统构的成示意图与现有的主要发电方式相比较，光伏发电系统的特点有：工作点变化较快，这是由于温度等外界环境因素的影响、很大光伏发电系统受光照；输入侧的一次能源功率不能主动在技术范围内进行调控，只能被动跟踪当时光照条件下的最大功率点，争取实现发电系统的最大输出； 光伏发电系统的输出为直流电，需要将直流电优质地通过逆变器逆变为工频。