光伏發(fā)電技術

１.１光伏發(fā)電基本原理太陽能是一種輻射能，它必須借助于能量轉換器才能轉換成電能,能將光能轉換成電能的能量轉換器之一，就是光伏電池。光伏電池的物理基礎是由兩種不同半導體材料構成的大面積PN結，以及非平衡少數(shù)載流子在PN結內電場作用下形成的漂移電流。

１.光伏電池的基本原理和等效電路１.１光伏發(fā)電基本原理太陽光照射到由P、N型兩種不同半導體材料構成的太陽能電池上時，一部分光線被反射，一部分光線被吸收，還有一部分光線透過電池片。被吸收的光能激發(fā)被束縛的電子，產生“電子-空穴”對，在PN結內電場作用下，電子、空穴相互運動，若在電池兩端接上負載，負載上就有電流流過。當光線一直照射時，負載上源源不斷地有電流流過。單片太陽能電池就是一個薄片狀的半導體PN結。標準光照條件下，額定輸出電壓為0.5V左右。１.光伏電池的基本原理和等效電路１.１光伏發(fā)電基本原理

１.光伏電池的基本原理和等效電路１.2光伏電池陣列

由一片單晶硅片構成的太陽能電池稱為單體（Cell)。單體電池的電壓電流很?。?.45~0.50V、20~25mA/cm2)，一般不能單獨作電源使用，需將它們串、并聯(lián)封裝后，構成光伏電池組件(模塊Module)使用，一個組件上光伏電池的標準數(shù)量是36~40個(10cmX10cm)。

當應用場合需要較高的電壓和電流，可把多個組件再經過串并聯(lián)安裝在支架上，構成了光伏電池陣列（Array)，滿足負載所需的功率要求．

１.光伏電池的基本原理和等效電路１.2光伏電池陣列

１.光伏電池的基本原理和等效電路2.1單體光伏電池的等效電路

等效電路如圖所示

Iph為光生電流，其值正比于光伏電池的面積和入射光的輻照度。

ID為暗電流，是指在無光照時，由外電壓作用下PN結內流過的單向電流。

RS、RSH均為光伏電池本身固有電阻。因RS很小、RSH很大，所以進行理想計算時，它們都可以忽略不計。

2.光伏電池數(shù)學模型２.2單體光伏電池的電量方程

等效電路中各變量的方程式如下：（２－1）

（２－２）

（２－3）式中I０為光伏電池內部等效二極管ＰＮ結反向飽和電流；

UＤ為等效二極管端電壓；

Ｔ為熱力學溫度；

Ａ為ＰＮ結曲線常數(shù)。

2.光伏電池數(shù)學模型２光伏電池的數(shù)學模型

２.3實用方程忽略RS、RSH,則Iph≈ISCUD≈U,式(2-2)可化簡為:

（２－4）式中,;。

２光伏電池的數(shù)學模型

２.3實用方程在最大功率點處，有IL=Im,U=Um

，可解出C1

（２－5）開路時，有IL=0

,U=UOC

，可解出C2

（２－6）由式(2-5)、(2-6)計算出C1、C2即可由(2-4)確定光伏電池的伏安特性曲線。2.光伏電池數(shù)學模型

２.4伏安特性曲線

２光伏電池的數(shù)學模型

２.5填充系數(shù)

２光伏電池的數(shù)學模型２光伏電池的數(shù)學模型２.6光伏電池的轉換效率及其影響因素

S為光照強度

Aall

為電池總的光照總面積影響效率最為重要的三個因素為:光譜響應、光照特性和溫度特性。２光伏電池的數(shù)學模型２.6光伏電池的轉換效率及其影響因素光照特性由伏安特性曲線可知，短路電流受光照強度的影響較大，而開路電壓受光照強度的影響較小。如果進行較粗略的簡化，可以設Im∝ISC∝S。則有

Um∝UOC∝lnS

２光伏電池的數(shù)學模型２.6光伏電池的轉換效率及其影響因素溫度特性空載電壓線性地隨電池溫度變化,且呈現(xiàn)負溫度系數(shù)；而短路電流則呈現(xiàn)正溫度系數(shù),但隨溫度變化很小。光伏電池溫度越高，其所輸出的最大功率越小，效率越低。

3光伏發(fā)電運行失配現(xiàn)象及機理3光伏發(fā)電運行失配現(xiàn)象及機理

光伏電池的分類

按結構分類同質結光伏電池異質結光伏電池肖特基結光伏電池薄膜光伏電池疊層光伏電池濕式光伏電池

按結構分類硅光伏電池電池非硅半導體光伏電池有機光伏電池4光伏系統(tǒng)的組成

4.1獨立光伏系統(tǒng)

4.１獨立光伏系統(tǒng)

4光伏系統(tǒng)的組成4.２并網光伏系統(tǒng)

１)最小并網光伏系統(tǒng)

4光伏系統(tǒng)的組成２)直流母線式并網光伏系統(tǒng)

4光伏系統(tǒng)的組成３)交流母線式并網光伏系統(tǒng)

集中式

支路式

4光伏系統(tǒng)的組成

交流模塊式

4光伏系統(tǒng)的組成３)交流母線式并網光伏系統(tǒng)4)交直流混合母線式并網光伏系統(tǒng)

4光伏系統(tǒng)的組成5)光伏系統(tǒng)與分布式發(fā)電系統(tǒng)

4光伏系統(tǒng)的組成

5光伏逆變器并網相關的國內外標準

國外標準

1.IEEEStd929-2000IEEERecommendedPracticefor

UtilityInterfaceofPhotovoltaic(PV)Systems2.IEEEStd1547系列標準

3.UL1741:2005Inverters,Converters,Controllers,andInterconnectionSystemEquipmentforUseWithDistributedEnergyResources4.EN50530:2010Overall

efficiencyofgridconnectedPhotovoltaicinverters

IEC61683

IEC61727IEC62116IEC62109-1IEC62109-26最大功率點跟蹤技術6.1最大功率點跟蹤技術最大功率點跟蹤（MaximumPowerPointTracking,MPPT)技術是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵技術之一。在一定的光照強度、環(huán)境溫度和其他因素下，光伏電池可以輸出不同的直流電壓，但是只是在某一個特定輸出電壓值時，輸出功率才能達到最大值，這時光伏電池工作在P-U曲線的最高點，被稱為最大功率點。

6最大功率點跟蹤技術6.1最大功率點跟蹤技術根據(jù)不同的光照強度、環(huán)境溫度等外部特性來調整光伏電池的輸出工作點，使之始終工作于最大功率點附近，這種技術被稱為MPPT技術。6最大功率點跟蹤技術6.2各種MPPT控制方法1.基于參數(shù)選擇方式的間接控制法根據(jù)預存數(shù)據(jù)庫和具體光伏電池參數(shù)，通過數(shù)學函數(shù)和經驗公式得到近似的MPPT。這類方法沒有實現(xiàn)在線實時跟蹤與控制，誤差相對較大。1）恒電壓跟蹤法2）開路電壓比例系數(shù)法3）短路電流比例系數(shù)法4）曲線擬合法5)查表法6最大功率點跟蹤技術6.2各種MPPT控制方法2.基于采樣數(shù)據(jù)的直接控制法此類方法的主要特征是根據(jù)電壓、電流的檢測值經

MPPT算法直接實現(xiàn)控制。由于采用了電壓、電流的實時采樣信號，能根據(jù)系統(tǒng)運行情況實時MPPT控制，滿足一般的應用場合要求，因而在實際運用中最為廣泛。1）定步長擾動觀測法2）變步長擾動觀測法3）電導增量法4）實際測量法5)寄生電容法6最大功率點跟蹤技術6最大功率點跟蹤技術6.3擾動觀測法

1.工作原理

6最大功率點跟蹤技術6.3擾動觀測法

2.仿真和實驗