何道清太阳能光伏发电系统原理与应用技术-第4章 光伏系统应用技术
光伏发电技术的原理与应用
光伏发电技术的原理与应用一、光伏发电技术的概述光伏发电技术是一种利用太阳能将光能转化为电能的技术，近年来得到了广泛的应用。
光伏发电系统由光伏电池组成，利用光伏效应将光能转化为电能。
光伏发电技术可以为人类提供清洁、可再生的能源，具有重要的环保和经济意义。
二、光伏发电技术的原理光伏发电技术的原理基于光伏效应，即将光能转化成电能的现象。
当光照射到光伏电池上时，光能通过内部的半导体材料的特殊结构，使得半导体中的电子发生跃迁，从而产生电流。
光伏电池通常由多个单元组成，每个单元都可以转化光能为电能。
三、光伏发电技术的组成光伏发电系统通常由以下组件组成：1.光伏电池：是光伏发电系统的核心部分，通过光伏效应将光能转化为电能。
2.逆变器：将光伏电池产生的直流电转化为交流电，以供电网或其他电器使用。
3.电网连接：将光伏系统产生的电能与电网连接，可以实现双向供电。
4.支架和安装系统：用于固定和安装光伏电池组件。
5.监测系统：用于监测光伏发电系统的工作状态和电能输出。
四、光伏发电技术的应用领域光伏发电技术已广泛应用于各个领域，以下是几个主要的应用领域：1.太阳能电站：光伏发电技术广泛应用于建造大型太阳能电站，通过大规模的光伏电池组成的太阳能电站，可以为大面积地区提供电能。
2.家庭光伏发电系统：在家庭屋顶安装光伏电池板，可以将太阳能转化为家庭所需的电能，减少对电网的依赖。
3.农业光伏发电系统：将光伏电池板安装在农田中，可以为灌溉、农机等提供电能，实现高效农业。
4.客运工具光伏发电系统：光伏发电技术也可以应用于汽车、飞机等客运工具中，减少对传统能源的依赖，实现绿色出行。
五、光伏发电技术的优势与挑战光伏发电技术具有以下优势：•清洁和可再生：光伏发电不产生二氧化碳等有害气体，且太阳能是可再生的资源。
•无噪音污染：相比燃烧发电方式，光伏发电没有噪音污染。
•寿命长：光伏电池组件的寿命一般可以达到25年以上。
然而，光伏发电技术也面临一些挑战：•高成本：目前光伏电池组件的制造成本较高，导致光伏发电的成本仍然相对较高。
太阳能光伏技术的原理和应用
太阳能光伏技术的原理和应用太阳能光伏技术是将太阳能转换为电能的一种技术，并且是目前唯一能够将太阳能转化为电能的技术。
随着人们对能源领域的研究以及环保意识的不断提高，太阳能光伏技术在近几年得到了广泛的应用。
太阳能光伏技术的原理太阳能光伏技术是靠光生电效应来产生电能的。
当光子照射到光伏材料上时，能够激发材料中电子的运动，并使电子跃迁到导带上，产生电流。
这个过程需要利用半导体材料的特性，通过添加杂质来形成p-n结。
p-n结两边的材料具有互补的导电性质，正负载流也就在这一区域分离，从而形成一个正电荷区和一个负电荷区。
当光子照射到这个区域时，就可以激活自由电子，并在n 型区域产生电流，从而达到将太阳能转化为电能的效果。
太阳能光伏技术的应用太阳能光伏技术的应用范围非常广泛，目前已经被应用于各种领域，包括居住建筑、商业建筑、公共建筑、交通枢纽等等。
其中最主要的应用领域是太阳能光伏电站和太阳能光伏屋顶。
太阳能光伏电站是将多个太阳能电池板组成的电池阵列直接安装在地面或屋顶上的设施，通过光伏电池板吸收太阳光线发电。
目前市面上有很多种光伏板，根据材料的不同可以分为单晶硅、多晶硅、非晶硅、有机薄膜、染料敏化和量子点太阳能电池六种。
太阳能光伏电站的优点是清洁、绿色、节能、环保、可再生，可以有效地减少对环境的污染。
此外，它不需要燃料，也不会造成噪音和挥发性有害物质的排放，对大气、水体等环境也不会造成危害。
因此，太阳能光伏电站在全球范围内已经被越来越多的人所认可和接受。
太阳能光伏屋顶是指将太阳能光伏电池板安装在住宅、商业和公共建筑屋顶上，充分利用太阳能资源并将其转化为电能。
由于光伏电池板的安装可以利用房屋本身的空间，不占用其他陆地资源，因此相比太阳能光伏电站，太阳能光伏屋顶可以更好地实现节能减排的目的。
太阳能光伏技术是未来能源的发展方向，随着技术的不断发展和成熟，其应用领域会越来越广泛，成本也会越来越低。
同时我们也应该注意到，太阳能光伏技术虽然具有环境保护的优良特性，但也有一些缺点，如价格较高、效率低、能量密度不足等问题，在未来的研究中，需要进一步完善和改进。
太阳能光伏发电系统原理与应用技术：第7章 光伏应用技术
7.2 太阳能光伏发电系统的设计
⑤计算太阳电池组件的并联数Np 由太阳电池方阵的输出总功率PL＝NsUmNpIm= NsNp Pm ， 可得组件的并联数
Np
PL Ns Pm
(7-11)
式中，Im—太阳电池组件工作电流； Pm—太阳电池组件的
峰值功率，Pm＝UmIm。
（5）逆变器的确定
逆变器的功率＝阻性负载功率(1.2～1.5)＋感性负载功率(5～7)
若按通常情况取系数，则式(7-4)可简化为
CW=3dQL
(7-5)
7.2 太阳能光伏发电系统的设计
（3）蓄电池容量C的确定 选择系统的直流电压U。根据负载功率确定系统的直流电
压（即蓄电池电压）。确定的原则是：
a.在条件允许的情况下，尽量提高系统电压，以减少线路
损失；
b.直流电压的选择要符合我国直流电压的标准等级，即
7.2 太阳能光伏发电系统的设计
2.独立光伏发电系统设计的技术条件 （5）蓄电池容量 蓄电池容量是根据铅酸电池在没有光伏方阵电力供应条 件下，完全由自身蓄存的电量供给负载用电的天数来确定 的。 （6）温度因素 尽管夏季太阳辐射强度大，方阵发电量有余部分，完全 可以弥补由于温度所减少的电能。太阳电池标准组件（如 36片太阳能电池串联成12V蓄电池充电的标准组件）已经考 虑了夏季温升的影响。但温度较低时（如小于等于0℃）， 应考虑铅酸蓄电池放电容量的降低。
7.2 太阳能光伏发电系统的设计
2.独立光伏发电系统设计的技术条件 （1）负载性能 白天使用的负载：可由光伏系统直接供电，晚上再由光 伏系统中蓄电池储存的电量供给负载，其系统容量可以减 小；晚上使用的负载：系统容量增加；昼夜同时使用的负 载：所需的容量取它们之间的值。如果月平均耗电量变化 小于10%，可看作是平均耗电量都相同的均衡性负载。 （2）太阳能辐射强度 太阳能辐射强度具有随机性，受季节、气候的变化，只 得以当地气象台记录的历史资料作为参考，取8~10年的平 均值。太阳的年均总辐射能还应换算成峰值日照时数。
光伏发电原理及应用
光伏发电原理及应用光伏发电是利用光的能量直接转换成电能的一种技术。
它主要依靠光伏效应来实现，光伏效应是指当光照射到半导体材料上时，光子能量会激发材料内的电子，使其跃迁到导带中产生电流。
光伏发电主要由光伏电池组成，而光伏电池则是由多个光伏电池片串联或并联构成。
光伏电池的基本结构由两层半导体材料组成，一层是P型半导体，另一层是N型半导体，它们之间的结面就是PN结。
当光照射到PN结上时，光子的能量会被吸收，并激发出电子-空穴对，形成电流。
光伏发电技术广泛应用于各种领域。
首先是太阳能光伏发电站，这是最主要的光伏发电应用之一。
太阳能光伏发电站利用大面积的光伏电池板，将太阳能转化为电能，并通过逆变器将直流电转化为交流电，供电给城市、农村或大型工业设施。
其次是家庭分布式光伏发电系统，这是将光伏发电应用于家庭的方式。
家庭庭院或屋顶安装光伏电池板，将太阳能转化为电能，减少对传统电网的依赖。
还可以将多余的电能销售给电力公司。
此外，光伏发电还广泛应用于航空航天、交通运输、农业灌溉、海岛供电等领域。
光伏发电有其独特的优点和局限性。
首先，光伏发电是一种清洁、可再生能源的利用方式，不会产生污染物和温室气体。
其次，太阳能光伏发电是分布式发电，可以灵活布局，减少输电损耗。
光伏发电的寿命长，经久耐用，维护成本低。
此外，光伏发电系统运行稳定，可靠性高。
然而，光伏发电也存在一些限制。
首先，光伏发电受到天气条件的影响，阴天、雨天或夜晚的太阳能收集效率较低。
其次，目前光伏发电技术的成本仍较高，需要进一步降低。
为了提高光伏发电的效率和可持续性发展，研究人员进行了许多改进和创新。
一是多晶硅太阳能电池的研发，它具有制造成本低、稳定性好的优点。
二是薄膜太阳能电池的研究，它可以在柔性基底上制备，具有较高的柔性和可塑性。
三是有机太阳能电池的研究，它采用有机半导体材料制造，具有成本低、可塑性好的特点。
此外，还研究了光伏发电与储能技术的结合，以解决光伏发电不稳定的问题。
太阳能光伏发电系统及应用ppt课件
蓄电池充电终了特征：
（1）电解液中有大量 气泡冒出，呈沸腾状 态
（2）电解液密度和端 电压上升到规定值， 且2～3小时保持不变
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
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其他新型储电装置
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
• 组合连接损失的大小取决于电池组件性能 参数的离散性，因此除了在电池组件的生 产工艺过程中，尽量提高电池组件性能参 数的一致性外，还可以对电池组件进行测 试、筛选、组合，即把特性相近的电池组 件组合在一起。
（3）超导储能
超导储能系统结构示意图
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
6 电池常用术语
（1） 蓄电池的容量
处于完全充电状态的蓄电池在一定放电条件 下，放电到规定的终止电压时所能给出的电量 称为电池容量，以符号C表示。常用单位为安培 小时，简称安时（A.h）。
• 例如，串联组合的各组件工作电流要尽量 相近，每串与每串的总工作电压也要考虑 搭配得尽量相近，最大幅度地减少组合连 接损失。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
• 方阵组合连接要遵循下列几条原则： ①串联时需要工作电流相同的组件，并
何道清《太阳能光伏发电系统原理与应用技术》第4章 光伏系统应用技术
• 缺点 1）蓄电池的寿命短，目前的大多数免维护电池在3-5年左右，而 光伏电池在20-30年左右， 2）价格高 3）较为笨重，占用较大空间，还有环境污染的问题 4）不可调度式系统的集成度高，安装和调试也方便，可靠性也 高一些。
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• 光伏发电系统的结构 -主要分为2种-集中式和组串式
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10kV~35kV母线
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6.额定直流输入电压 额定直流输入电压是指光伏发电系统中输入逆变器的直 流电压，小功率逆变器输入电压一般为12V和24V，中、大 功率逆变器输入电压有24V、48V、110V、220V和500 V等。 7.额定直流输入电流 额定直流输入电流是指太阳能光伏发电系统为逆变器提 供的额定直流工作电流。 8.直流电压输入范围 光伏逆变器直流输入电压允许在额定直流输入电压的 90%~120%范围内变化，而不影响输出电压的变化。
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12.安全性能要求 （l）绝缘电阻。逆变器直流输入与机壳间的绝缘电阻应 大于等于50M，逆变器交流输出与机壳间的绝缘电阻应大 于等于50 M。 （2）绝缘强度。逆变器的直流输入与机壳间应能承受频 率为50Hz、正弦波交流电压为500V、历时1min的绝缘强度 试验，无击穿或飞弧现象。逆变器交流输出与机壳间应能 承受频率为50Hz，正弦波交流电压为1500V，历时1min的 绝缘强度试验，无击穿或飞弧现象。
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5.过载能力 过载能力是要求逆变器在特定的输出功率条件下能持续 工作一定的时间，其标准规定如下： （1）输入电压与输出功率为额定值时，逆变器应连续可 靠工作4h以上； （2）输入电压与输出功率为额定值的125%时，逆变器 应连续可靠工作1min以上； （3）输入电压与输出功率为额定值的150%时，逆变器 应连续可靠工作10s以上。
太阳能光伏发电系统原理与应用技术
太阳能光伏发电系统原理与应用技术引言太阳能光伏发电系统是利用太阳能将光能转化为电能的一种可再生能源发电系统。
随着能源问题的日益突出和环境保护意识的增强，太阳能光伏发电系统在全球范围内得到了广泛的应用和推广。
本文将详细介绍太阳能光伏发电系统的原理和应用技术。
1. 太阳能光伏发电系统原理太阳能光伏发电系统的原理是基于光伏效应的。
当光线照射到光伏电池上时，光子会与光伏电池内的半导体材料相互作用，产生出电子和空穴对。
在特定的电场作用下，电子和空穴会流动起来，从而形成电流。
这个过程就是光伏效应。
光伏电池的主要组成部分是PN结构，其中P型材料与N型材料通过界面连接，形成PN 结。
当光伏电池受到光照时，光子会打破材料的电子束缚，使得电子和空穴产生并分离，从而产生电流。
2. 太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池板、电池组、逆变器和电网组成。
2.1 太阳能电池板太阳能电池板是太阳能光伏发电系统的核心部件，负责将太阳能转化为电能。
常见的太阳能电池板有单晶硅太阳能电池板、多晶硅太阳能电池板和非晶硅太阳能电池板等。
2.2 电池组电池组是太阳能光伏发电系统的能量储存部分，主要由蓄电池组成。
当太阳能光伏电池板产生的电能超过负载需求时，多余的电能会被储存在电池组中，以备不时之需。
2.3 逆变器逆变器是太阳能光伏发电系统的核心装置，主要功能是将直流电转化为交流电。
由于大部分家用电器和电网都是使用交流电，所以逆变器的作用非常重要。
2.4 电网电网是太阳能光伏发电系统中的一个重要部分，可以将太阳能发电系统产生的电能注入到电网中，实现电能的共享和输送。
同时，当太阳能光伏发电系统产生的电能不足时，电网也可作为备用电源供给电能。
3. 太阳能光伏发电系统的应用技术太阳能光伏发电系统的应用技术主要包括并网发电技术、离网发电技术和混合发电技术。
3.1 并网发电技术并网发电技术是指将太阳能光伏发电系统产生的电能直接与电网连接，将多余的电能注入到电网中。
光伏发电应用技术PPT课件
全球单体最大太阳能建筑并网发电
全球最大的光伏建筑一体化低能耗生态建筑——尚德光伏研发中心大楼竣工。这里将成为尚德公司国家级 企业（集团）技术中心的研发基地。
尚德光伏研发中心大楼总投资约2亿元，该幢建筑地上7层，幕墙总高度37米，总面积约1.8万平方米，PV 幕墙面积6900平米，是全球最大的光电幕墙。整个工程设计容量为1兆瓦，预计全年发电量将达到70万千瓦 时，预计将为整体建筑提供80％耗电。
PV系统累计安装量(kW)
我国光伏电池组件发展情况
30000 25000 20000 15000 10000
5000 0
1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
美国－“百万屋顶计划”
美国在1997年6月宣布了太阳能“百万屋顶计划”（Million Solar Roofs Initiative），准备在2010年以前，在100万座建筑物上安装太阳能系统，主要是 太阳能光伏发电系统和太阳能热利用系统。
如果“百万屋顶计划”顺利实现，到 2010 年 CO2 年排放量可减少 300 万吨。美国太阳能光伏发电与热 利用技术比较成熟，开始进入大规模生产阶段。两大太阳能电池公司年生产能力分别达到 5MW 和10MW， 整个美国光伏发电产品的年销售量达到100MW以上。
日本光伏产业快速发展的主要经验：基本国策，常抓不懈；资金投入，政策优惠。
德国－“10万屋顶发电计划”
德国在 2003 年完成“10万屋顶发电计划”，2000 年颁布可再生能源法，2003年又公布了可再生能源促 进法，引发了德国光伏发展的新一轮高峰。2004 年德国光伏发电总量达到 6×105GWh，可去、现在和未来
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开，防止“孤岛”效应
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• 可调度式的优点 1）逆变器由并网逆变器和太阳能控制器组成，不但可以把直流电逆
变后向电网输电，还可以向蓄电池充电。 2）有主开关和负载开关，正常时两者闭合，当交流电断开时，断开
并网发电的主开关，但本地负载仍保持闭合，使光伏电池和蓄电池 提供的直流电还可以通过逆变器向负载供电，对于负载来说，具有 UPS的功能，对于一些特定的场所有吸引力 3）系统不仅输送电能，还可以作为电网的有源功率调节器，补偿电 网的无功分量以稳定电网电压，同时，可抵消一些有害的高次偕波 分量，提高电能质量 4）大功率的并网发电装置可根据需要自行确定并网电流的大小，这 有利于电网调峰，
光伏组件阵列
逆变器
PV
PV
PV
DC
PV
PV
PV
AC
单元1 单元2
10kV~35kV母线
单元n-1 单元n
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光伏组件阵列
PV
PV
PV
PV
单元结构2
DC/DC变换器
DC
PV
DC
DC
PV
DC
PV
PV
DC
PV
DC
逆变器
DC
AC
单元1 单元2
10kV~35kV母线
单元n-6
• 集中式
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5.过载能力 过载能力是要求逆变器在特定的输出功率条件下能持续 工作一定的时间，其标准规定如下： （1）输入电压与输出功率为额定值时，逆变器应连续可 靠工作4h以上； （2）输入电压与输出功率为额定值的125%时，逆变器 应连续可靠工作1min以上； （3）输入电压与输出功率为额定值的150%时，逆变器 应连续可靠工作10s以上。
T1
T3
L2
PV C1
T4
T2
C3
Ug
• 通常要将多个光伏阵列串联，具有较高的输出电压，不用变压器， 效率高，重量轻，结构简单，成本低，但是电池板和电网没有电气 隔离，危险。
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L1
D2
C1 PV
T1
T3
T5
C2
T4
T2
L2
Ug
C3
• 多级非隔离型，
• 通过DC/DC把电压转化成较高的电压，再通过DC/AC逆变成符合要 求的交流电，不需要很高的输入电压，增加光伏阵列电压范围，实 际中这种用的较多。
• 同样没有隔离，安全性是个问题。
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4.1.4光伏逆变器的主要技术参数 1.额定输出电压 光伏逆变器在规定的输入直流电压允许的波动范围内，
应能输出额定的电压值，一般在额定输出电压为单相220V 和三相380V时，电压波动偏差有如下规定：
（1）在稳定状态运行时，一般要求电压波动偏差不超过 额定值的5%；
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• 缺点 1）蓄电池的寿命短，目前的大多数免维护电池在3-5年左右，而光伏
电池在20-30年左右， 2）价格高 3）较为笨重，占用较大空间，还有环境污染的问题 4）不可调度式系统的集成度高，安装和调试也方便，可靠性也高一些
。
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• 光伏发电系统的结构 -主要分为2种-集中式和组串式
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单元结构
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19
20
21
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• 4.1.2 运行模式 1．独立运行模式 2．并网运行模式 3．混合型运行模式
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1 独立光伏发电系统 1.无蓄电池的直流光伏发电系统
典型的应用：太阳能光伏水泵以及一些小型的太阳能
电
池计算器、玩具、日用品等。
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2.有蓄电池的直流光伏发电系统
应用广泛：小到太阳能草坪灯、庭院灯，大到远离电网 的移动通信基站、微波中转站，边远地区农村供电等。25
DC
PV
AC
Ug 27
• B 高频隔离
特点：体积小、重量轻、结构复杂，功率 等级不高。
DC
PV
AC
AC
Ug
AC
（a）高频变压器至于DC/AC变换器中
DC
PV
AC
AC DC
DC AC
（b）高频变压器至于DC/DC变换器中
Ug
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• 2 非隔离型
• 没有变压器，避免能量损耗，提高了效率，结构也简单，重量轻， 体积小，成本降低。
2.负载功率因数 负载功率因数大小表示逆变器带感性负载的能力，在正 弦波条件下负载功率因数为0.7~0.9。
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3.额定输出电流和额定输出容量 额定输出电流是指在规定的负载功率因数范围内逆变器 的额定输出电流，单位为A；额定输出容量是指当输出功率 因数为1（即纯电阻性负载）时，逆变器额定输出电压和额 定输出电流的乘积，单位是kVA或kW（注意：非电阻性负 载时，逆变器的kVA数不等于kW数）。 4.额定输出效率 额定输出效率是指在规定的工作条件下，输出功率与输 入功率之比，通常应在70%以上；逆变器的效率会随着负 载的大小而改变，当负载率低于20%和高于80%时，效率 要低一些；标准规定逆变器输出功率在大于等于额定功率 的75%时，效率应大于等于80%。
3.风光互补发电系统 太阳能与风能在时间和地域上都有相当好的资源互补 性，建设投资更合理，发电成本更低，应用前景更好。
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• 4.1.3 光伏逆变器的电路结构 • 1.隔离型 • A 工频隔离 • 工频变压器起电压匹配和隔离作用， • 电路和结构简单，可靠性高，抗冲击性好，安全性能优良， • 体积和重量大，笨重，效率低，
（2）在负载突变（额定负载0→50%→100%）或有其它 干扰因素影响的动态情况下，其输出电压偏差不超过额定 值的10%；
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1.额定输出电压 （3）在正常工作条件下，逆变器输出的三相电压不平衡 度不应超过8%； （4）输出的电压波形（正弦波）失真度一般要求不超过 5%；
（5）逆变器输出交流电压的频率在正常工作条件下其偏 差应在1%以内，GB/T l9064-2019规定的输出电压频率应在 49~51Hz之间。
1.光伏阵列 是发电系统的电源 2.充放电控制器 把光伏阵列输出的电能存入 电池和释放给逆变器，由于 光伏阵列输出的功率是日照 和温度的函数，存在最大功率跟踪问题。 3.逆变器 把直流电转变成交流电 4.储能系统 蓄电池
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• 有无蓄电池，把光伏系统分为可调度式和不可调度式 • 可调度式，通常成本更高，用的不多，个别分布式发电中有
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• 不可调度式
• 并网逆变器把光伏阵列产生的直流电转化为和电网电压同频、同相 的交流电能，
• 主电网断开时，自动停止两只电网供电，白天，光伏系统产生超过 本地负载所需时，多余的送给电网，当光伏系统产生不能满足本地 所需时，电网自动向负载提供补充电能，
• 当电网故障时，逆变器要停止工作，并且使逆变器、电网和负载断
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• 是否使用变压器，分为有变压器型和无变压器型 • 逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于
把直流电力转换成交流电力，一般含有升压电路和逆变桥电 路。升压电路将光伏电池板的不规则输出电压升高到所需的 稳定直流电压，为后级逆变电路提供稳定的直流母线电压。
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5
6
• 4.1.1基本构成