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光伏发电技术

太阳能光伏发电技术现状及其发展

随着全球经济的迅速发展和人 口的不断增加 ,以石油、天然气和煤炭等为主的化石能源正逐步消耗 ,能源危机成为世界各国共同面临的课题。与此同时,化石能源造成的环境污染和生态失衡等一系列问题也成为制约社会经济发展甚至威胁人类生存的严重障碍 。新能源应用正成为全球的热点。太阳能资源是最丰富的可再生能源之一, 它分布广泛 ,可再生 ,不污染环境,是国际上公认的理想替代能源。光伏发 电是 太阳能直接应用 的一种形式。作为一种环境友好并能有效提高生活标准的新型发电方式 ,光伏发电技术正在全球范围内逐步得到应用。现在多数光伏发电系统仍然采用配备蓄电池组的方式独立运行。然而,作为公共电网的一种补充备用,在人口密集地区建立并网型光伏发电系统将可缓解现有电力系统在用电高峰时期承受的容量和安全压力。根据业界权威统计”,光伏并网系统已经占据 了目前光伏发电设备销量的40%,成为该领域的发展潮流。

光伏发电技术

1、光伏发电原理

“光伏发电”是将太阳光能直接转换为电能的一种发电形式。1839 年,法国科学家贝克勒尔 (A .E .B ecqure1) 首先发现了 “光生伏打效应(Photovoltaic Effect)”。然而,第一个实用单晶硅光伏电池(Solar C el1)直到一个多世纪后的 1954 年才在美国贝尔实验室研制成功[ 。20 世纪 70 年代中后期开始 ,光伏电池技术不断完善 ,成本不断降低 ,带动 了光伏产业的蓬勃发展。

光伏发电原理:PN 结两侧因多数载流子 (N 区中的电子和 P 区中的空穴) 向对方的扩散而形成宽度很窄的空间电荷区 w ,建立 自建电场:。 它对两边多数载流子是势垒,阻挡其继续向对方扩散 ;但它对两边的少数载流子 (N 区中的空穴和 P 区中的电子 ) 却有牵引作用,能把它们迅速拉到对方区域 。稳定平衡时 ,少数载流子极少,难以构成电流和输出电能。但是光伏电池受到太阳光子的冲击 ,在光伏电池内部产生大量处于非平衡状态的电子一空穴对,其中的光生非平衡少数载流子 (即 N 区中的非平衡空穴和 P 区中的非平衡电子) 可以被内建电场 E i牵引到对方区域,然后在光伏电池中的 PN 结中产生光生电场一当接通外电路时 ,即可流出电流 ,输出电能 。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起,构成光伏电池组件,便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。

2、光伏发电系统

光伏发 电系统是 由光伏电池板 、控制 器和 电能储存 及变换环 节构成的发 电与 电能变换 系统 。太阳光辐射能量经由光伏电池板直接转换为 电能 ,并通过 电缆 、控 制器、储能等环节予 以储存和转换 ,提供负载使用。图2 是一个典型光伏发电系统的构成图 。

光伏发电系统按与电力系统关系分类,通常分为独立光伏发电系统 (Stand—A lone PV System ) 和并网光伏发电系统 (G rid.C onnected PV System )。

独立光伏发 电系统是不与常规电力系统相连而孤立运行的发电系统 ,通常建设在远离电网的边远地区或作为野外移动式便携电源 ,其建设的主要目的是解决无电问题。由于太阳能发电的特点是 白天发电,而负荷用电特性往往是全天候的 ,因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少。一般而言 ,系统在白天把太阳光转化为电能 ,通过充电器和蓄电池将 电能储存起来 ,晚上再通过放 电器把储存在蓄电池里的电能释放出来适当使用。尽管其供电可靠性受气象环境 、负荷等因素影响很大,供 电稳定性也相对较差,但对地处边远地区的居民而言 ,他们往往没有条件连接入公共电网,用 电设备也多为低功率级别,独立光伏发 电系统因而成为当地安全、可靠的电力供给方式 。并网光伏发 电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统,像其他类型发电站一样 ,可为电力系统提供有功和无功电能。光伏电池所发的直流电能经变换器变换成与电网相同频率的交流电能,以电压源或电流源的方式送入 电力系统。控制器一般由单片机或数字信号处理芯片作为核心器件构成,用以实现光伏电池最大功率点跟踪及控制逆变器并网电流的频率 、波形和功率 ,使向电网转送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能平衡。变换器主要是由电力电子开关器件连接电感或电容构成,以脉宽调制方式形成所需 电量形式向电网送电。容量可以视为无穷大的公共电网在这里扮演着储能环节的角色。因此并网系统不需要额外的蓄电池 ,降低了系统运行成本,提高了系统运行和供电稳定性。光伏并网系统的电能转换效率要大大高于独立系统 ,成为光伏发 电的最合理发展方向。光伏并 网技术中目前主要研究重点为 :·①光伏并 网电路拓扑。②能量管理及经济运行策略。③系统显示和远程监控 

3 光伏阵列最大功率点跟踪

光伏阵列功率输出特性具有非线性特征 ,受太阳辐照度、环境温度和负载情况影响。在一定的太阳辐射度和环境温度下 ,光伏阵列可以工作在不同w w w .eage.com .Cf l7的输出电压,但是只有在某一输出电压值时,光伏阵列的输 出功率才能达到最大值 ,这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率 一电压 曲线的最高点 ,称之为最大功率点 (M axim um Pow er Point,M PP )。因此 ,在光伏发电系统中,要提高系统的整体效率 ,一个重要的途径就是实时检测光伏阵列的输 出功率 ,通过一定的控制算法预测 当前工况下阵列可能的最大功率输 出,从而 改变当前的阻抗情况,调整光伏阵列的工作点 ,使之始终工作在最大功率点附近 ,这一过程就称之为最大功率点跟踪 (M axim um Pow erPoint Tracking,M PP T ),相应的技术称之为最大功率点跟踪技术口。光伏阵列电压、电流的输出特性如图3 所示。假定图中曲线 1 和曲线 2 为两不同太阳辐照度下光伏阵列的输 出特性 曲线,A 点和  点分别为相应的最大功率输出点 ;并假定某一时刻 ,系统运行在A 点。当太阳辐 照度发生变化 ,即光伏阵列的输出特性由曲线 1 上升为曲线 2。此时如果保持负载 1 不变,系统将运行在 A ,这样就偏离了相应太阳辐照度下的最大功率点。为了继续追踪最大功率点,应当将系统的负载特性由负载 1 变化至负载 2,以保证系统运行在新的最大功率点 。同样,如果太阳辐照度变化使得光伏阵列的输出特性由曲线 2 变至曲线 1,则相应的工作点由点变化至点,应当相应地减小负载 2 至负载 1 以保证系统在太阳辐照度减小的情况下仍然运行在最大功率点A c 。0图 3 M PPT 方法 示意 图目前,除了采用恒电压跟踪 (C V T ) 方法来近似等效 M PPT 方法外,常见的M PPT 方法还包括干扰观测法 (P ertu rb an d O b Serv e )、电导增量法(Increm ental C onductance) 和模糊逻辑法 (FuzzyLogic M ethod) 等。干扰观测法的原理是每隔一定的时间增加或者减少光伏阵列输出电压 ,并观测之后其输出的功率变化方向,来决定下一步的控制策略。其优点是 :模块化控制回路,跟踪方法简单 ,实现容易,对传感器精度要求不高 ;缺点是在光伏阵列最大功率点附近振荡运行 ,导致一定功率损失,跟踪步长的设定无法兼顾跟踪精度和响应速度 ,并且在特定情况下会出现判断错误情况。电导增量法通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改变控制信号 。该算法控制精确 ,响应速度比较快 ,但是对硬件特别是传感器的精度要求比较高 ,因而整个系统的硬件造价也较高。模糊逻辑控制具有较好的动态特性和精度,具有一定的应用前景 。


光伏业绩表

类型
项目地 土地性质 土地面积 安装容量 接入条件 进展
地面
潍坊临朐一期 荒山 600亩 20MV 具备

施工阶段

潍坊临朐二期
未利用地 350亩 10MW 具备

备案阶段

东营龙居项目

未利用地
300亩 10MW 具备
并网运行中
分布

潍坊滨海鼎成新材料

自有厂房 3.2万平 4MW 具备
施工阶段

济南海那城

自有屋顶 1.5万平 1MW 具备
备案阶段

寿光中小学

自有屋顶 30万平
25MW 具备
备案阶段

大众日报社

自有屋顶 30万平
25MW 具备
施工阶段


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