光伏系统应用.ppt

1.光伏系统的工作原理:就是在太阳光的照射下，将太阳电池组件产生的电能通过，控制器，蓄电池，逆变器等最终为系统使用。2.光伏系统的分类：直流系统 ，交流系统，直交流混合系统。3.光伏系统的种类;独立系统，并网系统。4.独立系统的用途;光伏系统概要独立系统一般适用与下列情况：.需要自由携带的设备，如普通、携带型设备用电源：.夜间、阴雨天等不需电网供电：.远离电网的边缘地区：.不需要并网：.不采用电气配线施工。.不需要备用电源。5.独立系统的构成及种类：.种类分为：直流负载直接型（与负载直接连接。不携带蓄电池的独立系统，如光伏水泵，换气扇。）光伏系统概要.直流负载蓄电池使用型系统（与太阳电池，蓄电池，控制器以及直流负载等构成。如家庭庭园照明等）。.交流负载蓄电池使用型系统（与太阳电池，交流负载，逆变器以及充放电控制器等构成。该系统主要用于家庭电器设备，如电视机，电冰箱等。）.直、交流负载蓄电池使用型系统（与太阳电池，直流负载，交流负载，逆变器，蓄电池以及充放电控制器等构成。该系统可同时为直流设备以及交流电器设备提供电能。).并网系统.有逆潮流并网系统（太阳电池的出力供给负载后，若有剩余电能且剩余电能流向电网的系统，我们称之为有逆潮流并网系统。）.光伏系统概要.无逆潮流并网系统（太阳电池的出力供给负载，即使有剩余电能并不流向电网，此系统称为无逆潮流并网系统。）优点：可省去蓄电池。降低了系统的成本有利于系统的普及，而且可省去蓄电池的维护、检修等费用，所以系统是一种十分经济的系统。.切换式并网系统（该系统主要由太阳电池，蓄电池，逆变器，切换器以及负载等构成。此种系统在正常情况下于电网分离，直接向负载供电。当日照不足或连续阴雨天，系统出力不足时，切换器自动切向电网一边，由电网向负载供电。）这种系统可以选择容量较小的蓄电池，以节省投资。光伏系统概要.自立运行切换型太阳能光伏系统（防灾型）用于灾害，救灾等情况。（通常，该系统通过系统并网保护装置与电力系统连接，所产生的电能供给负载。当发生灾害时，系统并网保护装置动作使太阳能光伏系统与电力系统分离。带有蓄电池的自立运行切换型太阳能光伏系统可作为紧急通讯电源、避难所、医疗设备、加油站、道路指示、向灾区的紧急负荷供电。.直、交流并网型太阳能光伏系统（产生的直流电直接可以供给负载，也可以与商用电力系统并用。）光伏系统概要.地域并网型太阳能光伏系统（该系统主要由太阳电池，逆变器，控制器，自动保护系统，负荷等构成。）特点是光伏系统分别与电力系统的配电线相连。各太阳能光伏系统的剩余电能直接送往电力系统（称为卖电）：各负荷的所需电能不足时，直接从电力系统买电。6.传统的太阳能光伏系统存在如下的问题：.逆充电问题：所谓逆充电问题，是指当电力系统的某处出现事故时，将此处与电力系统其他线路断开，但此处如果接有光伏系统的电能会流向该处，有可能光伏系统的电能会流向该处，有可能导致事故处理人员触电，严重的会造成人员伤亡。光伏系统概要.电压上升问题：由于大量的太阳能光伏系统与电力系统并网，晴天时太阳能光伏系统的剩余电力会同时送往电力系统，使电力系统的电压上升，导致供电质量下降。.太阳能发电的成本问题：目前，太阳能发电的价格太高是制约太阳能发电普及的重要原因，如何降低发电成本是目前最为关注的焦点。（提高转换效率，降低生产成本，提高产品的质量）.负荷均衡问题为了满足最大负荷的需求，必须相应地增加发电设备的容量，但这样会使设备的投资增加，不经济。（解决此问题，我提出来地域并网型太阳能光伏系统）光伏系统概要.该系统如图范例所示光伏系统概要.该系统的特点是：1）太阳能发电站发出的电能首先向地域内的负荷供电，由剩余的电能时，电能存储系统先将存储起来，若仍有剩余电能则卖给电力系统：太阳能发电站的出力不足不能满足负载的需要时，先由电能储存系统供电，仍不足时则从电力系统买电。这种并网系统与传统的并网系统相比，可以减少买、卖电量。太阳能发电站发出的电能可以在地域内得到有效的利用，可提高电能的利用率;2)地域并网太阳能光伏系统通过系统并网装置（内设开关）与电力系统相连。当电力系统的某处出现故障时，系统并网装置检测出故障，并自动断开开关，使太阳能光伏系统与电力系统脱离，防止太阳能光伏系统的电能流向电力系统，有利于检修与维护。因此这种并网系统可以很好地解决逆充电问题。3）地域并网太阳能光伏系统通过系统并网装置与电力系统相连，所以只需在并网出安装电压调整装置或使用其他方法，就可解决由于太阳能光伏系统同时向电力系统送电时所造成的系统电压上升问题;光伏系统概要4）有特点1）知，与传统的并网系统相比，太阳能光伏的电能首先供给地域内的负荷，若仍有剩余电能则由电能储存系统储存，因此剩余电能可以得到有效的利用，可以大大降低成本，有助于太阳能发电的应用与普及;5）负荷均衡问题。由于设置了电能储存装置，可以将太阳能发电的剩余电能储存起来，可在最大负荷时向负荷提供电能，因此可以起到均衡负荷的作用，从而大大减少调峰设备，节约投资。7.混合系统混合系统与其他系统（如风力，集热器，燃料电池等）组成的系统成为混合系统。.混合系统主要适用与以下情况：即太阳电池出力不稳定，需使用其他的能源作为补充时;太阳电池的热能作为综合能源加以利用是的情况。.混合系统一般可分为哪几种类型？光伏系统概要.一般可分成现地电源混合系统，柴油机发电混合系统以及太阳光、热混合系统。现地电源混合系统是指由太阳能光伏系统与风力发电、水力发电以及柴油机发电等组成的系统。1）光、热混合太阳能系统:就是所使用的电能与热能同时利用的太阳光热-热混合集热器（Collctor)就是其中一例。光、热混合太阳能光伏系统用于住宅负载时可以得到有效利用，即可以有效的利用设置空间、减少使用建材以及能量回收年数，降低设置成本以及能源成本等。光、热集热器具有太阳能热水器与太阳电池阵列组合的功能，它具有如下特点：1）太阳电池的转换效率大14%，加集热功能，太阳光-热混合集热器可使综合能量转换效率提高;2）集热用煤质的循环运动可促进太阳电池阵列的冷缺效果，可抑制太阳电池单元随温度上升转换效率下降。光伏系统概要.太阳能广伏、燃料电池系统：它由太阳能光伏系统、燃料电池系统构成，燃料电池所使用的燃料为都市煤气。该系统可以综合利用能源，提高能源的综合利用率。将来可作为个人住宅电源使用。太阳能光伏、燃料电池系统由于使用了燃料电池发电，因此可以节约电费、明显降低二氧化碳的排放量、减少环境污染。8.小规模新能源电力系统该系统由发电系统、氢能制造系统、电能储存系统负载经地域配电线相连构成。发电系统主要包括太阳能光伏发电、风力发电、小型水力发电、燃料电池发电、生物质能发电等;负载包括学校、公寓、医院、写字楼等民用、公用负荷;氢能制造系统用来将地域内的剩余电能转换成氢能。当发电系统所产生的电能以及电能存储系统的电能不能满足负载的需要时，通过燃料电池发电为负载供电。光伏系统概要.小规模新能源电力系统具有如下特点：1）与传统的发电系统相比，小规模新能源电力系统由新能源、可再生能源构成;2）由于使用新能源、可再生能源发电，因此不需要其他的发电用燃料;3）由于使用清洁的能源发电，因此对环保有利;4）氢能制造系统的使用一方面可以使地域内的剩余电力得到有效的利用，另一方面可以有效的提高系统的可靠性、安全性。光伏系统概要二、光伏系统的基本构成2.1太阳能光伏系统的特点1）从所使用的能源来说，太阳能发电所使用的能源是太阳能。由于太阳能总量及其巨大，因此他是一种取之不尽、用之不竭的能源。他不产生排放物、无公害，又是一种最清洁的能源。而且它可以在地球上的任何地方使用，因此使用非常方便。但是也会随季节的变化发电也会随着产生波动。2）太阳能发电使用的是固体静体装置;发电时无可动部分，无噪音，检修与维护简单;太阳电池以模块为单位，可根据用户的需要方便的选择所需要的的容量，组件可大量生产，使用成本降低;由于重量轻，可安放在房顶，墙面，空地等处，可有效利用土地;不需要运送燃料，偏远地区可方便使用;建设周期短，设计，规划比较灵活;3）由于太阳能光伏系统可作为一种分散型发电系统，离负荷较近，所以输电损失以及输电成本较低;可根据当地的负荷情况灵活地选择系统容量;可使用电源多样化，提高电力系统的可靠性;可配电系统的运转特性，如实现高速控制、无功率控制等。2.2太阳能光伏系统的基本构成 太阳能系统的构成，太阳能光伏系统主要由太阳电池阵列、功率调节器、蓄电池、负载以及控制保护装置等构成。太阳电池阵列接收来自太阳的光能产生直流电能;功率调节器由逆变器、并网装置、系统监视保护装置以及充放电控制装置等构成，主要用来将太阳电池所产生的直流电变成交流电等;蓄电池则储存剩余电能，当太阳电池不发电或电能不足时共负载使用。由于该系统的装置在实际应用时会根据利用的情况而变，因此，太阳能光伏系统一般由太阳电池、功率调节器以及蓄电池等外围设备构成。2.3太阳电池芯片、组件及阵列2.3.1太阳电池由将太阳的光能转变成电能的最小单元，即太阳电池单元（SolarCell)构成。它由约10cm角长的板状硅片形成pn结半导器件构成。无负载电压约为0.5v。除了特殊情况外，太阳电池单元不单独使用。二、光伏系统的基本构成2.3.2太阳电池组件太阳电池组件（SolarModule）有状如数十枚的太阳电池芯片，根据所需的电压、出力进行组合而成。太阳电池组件的转换效率根据不同类型的电池而不同。2.3.3太阳电池阵列太阳电池组件进行必要的组合，然后安装在房顶等处而构成的太阳电池全体称为太阳电池阵列（SolarArray）。太阳电池阵列由多枚太阳电池组件经串、并联而成的组件群以及制支撑这些组件群的台架构成。二、光伏系统的基本构成1）太阳电池阵列由多枚电池组件根据所需的直流电压以及出力进行串联、并联而成，一般用金属构件将太阳电池组件固定在屋顶等处。太阳电池阵列的面积，如设置3KW的太阳能光伏系统一般需要约30的屋顶面积。当然，使用功率较大的太阳电池组件时，所需太阳电池阵列的面积会减少。2）光伏系统的标准条件下的太阳电池阵列的出力来表示。由于太阳能光伏系统的出力受日照强度、温度的影响，为了统一标准，一般日照强度为1KW/,温度为25的所谓标准条件时的最大出力作为标准太阳电池阵列的出力。二、光伏系统的基本构成2.3.4太阳电池阵列的电路构成太阳电池阵列的电路图由太阳电池构成的纵列组件（String）、逆流防止元件（二极管）Ds、旁路元件（二极管）Db以及接线盒等构成。纵列组件是根据所需输出电压将太阳电池组件串联而成的电路。各纵列组件经逆流防止元件并联构成。当太阳电池组件被鸟粪、树叶、日影覆盖的时侯，太阳电池组件几乎不能发电。此时，各纵列组件间以及阵列间循环电流流动以及逆变器等设备的电流流向阵列的情况。为了防止逆流现象的发生，需在各纵列组件逆流防止二极管。二光伏系统的基本构成 逆流防止二极管一般装在接线盒内，也有安放在太阳电池组件的接线盒内的。选用逆流防止二极管时，一般要考虑逆流防止二极管能通过所在回路的最大电流，并能承受该回路的最大反向电压。由于半导体元件的电气特性随使用温度的变化而发生变化，因此，应合理估计使用温度并选择合适的逆流防止二极管。当然，也可不用逆流防止二极管，而使用继电器来达到防止逆流的目的。另外，各太阳电池组件都接有旁路二极管。当太阳电池阵列的一部分被日影覆盖或组件的某部分出现故障时，使电流不流过未发电的组件而径流过旁路二极管，并为负载提供电力。如果不接旁路二极管的话，纵列组件的输出电压的合成电压将对为发电的组件形成反向电压，出现过热部分（Hot Spot)，还会使全阵列的输出下降。一般，14枚组件并联一个旁路二极管，安装在太阳电池背面接线盒的正负及之间，选择旁路二极管时应使其能通过纵列组件的短路电流，反向耐压为纵列组件的最大输出电压的1.5倍就以上。由于使用温度的影响，应选择额定电流稍大的旁路二极管。目前，市场上销售的太阳电池组件一般已装有旁路二极管，设计时则不必考虑。最近的太阳电池组件，每枚太阳电池芯片具有旁路的功能。2.4功率调节器功率调节器（Power Conditioner)，由逆变器保护和并网保护装置构成。逆变器的功率转换部分使用功率半导体元件将直流电能转换成交流电能。如下图示:二光伏系统的基本构成二光伏系统的基本构成2.4.1逆变器太阳能光伏系统中使用的逆变器（Inverter）是一种将太阳电池所产生的直流电能转换成交流电的转换装置。它使转换后的交流电的电压、频率与电力系统向负载提供的交流电的电压、频率一致。逆变器的功能如下：1）尽管太阳电池的输出电压、功率受太阳电池的温度、日照强度的影响，但逆变器可使太阳电池的出力最大;2）抑制高次谐波电流流入电力系统，减少对电力系统的配电线的影响;3）当剩余电能流向电力系统时，能对电压进行自动调整，维持负载端的电压在规定的范围之内。逆变器有电压型（Voltage Source Type）、电流型（Current Source Type）等多种型式。逆变器将直流电力切断时，直流侧的电压保持一定的方式称为电压型，直流侧的电流保持一定的方式称为电流型，太阳能光伏系统一般使用电压型逆变器。交流输出的控制方法有两种：电流控制方法和电压控制方法。独立太阳能光伏系统一般用电压控制型（Voltage Control Type）逆变器，系统并网型太阳能光伏系统一般用电流型（Current Control Type)逆变器，即电流控制电压型逆变器。1.太阳能光伏系统的逆变器原理太阳能光伏系统所用的逆变器一般使用脉冲宽度调制PWM（Pulse Width Modulation）方式来实现将矩形波的交流电转换成商用电力系统的正弦波交流电。即利用高频PWM技术，使开关在半周期间内同方向多次地动作，将正弦波两端附近地方的电压宽度变窄，中间部分宽度变宽，得到脉冲波的序列，二光伏系统的基本构成