光伏发电与控制技术PPT讲稿.ppt
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1、光伏发电与控制技术第1页,共102页,编辑于2022年,星期五机械工业出版社2第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第2页,共102页,编辑于2022年,星期五4.1 太阳的辐射及太阳能简介太阳的辐射及太阳能简介 4.2 太阳能的转换与应用太阳能的转换与应用4.3 太阳能太阳能电池与光伏发电原理电池与光伏发电原理4.4 MPPT光伏变换与控制技术光伏变换与控制技术4.5 光伏阵列并网逆变器的结构与控制策略光伏阵列并网逆变器的结构与控制策略4.6 光伏发电的制约因素与经济技术评价光伏发电的制约因素与经济技术评价本章主要内容本章主要内容机械工业出版社3第第4章章 太阳能、
2、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第3页,共102页,编辑于2022年,星期五44.1太阳的辐射及太阳能简介太阳的辐射及太阳能简介 4.1.1太阳简介太阳简介图图4-1 4-1 太阳的结构太阳的结构机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第4页,共102页,编辑于2022年,星期五5图图4-2 4-2 地球绕太阳运行示意图地球绕太阳运行示意图 太阳活动太阳活动机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第5页,共102页,编辑于2022年,星期五6 地地面面辐辐射射的的时时空空变变化化特特点点是是:全全年年以以赤
3、赤道道获获得得的的辐辐射射最最多多,极极地地最最少少。这这种种热热量量不不均均匀匀分分布布,必必然然导导致致地地表表各各纬纬度度的的气气温温产产生生差差异异,在在地地球球表表面面出出现现热热带带、温温带带和和寒寒带带气气候候;太太阳阳辐辐射射夏夏天天大大冬冬天天小小,它它导导致致夏夏季季温度高而冬季温度低温度高而冬季温度低。4.1.2 太阳辐射太阳辐射地区太阳平均辐射强度kWh/(m2d)W/m2 热带、沙漠56210250温带35130210阳光较少地区(北欧)23 80130 不同地区太阳平均辐射强度不同地区太阳平均辐射强度机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发
4、电与控制技术第6页,共102页,编辑于2022年,星期五7地球上的能流地球上的能流机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-4 4-4 地球上的能流地球上的能流第7页,共102页,编辑于2022年,星期五84.24.2 太阳能的转换与应用太阳能的转换与应用机械工业出版社 太阳能必须即时转换成其他形式能量才能贮存和利太阳能必须即时转换成其他形式能量才能贮存和利用,转换的方式主要有以下几种:用,转换的方式主要有以下几种:(1)太阳能)太阳能热能转换,并以热能形式贮存热能转换,并以热能形式贮存(2)太阳能)太阳能电能转换,并以电能形式贮存电能转换,并以电能
5、形式贮存(3)太阳能)太阳能氢能转换,并以氢能形式贮存氢能转换,并以氢能形式贮存(4)太阳能)太阳能生物质能转换,并贮存于生物生物质能转换,并贮存于生物 质质(5)太阳能机械能转换,并以机械)太阳能机械能转换,并以机械 能形式贮存能形式贮存第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第8页,共102页,编辑于2022年,星期五4.2.1 4.2.1 太阳能应用的发展史太阳能应用的发展史机械工业出版社9第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第一阶段(第一阶段(19001920年)年)第二阶段(第二阶段(19201945年)年)第三阶段(第三阶段(19
6、451965年)年)第四阶段(第四阶段(19651973年)年)第五阶段(第五阶段(19731980年)年)第六阶段(第六阶段(19801992年)年)第七阶段(第七阶段(19922005年)年)第9页,共102页,编辑于2022年,星期五104.2.2 4.2.2 太阳能的技术应用太阳能的技术应用机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术1太阳能采集太阳能采集(1)平板集热器)平板集热器(2)真空管集热器)真空管集热器(3)聚光集热器)聚光集热器第10页,共102页,编辑于2022年,星期五11机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光
7、伏发电与控制技术2太阳能的转换太阳能的转换(1)太阳能)太阳能热能转换热能转换(2)太阳能)太阳能电能转换电能转换(3)太阳能)太阳能氢能转换氢能转换(4)太阳能)太阳能生物质能转换生物质能转换 (5)太阳能机械能转换)太阳能机械能转换 2太阳能的转换太阳能的转换第11页,共102页,编辑于2022年,星期五12机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术3太阳能贮存太阳能贮存(1)热能贮热)热能贮热 (2)电能贮存)电能贮存(3)氢能贮存)氢能贮存(4)机械能贮存)机械能贮存第12页,共102页,编辑于2022年,星期五13机械工业出版社第第4章章 太阳能、
8、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术4太阳能传输太阳能传输(1)直接传输)直接传输(2)间接传输)间接传输第13页,共102页,编辑于2022年,星期五14机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术5.5.太阳能的利用太阳能的利用(1)太阳辐射的热能利用)太阳辐射的热能利用(2)太阳能光热利用)太阳能光热利用 (3)太阳能热发电)太阳能热发电(4)太阳能综合利用)太阳能综合利用 (5)太阳能光伏发电技术)太阳能光伏发电技术第14页,共102页,编辑于2022年,星期五15太阳能的利用太阳能的利用机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳
9、能、光伏发电与控制技术第15页,共102页,编辑于2022年,星期五16机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第16页,共102页,编辑于2022年,星期五17机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第17页,共102页,编辑于2022年,星期五18机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第18页,共102页,编辑于2022年,星期五19尚德大型太阳能发电幕墙尚德大型太阳能发电幕墙机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第19页,共102页,
10、编辑于2022年,星期五20机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第20页,共102页,编辑于2022年,星期五21美国最大的光伏发电站美国最大的光伏发电站-1机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第21页,共102页,编辑于2022年,星期五22美国最大的光伏发电站美国最大的光伏发电站-2机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第22页,共102页,编辑于2022年,星期五23机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第23页,共102页,
11、编辑于2022年,星期五24机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第24页,共102页,编辑于2022年,星期五25机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第25页,共102页,编辑于2022年,星期五26机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第26页,共102页,编辑于2022年,星期五27机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第27页,共102页,编辑于2022年,星期五28机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、
12、光伏发电与控制技术第28页,共102页,编辑于2022年,星期五29机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第29页,共102页,编辑于2022年,星期五30机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第30页,共102页,编辑于2022年,星期五314.3 太阳能电池与光伏太阳能电池与光伏 发电原理发电原理4.3.1 太阳能电池太阳能电池 太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池(片),太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池(片),有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等种类。单有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等种类。单晶和多晶
13、电池用量最大,非晶电池用于一些小系统晶和多晶电池用量最大,非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。和计算器辅助电源等。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第31页,共102页,编辑于2022年,星期五32太阳能电池原理太阳能电池原理 太阳能电池的原理是基于半导体的光伏效应,太阳能电池的原理是基于半导体的光伏效应,将太阳辐射直接转换为电能。将太阳辐射直接转换为电能。所谓光电效应,就是指物体在吸收光能后,其内所谓光电效应,就是指物体在吸收光能后,其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化,部能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化,由此产生出电流和电
14、动势的效应。在气体、液体和由此产生出电流和电动势的效应。在气体、液体和固体中均可产生这种效应,而半导体光伏效应的效固体中均可产生这种效应,而半导体光伏效应的效率最高。率最高。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第32页,共102页,编辑于2022年,星期五331.半导体的内部结构半导体的内部结构 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-5 4-5 一般的半导体结构一般的半导体结构第33页,共102页,编辑于2022年,星期五34 2.P型半导体的结构型半导体的结构 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电
15、与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-6 P4-6 P型半导体型半导体第34页,共102页,编辑于2022年,星期五353.N型半导体的结构型半导体的结构 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-7 N4-7 N型半导体型半导体第35页,共102页,编辑于2022年,星期五364.太阳能电池晶片的组成太阳能电池晶片的组成 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-8 4-8 太阳电池晶片太阳电池晶片第36页,共102页,编辑于2022年,星期五375.太阳能晶片受光的物理过程太阳能晶片受光的物理过程
16、 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-9 4-9 太阳能晶片受光的物理过程太阳能晶片受光的物理过程 第37页,共102页,编辑于2022年,星期五38太阳能电池的分类太阳能电池的分类 1.单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池 2.多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池 3.非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第38页,共102页,编辑于2022年,星期五394.3.2 太阳能光伏发电原理太阳能光伏发电原理 机械工业出版社1.太阳能电池阵列太阳能电池阵列2.逆变器逆变器3.用电设备用
17、电设备4.进户计量仪表进户计量仪表第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第39页,共102页,编辑于2022年,星期五40图图4-10 典型的光伏发电系统典型的光伏发电系统 1.太阳能太阳能光伏发电系统的结构光伏发电系统的结构机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第40页,共102页,编辑于2022年,星期五412.系统组成系统组成(1)太阳能电池组件:由太阳能电池(也称光伏电池)按照系统的需要串)太阳能电池组件:由太阳能电池(也称光伏电池)按照系统的需要串联或并联而组成的矩阵或方阵,在太阳光照射下将太阳能转换成电能,联或并联而
18、组成的矩阵或方阵,在太阳光照射下将太阳能转换成电能,它是光伏发电的核心部件。它是光伏发电的核心部件。(2)充放电控制器、逆变器)充放电控制器、逆变器 本部分除了对蓄电池或其他中间蓄能元件本部分除了对蓄电池或其他中间蓄能元件进行充放电控制外,一般还要按照负载电源的需求进行逆变,使光伏进行充放电控制外,一般还要按照负载电源的需求进行逆变,使光伏阵列转换的电能经过变换后可以供一般的用电设备使用。阵列转换的电能经过变换后可以供一般的用电设备使用。(3)蓄电池、蓄能元件及辅助发电设备)蓄电池、蓄能元件及辅助发电设备 蓄电池或其他蓄能元件如蓄电池或其他蓄能元件如超导、超级电容器等是将太阳能电池阵列转换后的
19、电能储存起来,超导、超级电容器等是将太阳能电池阵列转换后的电能储存起来,以使无光照时也能够连续并且稳定的输出电能,满足用电负载的需以使无光照时也能够连续并且稳定的输出电能,满足用电负载的需求。求。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第41页,共102页,编辑于2022年,星期五423.光伏系统分类光伏系统分类(1)小型太阳能供电系统()小型太阳能供电系统(Small DC)该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小,整个该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小,整个系统结构简单,操作简便。如在我国的西北地区大面积推广使用了系统结构简单
20、,操作简便。如在我国的西北地区大面积推广使用了这种类型的光伏系统,负载为直流节能灯、家用电器等,用来解决这种类型的光伏系统,负载为直流节能灯、家用电器等,用来解决无电地区家庭的基本照明和供电问题。无电地区家庭的基本照明和供电问题。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-11 小型太阳能供电系统小型太阳能供电系统 第42页,共102页,编辑于2022年,星期五43(2)简单直流系统()简单直流系统(Simple DC)该系统的特点是系统中负载为直流负载,而且负载的使用时间该系统的特点是系统中负载为直流负载,而且负载的使用时间没有特别要求,负载主要在日
21、间使用,系统中没有蓄电池,也不需没有特别要求,负载主要在日间使用,系统中没有蓄电池,也不需要控制器。整个系统结构简单,直接使用太阳能电池阵列给负载供要控制器。整个系统结构简单,直接使用太阳能电池阵列给负载供电,光伏发电的整体效率较高。如光伏水泵就使用了这种类型的光电,光伏发电的整体效率较高。如光伏水泵就使用了这种类型的光伏系统。伏系统。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-12 简单直流供电系统简单直流供电系统 第43页,共102页,编辑于2022年,星期五44(3)大型太阳能供电系统()大型太阳能供电系统(Large DC)该系统的特点是系统中
22、用电器也是直流负载,但负载功率比较大,整个系统的规模也比该系统的特点是系统中用电器也是直流负载,但负载功率比较大,整个系统的规模也比较大,需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。常应用于通信、遥测、监测设较大,需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。常应用于通信、遥测、监测设备电源,农村集中供电站,航标灯塔、路灯等领域。如在我国的西部地区部分乡村光伏电备电源,农村集中供电站,航标灯塔、路灯等领域。如在我国的西部地区部分乡村光伏电站使用了这种类型的光伏系统,中国移动和中国联通公司在偏僻无电地区的通信基站等。站使用了这种类型的光伏系统,中国移动和中国联通公司在偏僻无电地区的通信基站等。
23、机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-13 大型太阳能供电系统大型太阳能供电系统 第44页,共102页,编辑于2022年,星期五45 该系统的特点是系统中同时含有直流负载和交流负载,整个系统结构比较复杂,整个该系统的特点是系统中同时含有直流负载和交流负载,整个系统结构比较复杂,整个系统的规模也比较大,同样需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。如在一系统的规模也比较大,同样需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。如在一些同时具有交流和直流负载的通信基站或其他一些含有交流和直流负载的光伏电站中使些同时具有交流和直流负载的通信基站或其他一
24、些含有交流和直流负载的光伏电站中使用了这种类型的光伏系统。用了这种类型的光伏系统。(4)交流、直流供电系统()交流、直流供电系统(AC/DC)机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-14 交流、直流供电系统交流、直流供电系统 第45页,共102页,编辑于2022年,星期五46(5)并网系统()并网系统(Utility Grid Connect)这种系统的最大特点是太阳能电池阵列转换产生的直流电经过三相逆变器(这种系统的最大特点是太阳能电池阵列转换产生的直流电经过三相逆变器(DC/AC)转换成为符合公共电网要求的交流电并直接并入公共电网,供公共电网用
25、电设转换成为符合公共电网要求的交流电并直接并入公共电网,供公共电网用电设备使用和远程调配。这种系统中所用的逆变器必需是专用的并网逆变器,以保备使用和远程调配。这种系统中所用的逆变器必需是专用的并网逆变器,以保证逆变器输出的电力满足公共电网的电压、频率和相位等性能指标的要求。这证逆变器输出的电力满足公共电网的电压、频率和相位等性能指标的要求。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能电池阵列作为本地交流负载的电源,降种系统通常能够并行使用市电和太阳能电池阵列作为本地交流负载的电源,降低了整个系统的负载缺电率;而在夜晚或阴雨天气,本地交流负载的供电可以低了整个系统的负载缺电率;而在夜晚或阴雨天气,本地交
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