浅析太阳能光伏发电系统原理及设计应用.doc

1、浅析太阳能光伏发电系统原理及设计应用摘 要：随着人们对可再生新能源的探求，人们对太阳能这种取之不尽用之不竭的能源越来越重视和研究，太阳能发电正在成为可再生能源的重要组成部分。本章内容主要介绍了太阳能光伏发电系统的基本工作原理、组成情况，并分析了太阳能光伏发电系统的整体设计和在目前的主要应用情况。 关键词：太阳能；光伏发电；光伏电池组件； Abstract: Along with the people to search for new and renewable energy, people on the inexhaustible be inexhaustible solar energy

2、more and more attention and research, solar power is becoming an important part of renewable energy. This chapter mainly introduces the basic working principle, solar photovoltaic power generation system, and analyzes the overall design of solar photovoltaic generation system and main applications i

3、n the present. Key words: solar energy; PV; photovoltaic battery component 中图分类号： TK511 文献标识码：A 文章编号：2095-2104 随着综合国力的大力提升，人们对能源的需求量越来越大，能源的供应量日益紧张，而核能的发展又受到很多条件的限制，因此能源问题已经成为制约社会发展的关键问题，能源的结构也面临着巨大的挑战，因此尝试发展新的可再生能源已经成为社会发展亟待解决的问题。太阳能最为一种新型的、最安全、最环保、最取之不尽、用之不竭的新能源，越来越得到人们的日益关注和重视。据报道显示：我国国土面积的 70%左右

4、日照都在 2200h 以上，陆地表面每年接受太阳能的辐射相当于 4.9 万亿的标准煤，与我国的三峡工程相比，若其全部用于发电相当于上万个三峡发电量的总和，因此，太阳能的应用前景十分广阔。随着新科技的发展，人们对于合理利用太阳能有了进一步的发展，太阳能光伏发电在我国的研究情况也得到了极大的重视，正成为我国再生能源的主要组成部分。本文主要介绍太阳能光伏发电的基本工作原理、组成情况，并分析探讨了光伏发电系统的设计及应用情况。 1、太阳能光伏发电系统的工作原理 基本工作原理：利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。白天，当太阳光照在光伏电池组件时，在半导体的 P-N

5、结上，会形成新的极性相反的电子空穴对，这些载流子在 P-N 结中电场的作用下，空穴和电子分别发生移动形成电路，从而获得能量。产生的能量分为两部分：一部分供给负载工作，另一部分给蓄电池充电。当没有阳光时，这是光伏电池就无法工作，给负载供电的任务就由蓄电池来完成。 2、太阳能光伏发电系统的组成情况 系统主要由以下几部分组成：光伏电池组件、蓄电池组、太阳能控制器、逆变器和 DC-DC 变换装置组成。 2.1、光伏电池组件：主要作用是当太阳光照在上面时，电池吸收光能并将太阳能转化成电能，是光伏发电系统最基本的组成部分。一般为硅电池，可分为三种类型：单晶硅、多晶硅及非晶硅。 2.2、蓄电池组：主要作用是

6、存贮产生的电能，当光线不足或者晚上时，将电能释放供负载使用，是一种储能部件，在选择存储容量时，要与光伏电池组件的容量保持一致。 2.3、太阳能控制器：主要作用是规定和控制蓄电池的充、放电条件，对负载的电能输出，保证任何条件都可输出最大功率。 2.4、逆变器：主要作用是将储存的电能由直流变成交流。 2.5、DCDC 变换装置：主要作用是通过控制功率元件的通断，将输出的低压变为高压，保证能输出稳定的高压直流电。 3、太阳能光伏发电系统的设计 要设计太阳能光伏发电系统，主要设计两个方面的内容：容量和硬件。容量设计一般包括以下几个部分的计算：负载用电量、太阳能光伏电池组件、蓄电池组容量及安装最佳倾角等

7、。 硬件设计一般包括以下几个部分：电池组件的选型、支架设计、逆变器及电缆的选择等，由于硬件设计比较简单，所以本文不做详细的介绍，主要介绍容量的设计。在本例中以独立式太阳能为例做着重介绍。 3.1、设计的基本步骤 3.1.1、收集使用太阳能地域的基本数据 设计时应该首先了解所用低于的地理位置、气象资料、太阳总辐射量、直接及散射辐射量等气象情况。 3.1.2、光伏电池组件的设计 基本要求：满足年平均日负载的用电需求。 并联的计算公式为：并联组件数量=日平均负载（AH）/库仑效率组件日输出（AH）衰减因子 串联的计算公式为：串联组件数量=系统电压（V）/组件电压（V） 3.1.3、蓄电池组的设计 基

8、本要求：太阳连续低于平均值时负载的正常工作仍不受影响。 容量的计算公式：蓄电池组容量=自给天数日平均负载（AH）/最大允许放电深度温度修正因子 并联设计：根据容量，决定选择蓄电池的个体数，一般不超过 4 组，常用为 2 组，以保证在一组出故障时，另外一组可以正常工作。 3.1.4、安装的最佳倾角设计 最佳倾角设计是整个设计过程中最重要的环节，计算过程比较复杂，相关专家已经使用计算机计算出了我国部分城市的最佳倾角，设计时只需查表就可以。 3.2、光伏电池组件及蓄电池组容量设计示例 某个偏远地区的独立式太阳能光伏发电系统的设计实例。负载：24 V，140 AH/d，为直流，该地区最低光照辐射是一月

9、份，采用 30倾角，斜面上的平均日太阳辐射为 3 kWh/m2（相当于 3 个标准峰值小时） ，选择典型的 75W 太阳能光伏电池组件（其峰值电流 I mp 为 4.4 Amps） ，自给天数为 2 d，蓄电池允许的最大放电深度为 50%，库仑效率为 90%，温度修正系数为 0.7，太阳能光伏电池组件的输出衰减为 10%，计算太阳能光伏电池组件数及蓄电池组容量。 3.2.1 太阳能光伏电池组件计算 （1）组件日输出=3 峰值小时4.4 安培=13.2 AH/d （2）并联组件数量=日平均负载/库仑效率组件日输出衰减因子=140/0.913.2（1-10%）=13.09；选择并联组件数量为 13

10、。 （3）串联组件数量=系统电压/组件电压=24/12=2；选择串联组件数量为 2。 （4）所需的太阳能光伏电池组件总数为：13（并）2（串）=26 块 3.2.2 蓄电池组容量计算 蓄电池组容量=自给天数日平均负载/最大允许放电深度温度修正系数=2140/50%0.7=800AH 选用 12V/400AH 的蓄电池，则需要该蓄电池 2（串）2（并）=4个 4、太阳能光伏发电系统应用案例 随着新能源的普及，目前太阳能光伏发电系统得到了越来越广泛的应用，我国的光伏产业也得到了前所未有的快速发展和重视程度，太能能光伏发电系统的使用会使我们的生活方式更加健康、环保、节能。下面举几个在我国使用的案例：

11、奥运会、世博会、加油站、公园等。 案例一、应用在我国的奥运体育场馆。奥运体育场馆的太阳能光伏发电的总装机容量为 130kv。此系统的电力直接输送到国家体育场馆的电力系统，不仅给奥运馆提供巨大的帮助作用，也可以对有效控制大气污染，倡导绿色环保的生活方式起到良好的促进作用。 案例二、应用在上海世博会。在上海世博会中，有许多的主题馆都使用的是太阳能光伏发电系统，例如：中国馆、主题馆、演艺中心等。安装的总机容量超过 4.68 兆瓦，一年的发电量大约是 408 万 KWh，与标准的条件相比，1d 的发电量能够供应 150 户人家使用 1 个月。 案例三、应用在上海世博园附近的太阳能加油站。此加油的太阳能

12、光伏发电具有以下几个特点：其一，采用防爆安全等级最高的 C1D2；其二，能实现太阳能供电系统和普通供电系统的自动切换；其三，可节约能量，每年可节约的经济款项可高达 4 万元。 案例四、应用在北京的各个公园和许多风景区。在北京一共有 106个公园及部分的风景区，采用目前最新型的“并网独立”发电系统，推广的路灯大约 8843 盏，依照常态的 500W 一盏路灯每天照明 8h 计算，一年大约可以节省用电量 1200kW.h。 太阳能应用的案例特别多，比如许多城市的路灯等，本文不进行一一列举。 我国目前的光伏产业在世界上的地位是处于较为领先的水平，并且经过近几年的发展，发电规模达到了世界上的领先地位。太阳能作为一种新型的取之不尽、用之不竭的绿色环保能源，经过更深层次的发展和改进和科技的进一步发展，太阳能的发电成本会逐步的降低，将会在社会中使用的越来越广泛。 参考文献： 1 周丽梅,薛钰芝等,小型太阳能光伏发电系统的实现J.大连铁道学院学报,2006(3):94-96. 2 杨金焕.太阳能光伏发电应用技术M.电子工业出版社，2009. 3 李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与维护M.北京：人民邮电出版社，2010.