风光互补课程----课件(1)

风光互补发电系统教程第一章风光互补发电系统概述•1.1风光互补发电的背景来源由于能源危机、环境污染和气候异常，以及各国可持续发展战略的要求，各种可再生的新能源得到快速发展，其中包括风光互补发电。可再生能源的开发利用•1.2风光互补发电系统组成•1.3风光互补发电的特点（1）风光一体，互补性强，稳定性高。（2）可减少储能蓄电池的容量。（3）无污染，社会效益和经济效益好。（4）适用范围广，适应性强，实用性强。与光伏发电和风力发电的对比：•1.4风光互补发电系统的应用•2.1PLC的基本结构和工作原理•PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。下图为一典型PLC结构简图。第二章风光互补发电系统中PLC的应用•2.1.1中央处理器CPU中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。小型采用8位微处理器中型采用16位微处理器大型采用高速位片式微处理器CPU的主要任务：1）接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据。2）检查编程中的语法错误，诊断电源及PLC内部的工作故障。3）用扫描方式接收现场输入信号，并存入相应存储区。4）从存储器中读取指令并执行指令（顺序取指令）。5）处理中断。2.1.2存储器存储器（RAM/ROM）：ROM：存系统程序（CMOS固化监控程序和解释程序）RAM：存用户程序和工作状态数据2.1.3输入输出接口：其是PLC的CPU模块与外部现场之间的桥梁。采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。•2.1.4电源•通常使用的是AC220V或DC24V工作电源，为各功能模块提供工作电源。•2.1.5外部设备•编程器：手持式、计算机PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC9832107654(DELT)CLR手持式的编程器•2.1.6PLC的工作原理•2.1.7CPU的存储区寄存器：I、Q存储器V、M、T、C、SM、L高数计数器HC、累加器ACAI、AQ、S按钮接触器按钮输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路（）程序执行•2.3PLC的基本指令系统2.3.1基本位逻辑指令•2.4传感器与开关光线传感器原理：通过光线亮度的变化，控制光敏电阻的阻值变化，从而实现对输出信号的控制。•金属接近开关：在金属物体靠近检测探头时，电子开关接通；当金属物体远离检测探头时，电子开关关闭。第三章风光互补发电系统中DSP的应用•本章只需要了解三个问题：•1、什么是DSP?为什么要用DSP？•2、DSP的组成和特点？•3、DSP的应用有哪些？•1、DSP简介•2、DSP的组成和特点•DSP具有专门的硬件乘法器，其芯片的核心是算法的实现。•3、DSP的应用第四章光伏电池组件的设计和测试•①太阳能电池组件②开关保护防雷③电缆④并网逆变器⑤电度表（光伏电量）•4.1光伏电池组件的组成和工作原理•4.1.1本征硅半导体•（1）什么是本征半导体？什么是本征硅半导体？•（2）本征硅半导体导电机理？（1）本征硅半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。（完全纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体或I型半导体。主要常见代表有硅、锗这两种元素的单晶体结构。）本征硅半导体就是完全由硅元素所组成的半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。SiSiSiSi价电子•本征半导体的导电原理是本征激发。SiSiSiSi价电子价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，该原子失去一个价电子出现另一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。4.1.2PN结N型半导体和P型半导体掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺入五价元素SiSiSiSip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体，可使其导电性能大大增强。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。动画掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。掺入三价元素SiSiSiSi在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴动画无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。1.在杂质半导体中多子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。abc4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）baPN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称PN结扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－动画形成空间电荷区PN结的单向导电性（1）PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄P接正、N接负外电场IF内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++动画+–PN结变宽（2）PN结加反向电压（反向偏置）外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IRP接负、N接正温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。–+PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－4.1.3光伏电池的工作原理•光伏电池：将太阳光辐射能直接转换为电能的器件。•光伏电池在结构上是由N型半导体和P型半导体加工组合而成。•光伏电池原理：4.1.4太阳能电池的基本参数(1)短路电流Isc(2)开路电压Voc(3)最大工作电压Vm(4)最大工作电流Im(5)填充系数FF(6)转换效率η(7)串联电阻Rs(8)并联电阻RshRshIDIsc+-vIRLRs太阳能电池的等效电路图对于理想情况，I=IL-ID=IL-Is[exp(qV/kT)-1]（1）ILIL——光生电流；Is——暗电流；Rs——串联电阻；Rsh——并联电阻；(1)短路电流Isc•当V=0时，Isc=IL。IL为光生电流，正比于光伏电池的面积和入射光的辐照度。1cm2光伏电池的IL值均为16~30mA。环境温度的升高，IL值也会略有上升，一般来讲温度每升高1℃，IL值上升78μA。一个理想的光伏电池，因串联的Rs很小、并联电阻的Rsh很大，所以进行理想电路计算时，他们都可忽略不计。所以根据式(1)，就会得到左图。但在实际过程中，就要将串联电阻和并联电阻考虑进去，Isc的方程如下：sh)(1RIRVeIIIIIISkTIRVqSLPDLSCS当负载被短路时，V=0，并且此时流经二极管的暗电流非常小，可以忽略，上式可变为：shSLSCshSSCLSCRRIIRRIII/1由此可知，短路电流总小于光生电流IL,且Isc的大小也与Rs和Rsh有关。(2)开路电压Voc•开路时，当I=0时，Voc=kT/qln(IL/IS+1)太阳能电池的光伏电压与入射光辐照度的对数成正比，与环境温度成反比，与电池面积的大小无关。温度每上升1℃，UOC值约下降2~3mV。该值一般用高内阻的直流毫伏计测量。太阳能电池的光伏电压也与暗电流有关。而对太阳能电池而言，暗电流不仅仅包括反向饱和电流，还包括薄层漏电流和体漏电流。漏电流：太阳能电池片可以分3层，即薄层（即N区），耗尽层（即PN结），体区（即P区），对电池片而言，始终是有一些有害的杂质和缺陷的，有些是材料本身就有的，也有的是工艺中形成的，这些有害的杂质和缺陷可以起到复合中心的作用，可以虏获空穴和电子，使它们复合，复合的过程始终伴随着载流子的定向移动，必然会有微小的电流产生，这些电流对测试所得的暗电流的值是有贡献的，由薄层贡献的部分称之为薄层漏电流，由体区贡献的部分称之为体漏电流。（3）填充系数FF•FF=VmIm/VocIscFF是一个重要参数，反映太阳能电池的质量。太阳电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充系数越大，一般在0.5~0.8之间。反映到太阳电池的电流-电压特性曲线上是曲线接近正方形，此时太阳电池可以实现很高的转换效率。太阳光照射下光伏电池的U-I特性曲线（4）转换效率η•根据η=ImVm/P=FFIscVoc/P(P为太阳辐射功率)，可得：填充系数越大，即转换效率越大。因此，影响η的主要因素为串联电阻和并联电阻。综上所述，影响Voc、Isc、Vm、Im、FF和η的主要因素就是串联电阻和并联电阻。（5）串联电阻Rs和并联电阻Rsh•串联电阻Rs：一般小于1Ω，主要包括金属电极与半导体材料的接触电阻、半导体材料的体电阻和电极电阻三部分。并联电阻Rsh：一般为几千欧姆，主要是电池边缘漏电、电池表面污浊或耗尽区内的复合电流引起的，这几种电流构成了漏电流。而且并联电阻越大，漏电流也就越小。4.2光伏电池组件结构、性能和生产过程4.2.1光伏产业链4.2.2组件的生产过程4.2.3组件的应用4.2.1光伏产业链•太阳能电池组件是整个光伏产业链的终端产品，在光线的照射下会产生直流电，经过转换成交流电就可以为我们日常生活所用。光伏产业链如下：硅料单晶硅片电池片组件系统应用硅料电池片方棒硅棒光伏产业链图片示意硅片组件系统应用太阳能电池板组件简介太阳能电池组件由进口（或国产）单晶（或多晶）硅太阳能电池片串并联，用钢化玻璃、EVA及TPT热压密封而成，周边加装铝合金边框，具有抗风、抗冰雹能力强、安装方便等特性。广泛应用于太阳能照明、灯具、户用供电、公路交通、建筑及光伏电站等领域。4.2.2组件的生产工艺流程单片焊接串焊装框叠层层压包装入库清洗电性能测试（1）单片焊接将电池片焊接互联条（涂锡铜带），为电池片的串联做准备。（2）串联焊接将电池片按照一定数量进行串联。（3）叠层将电池串继续进行电路连接，同时用玻璃、EVA胶膜、TPT背板将电池片保护起来。太阳能电池板组件构成①钢化玻璃低铁钢化玻璃（又称白玻璃），厚度3.2毫米，在太阳电池光谱响应的波长范围内（320-1100NM）透光率达90%以上，对于大于1200NM的红外光有较高的反射率。此玻璃同时耐紫外光线的辐照，透光率不下降。钢化性能符合国标GB9963-88或者封装后的组件抗冲击性能达到国标GB9535-88地面用硅太阳能电池环境试验方法中规定的性能指标。②EVAEVA是一种热融胶粘剂，厚度在0.4毫米-0.6毫米之间，表面平整，厚度均匀，内含交联剂。常温下无黏性且具抗黏性，经过一定调价热压便发生熔融粘接与交联固化，并变的完全透明。固化后的EVA能承受大气变化且具有弹性，它将电池片“上盖下垫”，