光伏发电原理

黄河上游水利水电开发有限责任公司新能源发电部并网光伏发电原理工作原理白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到电力变压器，通过变压器进行升压将电能输送到电力网中。组成部分并网光伏系统是由太阳能电池方阵，自动太阳能跟踪系统，汇流设备，直流配电设备，逆变器，变压器、监控系统，二次继电保护系统、光功率预测系统等设备组成。并网光伏发电原理流程图太阳能电池组件太阳能电池发电原理：太阳能电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。太阳能电池组件太阳能电池板Solarpanel分类：晶体硅电池板：多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池。非晶硅电池板：薄膜太阳能电池、有机太阳能电池。化学染料电池板：砷化镓、硒铟铜、锑化镉等。太阳能电池组件单晶硅电池组件多晶硅电池组件非晶硅电池组件太阳能电池组件组件性能及影响因素：在太阳电池I—V曲线上有三个具有重要意义的点，即最大功率点(Vmp,Imp)，开路电压(Voc)和短路电流(Isc)。I—V曲线上最大功率点标注为“Vmp,Imp”。在这个工作点组件产生最大的输出功率。影响太阳电池组件输出特性的主要因素是：日照强度、太阳电池温度、阴影和晶体结构。太阳能电池组件日照强度太阳电池组件的输出功率与直接的太阳辐射强度成比例，日照增强时组件输出也随之增加。值得注意的是日照强度变化时，组件工作电压基本不变。太阳能电池组件太阳电池温度太阳电池组件温度较高时，工作效率降低。通常在80～90℃之问，温度每上升1℃，组件的效率损失0.5％。太阳能电池组件阴影阴影对太阳电池组件性能的影响不可低估，有时组件上的一个局部阴影也会引起输出功率的明显减少。并网逆变器通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。并网光伏系统逆变器并网发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。通过光伏组件将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后转换后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。并网逆变器按逆变器输出的相数分可分为：（1）单相逆变器；（2）三相逆变器；（3）多相逆变器按照逆变器输出电能的去向分可分为：（1）有源逆变器；（2）无源逆变器按逆变器主电路的形式分可分为：（1）单端式逆变器；（2）推挽式逆变器；（3）半桥式逆变器；（4）全桥式逆变器。并网逆变器按逆变器主开关器件的类型分可分为：（1）晶闸管逆变器；（2）晶体管逆变器；（3）场效应逆变器；（4）绝缘栅双极晶体管（IGBT）逆变器按直流电源分可分为:（1）电压源型逆变器（VSI）；（2）电流源型逆变器（CSI）按逆变器控制方式分可分为：（1）调频式（PFM）逆变器；（2）调脉宽式（PWM）逆变器按逆变器开关电路工作方式分可分为：（1）谐振式逆变器；（2）定频硬开关式逆变器；（3）定频软开关式逆变器并网逆变器按逆变器输出电压或电流的波形分可分为：（1）方波逆变器线路比较简单，使用的功率开关数量很少。设计功率一般在百瓦至千瓦之间。优点是：线路简单，维修方便，价格便宜。缺点是方波电压中含有大量的高次谐波，在带有铁心电感或变压器的负载用电器中将产生附加损耗，对某些通讯设备有干扰。此外，这类逆变器还有调压范围不够宽，保护功能不够完善，噪声比较大等缺点。（2）正弦波逆变器正弦波逆变器的优点是：输出波形好，失真度很低，对收音机及通讯设备干扰小，噪声低。此外，保护功能齐全，整机效率高。缺点是：线路相对复杂，对维修技术要求高，价格昂贵。并网逆变器逆变器控制框图aebeceLaibicidciCabcUdcV6V1V3V5V4V2VD6VD4VD2VD1VD3VD5电压采样电流采样abebce线电压转换成相电压3/2变换aebe计算得到角度ee2s/2r变换de0qe2s/2r变换3/2变换diqiiiaibiciPIPILLqidi0qede电压采样dcudcuPark逆变换空间电压矢量调制发生器uu并网逆变器的电路结构MPPT跟踪器保证光伏阵列产生直流电能能最大程度地被逆变器所使用。IGBT全桥电路将直流电转换成交流电压和电流。保护功能电路在逆变器运行过程中监测运行状况，在非正常工作条件下可触发内部继电器从而保护逆变器内部元器件免受损坏。并网逆变器功能逆变器不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能（并网系统用）、自动电压调整功能（并网系统用）、直流检测功能（并网系统用）、直流接地检测功能（并网系统用）。这里简单介绍自动运行和停机功能及最大功率跟踪控制功能。1、自动运行和停机功能早晨日出后，太阳辐射强度逐渐增强，太阳电池的输出也随之增大，当达到逆变器工作所需的输出功率后，逆变器即自动开始运行。进入运行后，逆变器便时时刻刻监视太阳电池组件的输出，只要太阳电池组件的输出功率大于逆变器工作所需的输出功率，逆变器就持续运行；直到日落停机，即使阴雨天逆变器也能运行。当太阳电池组件输出变小，逆变器输出接近0时，逆变器便形成待机状态。并网逆变器2、最大功率跟踪控制功能太阳电池组件的输出是随太阳辐射强度和太阳电池组件自身温度（芯片温度）而变化的。另外由于太阳电池组件具有电压随电流增大而下降的特性，因此存在能获取最大功率的最佳工作点。太阳辐射强度是变化着的，显然最佳工作点也是在变化的。相对于这些变化，始终让太阳电池组件的工作点处于最大功率点，系统始终从太阳电池组件获取最大功率输出，这种控制就是最大功率跟踪控制。太阳能发电系统用的逆变器的最大特点就是包括了最大功率点跟踪（MPPT）这一功能。并网逆变器3、防孤岛效应功能“孤岛”是指公共电网停止供电后，由于分布式发电的存在(与电网相连并输送电能)，使电网停电区的部分线路仍维持带电状态，形成自给电力供应的孤岛。在孤岛状态下电力公司失去对线路电压、频率的控制，会带来一系列的安全隐患及事故纠纷，危害人身安全，造成设备损害。因而，电力公司要求并网的分布式发电系统需要反孤岛检测技术及时检测出孤岛并将分布式发电装置与公共电网断离。并网逆变器4、低电压穿越功能低电压穿越，指在逆变器并网点电压跌落的时候，逆变器能够保持低电压穿越并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。并网逆变器5、其他保护功能逆变器保护功能：a、过载保护；b、短路保护；c、接反保护；d、欠压保护；e、过压保护；f、过热保护；。电力变压器变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。电力变压器谢谢！