太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能及原理介紹
一、特點:
太陽能發(fā)電是利用電池組件將太陽能直接轉變?yōu)殡娔艿难b置。太陽能電池組件(Solar cells)是利用半導體材料的電子學特性實現P-V轉換的固體裝置,在廣大的無電力網地區(qū),該裝置可以方便地實現為用戶照明及生活供電,一些發(fā)達國家還可與區(qū)域電網并網實現互補。而國內主要研究生產適用于無電地區(qū)家庭照明用的小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)的組成:
電源系統(tǒng):太陽能電池組件和蓄電池。
控制保護系統(tǒng):控制器和逆變器。
系統(tǒng)終端(負載):用戶的用電設備。
三、太陽能發(fā)電原理:
太陽能電源系統(tǒng)
太陽能電池與蓄電池組成系統(tǒng)的電源單元,因此蓄電池性能直接影響著系統(tǒng)工作特性。
1) 電池單元:由于技術和材料原因,單一電池的發(fā)電量是十分有限的,實用中的太陽能電池是單一電池經串、并聯(lián)組成的電池系統(tǒng),稱為電池組件(陣列)。單一電池是一只硅晶體二極管,根據半導體材料的電子學特性,當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質半導體材料構成的P-N結上時,在一定的條件下,太陽能輻射被半導體材料吸收,在導帶和價帶中產生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結勢壘區(qū)存在著較強的內建靜電場,因而能在光照下形成電流密度J,短路電流Isc,開路電壓Uoc。 若在內建電場的兩側面引出電極并接上負載,理論上講由P-N結、連接電路和負載形成的回路,于是就有“光生電流”流過,太陽能電池組件就實現了對負載的功率P輸出。
(2) 電能儲存單元:太陽能電池產生的直流電先進入蓄電池儲存,蓄電池的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。蓄電池技術是十分成熟的,但其容量要受到末端需電量,日照時間(發(fā)電時間)的影響。因此蓄電池瓦時容量和安時容量由預定的連續(xù)無日照時間決定。
控制器
控制器的主要功能是使太陽能發(fā)電系統(tǒng)始終處于發(fā)電的最大功率點附近,以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調制技術即PWM控制方式,使整個系統(tǒng)始終運行于最大功率點Pm附近區(qū)域。放電控制主要是指當電池缺電、系統(tǒng)故障,如電池開路或接反時切斷開關。目前日立公司研制出了既能跟蹤調控點Pm,又能跟蹤太陽移動參數的“向日葵”式控制器,將固定電池組件的效率提高了50%左右。
DC-AC逆變器
逆變器按激勵方式,可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。通過全橋電路,一般采用SPWM處理器經過調制、濾波、升壓等,得到與照明負載頻率f,額定電壓UN等匹配的正弦交流電供系統(tǒng)終端用戶使用。
太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率
在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中,系統(tǒng)的總效率ηese由電池組件的PV轉換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。但相對于太陽能電池技術來講,要比控制器、逆變器及照明負載等其它單元的技術及生產水平要成熟得多,而且目前系統(tǒng)的轉換率只有17%左右。因此提高電池組件的轉換率,降低單位功率造價是太陽能發(fā)電產業(yè)化的重點和難點。太陽能電池問世以來,晶體硅作為主角材料保持著統(tǒng)治地位。目前對硅電池轉換率的研究,主要圍繞著加大吸能面,如雙面電池,減小反射;運用吸雜技術減小半導體材料的復合;電池超薄型化;改進理論,建立新模型;聚光電池等。
評論