光伏發(fā)電技術(shù)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目： 離網(wǎng)型戶外獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　2013年4月1日</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文首先對太陽能發(fā)電的優(yōu)勢、國內(nèi)外太陽能利用

2、現(xiàn)狀、光伏發(fā)電的工作原理及運行方式做出了簡介，得出了本課題研究的目的與任務(wù)，光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，配合上蓄電池組、控制器、逆變器等部分就形成了光伏發(fā)電裝置。本文首先介紹了太陽能光伏電源系統(tǒng)的原理及其組成，進(jìn)一步了解了光生伏打效應(yīng)原理及其模塊組成，后進(jìn)一步研究各功能模塊的工作原理及其在系統(tǒng)中的作用，

3、然后再根據(jù)理論研究成果，用硬件和軟件相結(jié)合的方法設(shè)計出太陽能光伏電源系統(tǒng)，以及研究光伏系統(tǒng)的影響因素。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光生伏特效應(yīng);太陽能電池組件;蓄電池組;充放電控制器;逆變器</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>

4、<b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　1.1 太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀以及優(yōu)勢和前景2</p><p>　　1.2 太陽能光伏發(fā)電優(yōu)缺點與應(yīng)用3</p><p>　　1.3 太陽能光伏發(fā)電工作原理4</p><p>　　第二章 太陽能光伏電池組件5</p><p>

5、;　　2.1 太陽能電池組件的基本要求與生產(chǎn)流程5</p><p>　　2.2 太陽電池組裝工藝簡介與組件的性能參數(shù)6</p><p>　　第三章 戶外小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器與逆變器8</p><p>　　3.1 光伏控制器的工作原理以及主要技術(shù)參數(shù)8</p><p>　　3.2 光伏逆變器的電路構(gòu)成與工作原理9<

6、/p><p>　　第四章 光伏太陽能蓄電池組10</p><p>　　4.1 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)10</p><p>　　4.2 鉛酸蓄電池的工作原理10</p><p>　　第五章 戶外光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計、維護(hù)與故障排除11</p><p>　　5.1 獨立光伏小系統(tǒng)構(gòu)成與方陣組合的設(shè)計11<

7、/p><p>　　5.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)運行維護(hù)與故障排除12</p><p>　　參考文獻(xiàn)著錄要求15</p><p><b>　　致 謝16</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　人類社會進(jìn)入21世紀(jì)正面臨著化石燃料短缺和生態(tài)環(huán)境污

8、染的嚴(yán)重局面。廉價的石油時代已經(jīng)結(jié)束，大力發(fā)展可再生能源，走可持續(xù)發(fā)展的道路，已逐漸成為人們的共識。太陽能光伏發(fā)電具有獨特的優(yōu)點，近年來正在飛速發(fā)展。太陽能電池的產(chǎn)量年增長率在40%以上，已成為發(fā)展最迅速的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，其應(yīng)用規(guī)模和領(lǐng)域也大，從原來只在偏遠(yuǎn)無電地區(qū)和特殊用電場合使用，發(fā)展到城市并網(wǎng)系統(tǒng)和大型光伏電站。盡管目前太陽能光伏發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中所占比例還微不足道。但是隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，其份額將會逐步增加，可以預(yù)期，到

9、 21 世紀(jì)末。太陽能發(fā)電將成為世界能源供應(yīng)的主體，一個光輝的太陽能時代將到來。我國的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展極不平衡，2007 年太陽能電池的產(chǎn)量已經(jīng)超過日本和歐洲而居世界第一。然而光伏應(yīng)用市場的發(fā)展卻非常緩慢，光伏累計安裝量大約只占世界的 1%，應(yīng)用技術(shù)水平與國外相比還有相當(dāng)大的差距。光伏產(chǎn)品與一般機(jī)電產(chǎn)品不同，必須很據(jù)負(fù)載的要求和當(dāng)?shù)氐臍庀?、地理條件來決定系統(tǒng)的配置，由于目前光伏發(fā)電成本較高，所以應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以達(dá)到可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)合

10、，最大限度的發(fā)揮光伏電源的作用。為了提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率，獲取更多的</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀以及優(yōu)勢和前景 </p><p>　　1.1.1 太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀 </p><p>　　能源是人類社會存在與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前世界能源結(jié)

11、構(gòu)是以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主體的結(jié)構(gòu)。而化石能源是不可再生的資源， 大量消耗終將枯竭，并且在生產(chǎn)和消費的過程中有大量污染物排放，破壞生態(tài)與環(huán)境。 為保證人類穩(wěn)定、持久的能源供應(yīng)，必須優(yōu)化現(xiàn)存的以資源有限、不可再生的化石能源為主體的能源結(jié)構(gòu)，建立資源無限、可以再生、多樣化的新能源結(jié)構(gòu)，走經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展之路。為保護(hù)人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境，必須采取措施減少化石能源的耗用，大力開發(fā)利用清潔、干凈的新能源和可再生能源，走與生態(tài)環(huán)

12、境和諧的綠色能源之路?？稍偕茉?，包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、水能、地?zé)崮?、海洋能，是廣泛存在、用之不竭、可以自由索取、最終可依賴的初級能源。直至近二三百年化石能源得以大規(guī)模開發(fā)使用之前，它一直是人類賴以生存與發(fā)展的能源來源。當(dāng)前，化石能源與核裂變能 已成為最主要的商品能源，可再生能源中只有水能在商品能源中占有明顯的份額。自20世紀(jì)70年代開始，人們認(rèn)識到根據(jù)當(dāng)今 化石能源的開發(fā)使用力度，它將在幾十至一百多年間衰竭，對于人類未來能源可持

13、續(xù)供應(yīng)來說，我們又將重新進(jìn)入可再生能源為主的新時期。與化石能源相比</p><p>　　1.1.2 太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)勢</p><p>　　與常規(guī)發(fā)電技術(shù)相比，光伏發(fā)電沒有中間轉(zhuǎn)換過程，發(fā)電形式極為簡潔，發(fā)電過程不消耗資源，不排放溫室氣體、廢氣和廢水，環(huán)境友好；沒有機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，不存在機(jī)械磨損，無噪聲，發(fā)電不用冷卻水；發(fā)電設(shè)備既能在無水的荒漠地帶安裝，也可安裝在城市的屋頂和墻面，不單獨

14、占地，模塊化結(jié)構(gòu)，規(guī)模大小隨意，運行維護(hù)和管理簡單，可實現(xiàn)無人值守，維護(hù)成本極低。特別是太陽能取之不盡，用之不竭，光伏電池制造所需的硅資源在地殼中的含量高達(dá)26%，沒有資源短缺和耗盡問題。光伏發(fā)電是最具發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)，也是太陽能利用的重要形式。</p><p>　　1.1.3 光伏發(fā)電的發(fā)展前景</p><p>　　化石能源儲量的有限性是發(fā)展可再生能源的主要因素之一。根據(jù)世界能源權(quán)威

15、機(jī)構(gòu)的分析，按照目前已經(jīng)探明的化石能源儲量以及開采速度來計算，全球石油剩余可采年限僅有41 年，其年占世界能源總消耗量的40.5%，國內(nèi)剩余可開采年限為15 年；天然氣剩余可采年限61.9 年，其年占世界能源總消耗量的24.1%，國內(nèi)剩余可開采年限30 年；煤炭剩余可采年限230 年，其年占世界能源總消耗量的25.2%，國內(nèi)剩余可開采年限81 年；鈾剩余可采年限71 年，其年占世界能源總消耗量的7.6%，國內(nèi)剩余可開采年限為50 年。&

16、lt;/p><p>　　表1-1 世界常規(guī)能源儲備狀況</p><p>　　近年來，全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，以年均30%以上的速度快速增長，到2009年年底，全球光伏發(fā)電容量已超過2000萬千瓦。進(jìn)入2010年，根據(jù)Solarbuzz最新年度光伏市場報告，2010年全球光伏市場安裝量達(dá)到18.2GW，相較于去年增幅139%。到2011年底全球光伏安裝量將累計達(dá)到58GW。光伏發(fā)電的競爭力不斷提高

17、，已成為全球最受重視的新能源發(fā)電技術(shù)?！　≡诋?dāng)今油、碳等能源短缺的現(xiàn)狀下，各國都加緊了發(fā)展光伏的步伐。美國提出“太陽能先導(dǎo)計劃”意在降低太陽能光伏發(fā)電的成本，使其2015年達(dá)到商業(yè)化競爭的水平；日本也提出了在2020年達(dá)到28GW的光伏發(fā)電總量；歐洲光伏協(xié)會提出了“setfor2020 ”規(guī)劃，規(guī)劃在2020年讓光伏發(fā)電做到商業(yè)化競爭。在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，各國政府對光伏發(fā)電的認(rèn)可度逐漸提高?！　?jù)預(yù)測，太陽能光伏發(fā)電在21世紀(jì)

18、會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的</p><p>　　1.2 太陽能光伏發(fā)電優(yōu)缺點與應(yīng)用</p><p>　　1.2.1 光伏發(fā)電的優(yōu)缺點</p><p>

19、　　優(yōu)點:(1)普遍性：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運輸。(2)無害性：開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染 越來越嚴(yán)重的今天，這一點是極其寶貴的。(3)巨大性：每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸煤，其總量屬 現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。(4)長久性：根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而 地球的壽

20、命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。 缺點:(1)分散性：到達(dá)地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是 能流密度 很低。 (2)不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽輻照度 既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。(3)效率低和成本高：目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。

21、但有的太陽能利用裝置，因為效率偏低，成本較高，總的來說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后相當(dāng)一段時期內(nèi)，太陽能利用的進(jìn) </p><p>　　1.2.2 光伏發(fā)電的應(yīng)用</p><p>　　太陽能電池及光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、國防及人民生活的方方面面。太陽能光伏發(fā)電的具體應(yīng)用主要有以下幾個方面。</p><p><b>　　通

22、信領(lǐng)域的應(yīng)用。</b></p><p>　　公路、鐵路、航運等交通領(lǐng)域的應(yīng)用。</p><p>　　石油、海洋、氣象領(lǐng)域的應(yīng)用。</p><p>　　農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)的應(yīng)用。</p><p>　　太陽能光伏照明發(fā)電方面的應(yīng)用。</p><p>　　大型光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。</p><p&g

23、t;<b>　　其他領(lǐng)域的應(yīng)用。</b></p><p>　　1.3 太陽能光伏發(fā)電工作原理</p><p>　　1.3.1 太陽能光伏發(fā)電的工作原理</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng),將太陽光輻射 能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。太陽能電池發(fā)電的原理簡單來說是光生 伏打效應(yīng)。當(dāng)太陽光（或其他光）

24、照射到太陽能電池上時，電池吸收光能，產(chǎn)生 光生電子－空穴對。在電池內(nèi)建電場作用下，光生電子和空穴被分離，電池兩端 出現(xiàn)異號電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓” ，這就是“光生伏打效應(yīng)” 。若在內(nèi)建 電場的兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，則負(fù)載就有“光生電流”流出，從而獲得功率輸出。這樣，光能就直接變成了可以付諸實用的電能。 太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換成電能的工作原理概括為如下3 個主要過程： ①太陽能電池吸收一定數(shù)量的光子后，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子－空穴對，兩者

25、的電性相反，電子帶負(fù)電，空穴帶正電；②電性相反的光生載流子被半導(dǎo)體 p-n 結(jié)所產(chǎn)生的靜電場分離開；③光生載流子電子和空穴分別被太陽能電池的正、負(fù)極所收集，并在外電路中產(chǎn)生電流，從而獲得電能。</p><p>　　第二章 太陽能光伏電池組件</p><p>　　2.1 太陽能電池組件的基本要求與生產(chǎn)流程</p><p>　　2.1.1 太陽能電池組件基本要求&

26、lt;/p><p>　　能夠提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度；</p><p>　　具有良好的密封性；　</p><p>　　具有良好的電絕緣性能； 　　</p><p>　　抗紫外線能力強(qiáng)； 　　</p><p>　　工作電壓和輸出功率按不同的要求設(shè)計；</p><p><b>　　工作壽命長；　&l

27、t;/b></p><p>　　在滿足前述條件下，封裝成本盡可能低。</p><p>　　2.1.2 電池組件的生產(chǎn)流程</p><p>　　晶體硅太陽能電池的制造工藝流程如圖2-1。提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和降低成本是太陽能電池技術(shù)發(fā)展的主流。</p><p>　　具體的制造工藝技術(shù)說明如下：</p><p>

28、;　?。?）切片：采用多線切割，將硅棒切割成正方形的硅片。</p><p>　　（2）清洗：用常規(guī)的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或堿）溶液將硅片表面切割損傷層除去30－50um。</p><p>　　（3）制備絨面：用堿溶液對硅片進(jìn)行各向異性腐蝕在硅片表面制備絨面。</p><p>　?。?）磷擴(kuò)散：采用涂布源（或液態(tài)源，或固態(tài)氮化磷片狀源）進(jìn)行擴(kuò)散, 制成PN＋結(jié)

29、，結(jié)深一般為0.3－0.5um。</p><p>　?。?）周邊刻蝕：擴(kuò)散時在硅片周邊表面形成的擴(kuò)散層，會使電池上下電極短路，用掩蔽濕法腐蝕或等離子干法腐蝕去除周邊擴(kuò)散層。</p><p>　?。?）去除背面PN＋結(jié)。常用濕法腐蝕或磨片法除去背面PN＋結(jié)。</p><p>　?。?）制作上下電極：用真空蒸鍍、化學(xué)鍍鎳或鋁漿印刷燒結(jié)等工藝。先制作下電極，然后制作上電極

30、。鋁漿印刷是大量采用的工藝方法。</p><p>　?。?）制作減反射膜：為了減少入反射損失，要在硅片表面上覆蓋一層減反射膜。制作減反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3 ，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工藝方法可用真空鍍膜法、離子鍍膜法，濺射法、印刷法、PECVD法或噴涂法等。</p><p>　　（9）燒結(jié)：將電池芯片燒結(jié)于鎳或銅的底板上。</p&g

31、t;<p>　　(10) 測試分檔：按規(guī)定參數(shù)規(guī)范，測試分類。</p><p>　　2.2 太陽電池組裝工藝簡介與組件的性能參數(shù)</p><p>　　2.2.1 太陽電池組裝工藝</p><p>　　組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產(chǎn)不出好的電池組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而

32、且還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得可客戶滿意的關(guān)鍵，所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。 </p><p>　　組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產(chǎn)不出好的電池組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得可客戶滿意的關(guān)鍵，所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。在這里只簡單的介紹一下工藝的作用，給大家一

33、個感性的認(rèn)識. </p><p>　　電池測試：由于電池片制作條件的隨機(jī)性，生產(chǎn)出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進(jìn)行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進(jìn)行分類。以提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的電池組件。</p><p>　　正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負(fù)極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們

34、使用的焊接機(jī)可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用紅外線的熱效應(yīng)）。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連。 </p><p>　　背面串接：背面焊接是將36片電池串接在一起形成一個組件串，我們目前采用的工藝是手動的，電池的定位主要靠一個膜具板，上面有36個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應(yīng)，槽的位置已經(jīng)設(shè)計好，不同規(guī)格的組件使用不

35、同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負(fù)極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將36片串接在一起并在組件串的正負(fù)極焊接出引線。 </p><p>　　層壓敷設(shè)：背面串接好且經(jīng)過檢驗合格后，將組件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設(shè)好，準(zhǔn)備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和EVA的粘接強(qiáng)度。敷設(shè)時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調(diào)整好電

36、池間的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。（敷設(shè)層次：由下向上：鋼化玻璃、EVA、電池片、EVA、玻璃纖維、背板）。 </p><p>　　組件層壓：將敷設(shè)好的電池放入層壓機(jī)內(nèi)，通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，層壓溫度層壓時間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。我們使用快速固化EVA時，層壓循環(huán)時間約為25分鐘。固化溫度為150℃。(電池板原料：

37、玻璃，EVA，電池片、鋁合金殼、包錫銅片、不銹鋼支架、蓄電池等) 如圖2-2　 </p><p>　　修邊：層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除。 </p><p>　　裝框：類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強(qiáng)度，進(jìn)一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。 </p>

38、<p>　　焊接接線盒：在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。 </p><p>　　高壓測試：高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓，測試組件的耐壓性和絕緣強(qiáng)度，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。 </p><p>　　組件測試：測試的目的是對電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，測試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級。目前主要就是模擬太陽光

39、的測試Standard test condition（STC）,一般一塊電池板所需的測試時間在7-8秒左右。</p><p>　　2.2.2 太陽能電池組件的性能參數(shù)</p><p>　　與硅太陽能電池的主要性能參數(shù)類似，太陽能電池組件的性能參數(shù)也主要有：短路電流、開路電壓、峰值電流、峰值電壓、峰值功率、填充因子和轉(zhuǎn)換效率等。這些性能參數(shù)的概念與硅太陽能電池的主要性能參數(shù)相同，只是在具體

40、的數(shù)值上有所區(qū)別。 ①短路電流(isc)：當(dāng)將太陽能電池組件的正負(fù)極短路，使u=0時，此時的電流就是電池組件的短路電流，短路電流的單位是a，短路電流隨著光強(qiáng)的變化而變化。 ②開路電壓(uoc)：當(dāng)太陽能電池組件的正負(fù)極不接負(fù)載時，組件正負(fù)極間的電壓就是開路電壓，開路電壓的單位是v。太陽能電池組件的開路電壓隨電池片串聯(lián)數(shù)量的增減而變化，36片電池片串聯(lián)的組件開路電壓為21v左右。 ③峰值電流(im)：峰值電流也叫最

41、大工作電流或最佳工作電流。峰值電流是指太陽能電池組件輸出最大功率時的工作電流，峰值電流的單位是a。 ④峰值電壓(um)：峰值電壓也叫最大工作電壓或最佳工作電壓。峰值電壓是指太陽能電池片輸出最大功率時的工作電壓，峰值電壓的單位是v。組件的峰值電壓隨電池片串聯(lián)數(shù)量的增減而變化，36片電池片串聯(lián)的組件峰值電壓為17～17.5v。 ⑤峰值功率(pm</p><p>　　第三章 戶外小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制

42、器與逆變器</p><p>　　控制器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，也是平衡系統(tǒng)的主要組成部分。在小型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，控制器主要用來保護(hù)蓄電池。</p><p>　　光伏控制器應(yīng)具有以下功能：1，防止蓄電池過充電和過放電，延長蓄電池壽命：2，防止太陽能電池板或電池方陣，蓄電池極性接反；3，防止負(fù)載，控制器，逆變器和其他設(shè)備內(nèi)部短路；4，顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)，包括：蓄電池電壓

43、，負(fù)載狀態(tài)，電池方陣工作狀態(tài)，輔助電源狀態(tài)，故障報警等。</p><p>　　3.1 光伏控制器的工作原理以及主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.1.1 控制器的工作原理</p><p>　　控制器的控制電路根據(jù)光伏系統(tǒng)的不同其復(fù)雜程度有所差異，但其基本原理是一樣的。如圖3-1-1所示的是最基本的光伏控制電路的工作原理框圖。該電路由太陽能電池組件、控制器、蓄電

44、池和負(fù)載組成。開關(guān)1和開關(guān)2分別為充電控制開關(guān)和放電控制開關(guān)。開關(guān)1閉合時由太陽能電池組件通過控制器給蓄電池充電，當(dāng)蓄電池出現(xiàn)過沖時，開關(guān)1能及時切斷充電回路，使光伏組件停止向4蓄電池充電，開關(guān)1還能按預(yù)先設(shè)定的保護(hù)模式自動恢復(fù)對蓄電池的充電。當(dāng)開關(guān)2閉合時，有蓄電池給負(fù)載充電，當(dāng)蓄電池出現(xiàn)過放電時，開關(guān)2能及時切斷放電回路，蓄電池停止向負(fù)載在供電，當(dāng)蓄電池再次充電并達(dá)到預(yù)先設(shè)定的恢復(fù)充電點時，開關(guān)2又能自動恢復(fù)供電，開關(guān)1和開關(guān)2可以

45、由各種開關(guān)元件構(gòu)成，如各種晶體管、可控硅、固態(tài)繼電器、功率開關(guān)器件等電子式開關(guān)和普通繼電器等機(jī)械式開關(guān)。如圖3-1所示</p><p>　　3.1.2 控制器的基本技術(shù)參數(shù)</p><p>　　(1)太陽電池輸入路數(shù)：1――12路</p><p>　　(2)最大充電電流：</p><p>　　(3)最大放電電流：</p>&l

46、t;p>　　(4)控制器最大自身耗電不得超過其額定充電電流的1%</p><p>　　(5)通過控制器的電壓降不得超過系統(tǒng)額定電壓的5%</p><p>　　(6)輸入輸出開關(guān)器件：繼電器或MOSFET模塊</p><p>　　(7)箱體結(jié)構(gòu)：臺式、壁掛式、柜式</p><p>　　(8)工作溫度范圍：－15(C — ＋55 ℃<

47、/p><p>　　(9)環(huán)境濕度：90％</p><p>　　3.2 光伏逆變器的電路構(gòu)成與工作原理</p><p>　　3.2.1 逆變器的電路構(gòu)成</p><p>　　逆變器的基本電路構(gòu)成由輸入電路、輸出電路、主逆變開關(guān)電路、控制電路、輔助電路和保護(hù)電路等構(gòu)成如圖：</p><p>　　3.2.2 逆變器的工作原

48、理</p><p>　　逆變器的工作原理是通過功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的開通和關(guān)斷作用，把直流電能變換成交流電能。逆變器都具有開關(guān)特性的半導(dǎo)體功率器件，由控制電路周期性地對功率器件發(fā)出開關(guān)脈沖控制信號，控制各個功率器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，再經(jīng)過變壓器耦合升壓或降壓后，整形濾波輸出符合要求的交流電。 </p><p>　　3.2.3 光伏逆變器主要參數(shù)</p><p>

49、;<b>　　額定輸出電壓；</b></p><p>　　逆變器應(yīng)具有足夠的額定輸出容量和過載能力；</p><p>　　輸出電壓的波形失真度；</p><p><b>　　額定輸出頻率；</b></p><p><b>　　負(fù)載功率因數(shù)；</b></p><

50、;p>　　額定輸出電流（或額定輸出容量）；</p><p><b>　　保護(hù)功能。</b></p><p>　?、?過電壓保護(hù)：對于沒有電壓穩(wěn)定措施的逆變器，應(yīng)有輸出過電壓的防護(hù)措施，以使負(fù)載免受輸出過電壓的損害。</p><p>　　② 過電流保護(hù)：逆變器的過電流保護(hù)，應(yīng)能保證在負(fù)載發(fā)生短路或電流超過允許值時及時動作，使其免受浪涌電流的

51、損傷。</p><p>　　第四章 光伏太陽能蓄電池組</p><p>　　蓄電池組是光伏電站的貯能裝置，由它將太陽能電池方陣從太陽輻射能轉(zhuǎn)換來的直流電轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來，以供應(yīng)用。</p><p>　　4.1 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)</p><p>　　鉛酸蓄電池主要由正極板組、負(fù)極板組、隔板、容器、電解液及附件等部分組成。極板組是由單片極

52、板組合而成，單片極板又由基極(又叫極柵)和活性物質(zhì)構(gòu)成。鉛酸蓄電池的正負(fù)極板常用鉛銻合金制成，正極的活性物是二氧化鉛，負(fù)極的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛。</p><p>　　極板按其構(gòu)造和活性物質(zhì)形成方法分為涂膏式和化成式。涂膏式極板在同容量時比化成式極板體積小、重量輕、制造簡便、價格低廉，因而使用普遍;缺點是在充放電時活性物質(zhì)容易脫落，因而壽命較短。化成式極板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)堅實，在放電過程中活性物質(zhì)脫落較少，因此壽命長

53、；缺點是笨重，制造時間長，成本高。隔板位于兩極板之間，防止正負(fù)極板接觸而造成短路。材料有木質(zhì)、塑料、硬橡膠、玻璃絲等，現(xiàn)大多采用微孔聚氯乙烯塑料。</p><p>　　電解液是用蒸餾水稀釋純濃硫酸而成。其比重視電池的使用方式和極板種類而定，一般在1.200－1.300(25℃)之間(充電后)。</p><p>　　容器通常為玻璃容器、襯鉛木槽、硬橡膠槽或塑料槽等。</p>&

54、lt;p>　　4.2 鉛酸蓄電池的工作原理</p><p>　　蓄電池是通過充電將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來，使用時再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能釋放出來的化學(xué)電源裝置。它是用兩個分離的電極浸在電解質(zhì)中而成。由還原物質(zhì)構(gòu)成的電極為負(fù)極。由氧化態(tài)物質(zhì)構(gòu)成的電極為正極。當(dāng)外電路接近兩極時，氧化還原反應(yīng)就在電極上進(jìn)行，電極上的活性物質(zhì)就分別被氧化還原了，從而釋放出電能，這一過程稱為放電過程。放電之后，若有反方向電流流入電池

55、時，就可以使兩極活性物質(zhì)回復(fù)到原來的化學(xué)狀態(tài)。這種可重復(fù)使用的電池，稱為二次電池或蓄電池。如果電池反應(yīng)的可逆變性差，那么放電之后就不能再用充電方法使其恢復(fù)初始狀態(tài)，這種電池稱為原電池。</p><p>　　電池中的電解質(zhì)，通常是電離度大的物質(zhì)，一般是酸和堿的水溶液，但也有用氨鹽、熔融鹽或離子導(dǎo)電性好的固體物質(zhì)作為有效的電池電解液的。以酸性溶液(常用硫酸溶液)作為電解質(zhì)的蓄電池，稱為酸性蓄電池。鉛酸蓄電池視使用場地

56、，又可分為固定式和移動式兩大類。鉛酸蓄電池單體的標(biāo)稱電壓為2V。實際上，電池的端電壓隨充電和放電的過程而變化。</p><p>　　鉛酸蓄電池在充電終止后，端電壓很快下降至2.3伏左右。放電終止電壓為1.7－1.8伏。若再繼續(xù)放電，電壓急劇下降,將影響電池的壽命。鉛酸蓄電池的使用溫度范圍為＋40℃―－40℃。鉛酸蓄電池的安時效率為85%－90%，瓦時效率為70%，它們隨放電率和溫度而改變。</p>

57、<p>　　凡需要較大功率并有充電設(shè)備可以使電池長期循環(huán)使用的地方，均可采用蓄電池。鉛酸蓄電池價格較廉,原材料易得,但維護(hù)手續(xù)多，而且能量低。堿性蓄電池,維護(hù)容易，壽命較長,結(jié)構(gòu)堅固，不易損壞，但價格昂貴，制造工藝復(fù)雜。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，目前光伏電站應(yīng)以主要采用鉛酸蓄電池作為貯能裝置為宜。</p><p>　　第五章 戶外光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計、維護(hù)與故障排除</p><p&g

58、t;　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計分兩部分，一是光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計，主要是對太陽能電池組件和蓄電池的容量進(jìn)行設(shè)計與計算，目地就是要計算出系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠滿足用電要求并可靠工作所需要的太陽能電池組件和蓄電池的數(shù)量：二是光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)配置與設(shè)計，主要是對系統(tǒng)中電力電子設(shè)備、部件的選型配置及附屬設(shè)施的設(shè)計與計算，目地是根據(jù)實際情況選擇配置合適的設(shè)備、設(shè)施和材料等，與前期的容量設(shè)計相匹配。</p><p>　　5.

59、1 獨立光伏小系統(tǒng)構(gòu)成與方陣組合的設(shè)計</p><p>　　5.1.1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的的構(gòu)成</p><p>　　太陽能電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)稱為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其主要結(jié)構(gòu)由太陽能電池組件、蓄電池、光伏控制器、逆變器以及一些測試、監(jiān)控、防護(hù)等附屬設(shè)施構(gòu)成。如圖5-1所示</p><p>　　5.1.2 系統(tǒng)的設(shè)計原則；</p>

60、;<p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計要本著合理性、實用性、高可靠性和高性價比的原則。做到既能保證光伏系統(tǒng)的長期可靠運行，充分滿足負(fù)載用電需要，同時又能使系統(tǒng)的配置最合理、最經(jīng)濟(jì)，特別是確定使用最少太陽能電池組件功率和蓄電池容量。協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)工作的最大可靠性和系統(tǒng)成本之間的關(guān)系，在滿足需要保證質(zhì)量的前提下節(jié)省投資，達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　5.1.3 設(shè)計步驟和內(nèi)容</p>

61、<p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計步驟和內(nèi)容：</p><p>　　用電量需求的分析和計算；</p><p>　　確定光伏發(fā)電的形式；</p><p><b>　　系統(tǒng)的容量設(shè)計；</b></p><p>　　太陽能電池組件功率和方陣構(gòu)成的設(shè)計與計算；</p><p>　　蓄電池組的容量與

62、組合的設(shè)計與計算；</p><p>　　當(dāng)?shù)靥柲苜Y源和氣象地理條件數(shù)據(jù)的收集、計算等；</p><p><b>　　系統(tǒng)配置與設(shè)計；</b></p><p>　　控制器的選型與配置；</p><p>　　交流逆變器的選型與配置；</p><p>　　交流配電系統(tǒng)的設(shè)計。</p>&

63、lt;p>　　5.1.4 太陽能電池組件的設(shè)計方法</p><p>　　太陽能電池組件的設(shè)計就是滿足負(fù)載年平均每日用電量需求，所以設(shè)計和計算太陽能電池組件大小的基本方法就是用負(fù)載平均每天所需的用電量為基本數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　基本方法：</b></p><p>　　電池組件的并聯(lián)數(shù)=負(fù)載日平均用電量（AH）／組件日平均發(fā)電

64、量（AH）</p><p>　　電池組件的串聯(lián)數(shù)=系統(tǒng)工作電壓（V）×系數(shù)1.43／組件峰值工作電壓（V）</p><p>　　有了電池組件的串并聯(lián)就可以計算出電池組件或方陣的總功率：</p><p><b>　　計算公式：</b></p><p>　　電池組件總功率=組件串聯(lián)數(shù)＊組件的并聯(lián)數(shù)＊選定組件的峰值輸

65、出功率</p><p>　　5.1.5 蓄電池組的設(shè)計方法</p><p>　　蓄電池的任務(wù)是在太陽能輻射量不足時，保證系統(tǒng)負(fù)載的正常用電。要能在幾天內(nèi)保證系統(tǒng)的正常工作，就需要在設(shè)計時引入了氣象條件參數(shù)；連續(xù)陰雨天。</p><p><b>　　基本計算方法：</b></p><p>　　蓄電池容量=負(fù)載日平均用電量

66、（AH）×連續(xù)陰雨天數(shù)／最大放電深度</p><p>　　當(dāng)確定了所需要的蓄電池容量后，就要進(jìn)行蓄電池組的串并聯(lián)設(shè)計。</p><p>　　蓄電池串聯(lián)數(shù)=系統(tǒng)工作電壓／蓄電池標(biāo)稱電壓</p><p>　　蓄電池串并聯(lián)數(shù)=蓄電池總?cè)萘浚铍姵貥?biāo)稱容量</p><p>　　蓄電池總塊數(shù)=蓄電池串聯(lián)數(shù)*蓄電池串并聯(lián)數(shù)</p>

67、<p>　　5.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)運行維護(hù)與故障排除</p><p>　　5.2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)運行維護(hù)</p><p>　　1、檢查、了解運行記錄，分析太陽能光伏系統(tǒng)的運行情況，對于光伏系統(tǒng)的運行狀態(tài)做出判斷，如發(fā)現(xiàn)問題，立即進(jìn)行專業(yè)的維護(hù)和指導(dǎo)。</p><p>　　2、太陽能光伏設(shè)備外觀檢查和內(nèi)部的檢查，主要涉及活動和連接部分導(dǎo)線，特別是大電流

68、密度的導(dǎo)線、功率器件、容易銹蝕的地方等。</p><p>　　3、對于逆變器應(yīng)定期清潔冷卻風(fēng)扇并檢查是否正常，定期清除機(jī)內(nèi)的灰塵，檢查各端子螺絲是否堅固，檢查有無過熱后留下的痕跡及損壞的器件，檢查電線是否老化。</p><p>　　4、定期檢查和保持蓄電池電解液相對密度，及時更換損壞的蓄電池。</p><p>　　5、有條件時可采用紅外探測的方法對太陽能光伏發(fā)電方陣

69、、線路和電器設(shè)備進(jìn)行檢查，找出異常發(fā)熱和故障點，并及時解決。</p><p>　　6、每年應(yīng)對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行一次系統(tǒng)絕緣電阻以及接地電阻的檢查測試，以及對逆變控制裝置進(jìn)行一次全項目的電能質(zhì)量和保護(hù)功能的檢查和試驗。</p><p>　　所有記錄特別是專業(yè)巡檢記錄應(yīng)存檔妥善保管。</p><p>　　總之，太陽能光伏系統(tǒng)的檢查、管理和維護(hù)是保證太陽能光伏系統(tǒng)正

70、常運行的關(guān)鍵，必須對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)認(rèn)真檢查，妥善管理、精心維護(hù)，規(guī)范操作，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，才能使得太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)處于長期穩(wěn)定的正常運行狀態(tài)。</p><p>　　5.2.2 故障排除</p><p>　　1、太陽能電池組件與方陣的常見故障：</p><p>　　太陽能電池組件的常見故障有：外電路斷路、內(nèi)部斷路、旁路二極管短路、旁路二極管反接、熱斑效應(yīng)、接

71、線盒脫落、導(dǎo)線老化、導(dǎo)線短路、EVA與玻璃分層進(jìn)水、電池玻璃破碎、電池片或電極發(fā)黃、太陽能電池被遮擋等。</p><p>　　2、蓄電池的常見故障及解決方法：</p><p>　　3、光伏控制器的常見故障有：因電壓過高造成損壞，蓄電池極性反接損壞，因雷擊造成損壞，功率開關(guān)晶體管器件損壞等。可根據(jù)具體情況維修更換控制器系統(tǒng)。</p><p>　　4、逆變器的常見故障有

72、：因運輸不當(dāng)造成損壞，因極性反接造成損壞，因內(nèi)部電源失效損壞等等?？筛鶕?jù)具體情況維修更換逆變器系統(tǒng)。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　本文通過對太陽能的發(fā)展歷程以及太陽能應(yīng)用，主要的是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理及應(yīng)用的研究，讓我更加深刻的認(rèn)識到發(fā)展利用可再生能源是當(dāng)今世界必須要走的能源之路。只有這樣才能最大限度的降低環(huán)境污染，從而保衛(wèi)我們生

73、存的地球。光是一種清潔、可再生能源，并且太陽能資源在我國廣泛分布。由于我國是一個能源消耗大國，并且人口分布極不合理，因此發(fā)展太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對于我國的可持續(xù)發(fā)展、保持能源供給的獨立性和安全性，以及分散人口地區(qū)居民用電具有重要意義。</p><p>　　同時，在研究這個論題時，也讓我更加深刻的理解事物的發(fā)展是存在兩面性的。在太陽能開發(fā)利用的同時，還存在許多的技術(shù)難關(guān)，還有環(huán)境是否也會遭到破壞！這些問題是每個人都要

74、想的。在此同時，也希望開發(fā)利用太陽能的技術(shù)越來越完善。</p><p>　　希望盡快的實現(xiàn)太陽能時代的目標(biāo)，那時邊遠(yuǎn)以及用電困難的地區(qū)都能用上太陽能發(fā)電供電，解決用電問題。實現(xiàn)“陽光工程”、“光伏屋頂工程”。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)著錄要求</b></p><p>　　[1] 郝晶卉 機(jī)電專業(yè)委員會全國職業(yè)培訓(xùn)教學(xué)工作指導(dǎo)委員會

75、電工與電子基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 2009年01月</p><p>　　[2] 袁運開 物理教學(xué) 中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會中國物理學(xué)會 1978-01-01年創(chuàng)刊</p><p>　　[3] 崔容強(qiáng)、趙春江、吳達(dá)成 并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)——太陽能實用技術(shù)叢書 化學(xué)工業(yè)出版社 2007-7第1版</p><p>　　[4] 黃漢云 太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用原理 化學(xué)工業(yè)出版社

76、2009年3月1日</p><p>　　[5] 尹建華,李志偉 半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ) 化學(xué)工業(yè)出版 2009-7</p><p>　　[6] 羅玉峰等著21世紀(jì)高校規(guī)劃教材（光伏專業(yè)） 太陽能光伏發(fā)電 技術(shù) 電力建設(shè)網(wǎng) 2009</p><p>　　[7] 羅玉峰 陳裕先 李 玲 太陽能光伏發(fā)電技術(shù) 江西高校出版社 2009</p><p>　　

77、[8] 李鐘實 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計施工與維護(hù) 人民郵電出版</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　歷時將近一個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師—**師，他對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外，在校圖書館查找

78、資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝！</p><p>　　感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。</p><p>　　感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多你問素材，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。</