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太阳能知识:光伏发电的原理、系统组成、分类和应用领域!

发布时间:15-01-07 16:49分类:技术文章 标签:太阳能
随着社会生产的日益发展,对能源的需求量不断增长,全球范围内的能源危机日益突出。传统的能源,尤其是煤炭、石油、天然气三大化石燃料更是有限,不合理地使用传统能源,不仅使能源在21世纪内濒临枯竭,产生能源危机,还会造成全球的环境问题。因此,新能源应用正成为全球的热点。太阳能作为一种清洁的可再生能源。太阳能开发利用的巨大潜力推动着太阳能光伏发电技术不断向前发展。太阳能光伏发电作为可再生能源利用的重要组成部分得到了众多*政府的大力扶持。20世纪70年代以来美国、德国、日本等国政府陆续出台相关政策加大太阳能光伏发电产业的发展力度使得光伏发电产业高速发展。根据欧盟联合研究中心的预测到2030年太阳能光伏发电在总电力供应中将达到10%以上,到2040年这一比例将达到20%以上,在不远的未来将成为能源供应的主体。
光伏发电系统原理
太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。太阳能电池发电的原理简单来说是光生伏打效应。当太阳光(或其他光)照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光生电子-空穴对。在电池内建电场作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这*是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载,则负载*有“光生电流”流出,从而获得功率输出。这样,太阳的光能*直接变成了可以付诸实用的电能。
太阳能电池将光能转换成电能的工作原理概括为如下3个主要过程:①太阳能电池吸收一定数量的光子后,半导体内产生电子-空穴对,称为“光生载流子”,两者的电性相反,电子带负电,空穴带正电;②电性相反的光生载流子被半导体PN结所产生的静电场分离开;③光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集,并在外电路中产生电流,从而获得电能。
太阳能光伏发电的运行方式
通过太阳能电池(又称光伏电池)将太阳辐射转换为电能的发电系统称为太阳能电池发电系统(又称太阳能光伏发电系统)。其发电系统可以分为:*立运行和并网运行两种方式。
–太阳能*立运行光伏系统
下图为一*立光伏发电系统的结构示意图。光伏发电系统由太阳能电池、阻塞二极管、调节控制器和蓄电池组成。
–太阳能电池方阵
太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件,其光电转换效率、各项参数指标的优劣直接代表了整个光伏发电系统的发电性能。电池板尺寸大小的选择服从太阳能光伏阵列造型由单体太阳能电池封装成满足一定电压和功率的小组合,根据需要可由小组合构成太阳能电池光伏发电系统方阵,太阳能电池方阵工作电压一般为负载工作电压的1.4倍。
–阻塞二极管
阻塞二极管的作用是避免太阳能方阵不发电或出现短路故障时蓄电池通过太阳能电池放电。它串联在太阳能电池方阵电路中起单向导通的作用。
–储能蓄电池组
太阳能电池方阵只有在光照射时才有功率输,到晚上或阴雨天由于没有光线不能输出功率,平时将太阳能电池方阵有光时发的电能储存起来,供晚上或雨天无光照时应用,所以太阳能光伏发电系统要装备储能蓄电池。
太阳能光伏发电系统中的储能蓄电池具体有两个方面的作用:一是储能;二是确定太阳能光伏发电方阵的工作点和起到一定钳位和稳定作用,不管方阵电压随光照如何变动,输出电压一定被钳位在蓄电池电压上。应用*广、数量*多的蓄电池是铅酸蓄电池。
–调节控制器
调节控制器是光伏发电系统的核心部件之一。其主要功能是防止方阵对蓄电池过充电或防止蓄电池对负载过放电。调节控制器又起到以下的作用:(1)当蓄电池过充或过放时,可以报警或自动切断电路,保护蓄电池。(2)接需要设置高精度的恒压或恒流装置。(3)当蓄电池有故障时,可以自动切换接通备用蓄电池,以保证负载正常用电。(4)当负载发生短路时,可以自动断开。(5)与交流电网同步以保证并网的可靠性。

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

一、光伏效应

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光电效应示意图

如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收,具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发,以致产生电子-空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前,将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。

通过界面层的电荷分离,将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说,开路电压的典型数值为0.5~0.6V。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多,电流越大。界面层吸收的光能越多,界面层即电池面积越大,在太阳能电池中形成的电流也越大。

二、原理

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太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结内建电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电有两种方式,一种是光-热-电转换方式,另一种是光-电直接转换方式。

光-热-电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光-热转换过程;后一个过程是热-电转换过程,与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。

光-电直接转换方式该方式是利用光伏效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光-电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染。

三、系统组成

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太阳能发电系统组成

光伏发电系统是由太阳能电池方阵,蓄电池组,充放电控制器,逆变器,交流配电柜,太阳跟踪控制系统等设备组成。其部分设备的作用是:

1、电池方阵

在有光照(无论是太阳光,还是其它发光体产生的光照)情况下,电池吸收光能,电池两端出现异号电荷的积累,即产生”光生电压”,这就是”光生伏特效应”。在光生伏特效应的作用下,太阳能电池的两端产生电动势,将光能转换成电能,是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池,分为单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。

2、蓄电池组

其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是:a.自放电率低;b.使用寿命长;c.深放电能力强;d.充电效率高;e.少维护或免维护;f.工作温度范围宽;g.价格低廉。

澳门新蒲京娱乐诚,3、控制器