太阳能光伏系统的基本构成.ppt

第六章第六章 太阳能光伏系统的基本构成太阳能光伏系统的基本构成 复习：复习：复习：复习：6.1 6.1 太阳光伏系统的特点太阳光伏系统的特点 特点：特点：太阳能是取之不尽，用之不竭的能源，太阳能是取之不尽，用之不竭的能源，清洁、方便任何地方都有，但随季节、天气、时清洁、方便任何地方都有，但随季节、天气、时刻而波动。刻而波动。设备处于静止状态，无噪声，可模块化，设备处于静止状态，无噪声，可模块化，重量轻。可用于墙面、屋顶等闲置地方和偏远地重量轻。可用于墙面、屋顶等闲置地方和偏远地区。区。负荷离发电系统近，输电成本低，可进负荷离发电系统近，输电成本低，可进行灵活控制。行灵活控制。6.2 6.2 太阳能光伏系统的基本构成太阳能光伏系统的基本构成 构成：构成：太阳电池阵列太阳电池阵列 功率调节器功率调节器 光伏系统光伏系统 蓄电池蓄电池 控制保护装置控制保护装置 负载负载 逆变器逆变器 功率调节器功率调节器 并网装置并网装置 系统监视保护系统监视保护 冲放电控制装置冲放电控制装置 太阳能光伏系统的构成太阳能光伏系统的构成 住宅用并网型太阳能光伏系统住宅用并网型太阳能光伏系统 6.3 6.3 太阳能电池芯片、组件及阵列太阳能电池芯片、组件及阵列 6.3.1 6.3.1 太阳电池芯片太阳电池芯片 芯片是光能转变成电能的最小单位，芯片是光能转变成电能的最小单位，角长：角长：10cm10cm、12cm12cm，无负载电压，无负载电压0.5V0.5V。6.3.2 6.3.2 太阳电池组件太阳电池组件 根据所需电压组合太阳能电池芯片。根据所需电压组合太阳能电池芯片。转换率：单晶：转换率：单晶：12%12%15%15%；多晶：；多晶：10%10%13%13%非晶：非晶：6%6%9%9%。6.3.3 6.3.3 太阳电池阵列太阳电池阵列 由多枚太阳电池组件通过串、并联组成。由多枚太阳电池组件通过串、并联组成。芯片、组件、阵列之间的关系芯片、组件、阵列之间的关系 阵列阵列太阳电池整体部，分通过串、并组成。太阳电池整体部，分通过串、并组成。（用金属部件固定在屋顶。）（用金属部件固定在屋顶。）串联串联增加电压。增加电压。并联并联增加电流。增加电流。容量容量标准条件下阵列出力的多少。标准条件下阵列出力的多少。标准条件：日照强度：标准条件：日照强度：1KW/平方米平方米 温度：温度：25 一般一般3KW约需约需30平方米。平方米。6.3.4 6.3.4 太阳电池阵列的电路构成太阳电池阵列的电路构成 逆流防止二极管逆流防止二极管DsDs 安装在接线盒内。安装在接线盒内。耐压高于线路最大反压。耐压高于线路最大反压。合理估计使用温度。合理估计使用温度。旁路二极管旁路二极管Db 1-4枚组件并联一只旁路枚组件并联一只旁路 太阳电池太阳电池 二极管，接在电池正、负二极管，接在电池正、负 纵列组件纵列组件 极之间。极之间。能通过纵列组件的短路能通过纵列组件的短路 电流，反向耐压大于输出电流，反向耐压大于输出 的的1.5倍倍 接线盒接线盒 安装在太阳电池背面。安装在太阳电池背面。太阳电池阵列的实际构成图太阳电池阵列的实际构成图 6.4 6.4 功率调节器功率调节器 逆变器逆变器 功率调节器功率调节器 事故保护装置事故保护装置 并网保护装置并网保护装置 功率调节器外观：功率调节器外观：功率调节器的构成功率调节器的构成 6.4.1 6.4.1 逆变器逆变器 逆变器逆变器将直流电能转换成交流电能的装置。将直流电能转换成交流电能的装置。转换后的频率、相位、电压与电力系统一致。转换后的频率、相位、电压与电力系统一致。功能：功能：使太阳电池输出最佳。使太阳电池输出最佳。抑制高次谐波流入电力系统。抑制高次谐波流入电力系统。对电压进行自动调整。对电压进行自动调整。电压型（直流电压保持一定。）电压型（直流电压保持一定。）常用常用 逆变器逆变器 电流型（直流电流保持一定。）电流型（直流电流保持一定。）交流输出交流输出 电流控制法（并网系统常用。）电流控制法（并网系统常用。）电压控制法（独立系统常用。）电压控制法（独立系统常用。）1.1.逆变器的原理逆变器的原理 由由IGBTIGBT（绝缘栅场效应双结型电力开关管绝缘栅场效应双结型电力开关管）构成正负交替开关，输出交流电。构成正负交替开关，输出交流电。开关管每秒开关开关管每秒开关100100次，得矩形交流波形，次，得矩形交流波形，再反相，滤波，得交流电。再反相，滤波，得交流电。最简单的逆变器电路最简单的逆变器电路 使用脉宽调制方式（使用脉宽调制方式（PWMPWM）将矩形波转换成）将矩形波转换成正弦波。开关控制脉宽，形成两边窄，中间宽。正弦波。开关控制脉宽，形成两边窄，中间宽。再通过滤波器（电容滤波）输出正弦波。再通过滤波器（电容滤波）输出正弦波。并并 网网 先调好电网与系统电源的周期、而后调好相位。先调好电网与系统电源的周期、而后调好相位。当逆变器相位超前系统侧相位，向系统输电。当逆变器相位超前系统侧相位，向系统输电。当逆变器相位滞后于系统电压、相位，系统向当逆变器相位滞后于系统电压、相位，系统向 逆变器输电。逆变器输电。输出功率调整方法输出功率调整方法 使逆变器电压超前电力系统电压，输出电流使逆变器电压超前电力系统电压，输出电流与系统电压同相位。与系统电压同相位。输出电流与电抗器电压相位保持输出电流与电抗器电压相位保持90。控制相位角可控制输出功率，监视最大功控制相位角可控制输出功率，监视最大功率点，调整相位角可使输出功率最大。率点，调整相位角可使输出功率最大。2.2.最大功率点跟随控制最大功率点跟随控制 太阳电池本身存在最佳动作点，应进行最太阳电池本身存在最佳动作点，应进行最大功率点控制（大功率点控制（MPPMPP控制）。控制）。太阳电池的电压和电流可以变化（电流太阳电池的电压和电流可以变化（电流 电压电压 ）功率调节器可使输出电压上下变化。功率调节器可使输出电压上下变化。改变太阳电池输出电压，可以使输出功率最大。改变太阳电池输出电压，可以使输出功率最大。最大功率点控制基本原理最大功率点控制基本原理 改变太阳电池电压，可找到最大功率输出点。改变太阳电池电压，可找到最大功率输出点。最大功率点控制原理最大功率点控制原理 温度与最大功率点之间的关系温度与最大功率点之间的关系 温度越高，太阳电池出力越小。温度越高，太阳电池出力越小。日照与最大功率点之间的关系日照与最大功率点之间的关系 日照越小，太阳电池出力越小。日照越小，太阳电池出力越小。日照、温度变化，最大功率点会发生动，日照、温度变化，最大功率点会发生动，必须适时跟踪控制（必须适时跟踪控制（MPPTMPPT）。）。方法：（主要是控制电压）方法：（主要是控制电压）登山法（常用）登山法（常用）最大功率点跟踪控制最大功率点跟踪控制 电压对电流瞬时变化法电压对电流瞬时变化法 （MPPTMPPT）二值比较法二值比较法 遗传式算法遗传式算法 登山法登山法 反复调节太阳电池输出电压反复调节太阳电池输出电压V VA A与功率调节器与功率调节器输出电压输出电压V VB B，使其一致，观察、比较不同的输出使其一致，观察、比较不同的输出功率值功率值W Wi i，直至找到最大功率点。，直至找到最大功率点。用登山法的最大功率点跟踪控制用登山法的最大功率点跟踪控制 3.3.自动运行停止功能自动运行停止功能 太阳升起逆变器自动运行，阴天逆变器待太阳升起逆变器自动运行，阴天逆变器待机，日落逆变器自动停止运行。机，日落逆变器自动停止运行。4.4.自动电压调整功能自动电压调整功能 光伏系统电压要自动调到市电（光伏系统电压要自动调到市电（220V220V）电压。）电压。方法：方法：（电压调整方法）（电压调整方法）（1 1）超前相位无功功率控制法超前相位无功功率控制法 通常逆变器电压、电流与电力系统一致（功通常逆变器电压、电流与电力系统一致（功率因素率因素=1=1），升高逆变器输出电压，电流相位超），升高逆变器输出电压，电流相位超前电力系统电压相位，无功功率增加，连接处电前电力系统电压相位，无功功率增加，连接处电压下降（功率因素压下降（功率因素=0.8=0.8，抑制效果，抑制效果2%2%3%3%）。）。（2 2）出力控制出力控制 如果系统电压继续上升，必须抑制光伏系如果系统电压继续上升，必须抑制光伏系统的出力。统的出力。5.5.系统并网控制系统并网控制 目的：目的：波形波形 使交流输出使交流输出 电压电压 在规定范围内。在规定范围内。高次谐波电流在规定范围内。高次谐波电流在规定范围内。必须对交流输出功率的电压、电流进行控必须对交流输出功率的电压、电流进行控制，一般控制逆变器脉宽信号（制，一般控制逆变器脉宽信号（PWMPWM）。）。并网控制模块图并网控制模块图 6.4.2 6.4.2 逆变器的绝缘方式逆变器的绝缘方式 功率调节器一般设有绝缘变压器将交直流分开。功率调节器一般设有绝缘变压器将交直流分开。低频变压器绝缘方式（大、重）低频变压器绝缘方式（大、重）绝缘方式绝缘方式 高频变压器绝缘方式（小、轻）高频变压器绝缘方式（小、轻）无变压器方式无变压器方式（高效、价低）（高效、价低）功率调节器与住宅配线之间功率调节器与住宅配线之间 变压器设置变压器设置 逆变器功率转换部分内藏逆变器功率转换部分内藏 无绝缘变压器方式无绝缘变压器方式 1.1.低频变压器绝缘方式（工频）低频变压器绝缘方式（工频）2.2.高频变压器绝缘方式高频变压器绝缘方式 使用使用DC/DCDC/DC转换器，直流进入转换器，直流进入PWMPWM正弦波逆正弦波逆变器转换成变器转换成50H50HZ Z交流输出。交流输出。3.3.无变压器绝缘方式无变压器绝缘方式 直流输出经斩波器升压，再经直流输出经斩波器升压，再经PWMPWM输出交流。输出交流。4.4.无变压器绝缘方式功率调节器的课题无变压器绝缘方式功率调节器的课题 省去变压器后，可能出现光伏电流流向电力省去变压器后，可能出现光伏电流流向电力系统和漏电问题。系统和漏电问题。逆变器内部必须具有直流监测系统和保护逆变器内部必须具有直流监测系统和保护电路。电路。当太阳电池直流部分对地电位发生变动时，当太阳电池直流部分对地电位发生变动时，会通过太阳电池的寄生电容发生漏电现象。会通过太阳电池的寄生电容发生漏电现象。中性线在电流系统中接地，在光伏系统中中性线在电流系统中接地，在光伏系统中接太阳电池正极。使直流部分对地电位被固定。接太阳电池正极。使直流部分对地电位被固定。单项三线无绝缘变压器的逆变器单项三线无绝缘变压器的逆变器 6.4.3 6.4.3 滤波器滤波器 逆变器在产生逆变器在产生50H50HZ Z交流的同时，还产生交流的同时，还产生5 5次次谐波（谐波（250H250HZ Z）、）、7 7次谐波（次谐波（350H350HZ Z），用电感和），用电感和电容器构成的低通滤波器加以滤除。电容器构成的低通滤波器加以滤除。6.4.4 6.4.4 系统并网保护系统系统并网保护系统 保护装置项目：保护装置项目：过电压继电器；过电压继电器；低电压继电器；低电压继电器；频率上升继电器；频率上升继电器；频率下降继电器；频率下降继电器；主动式单独运行防止装置；主动式单独运行防止装置；被动式单独运行防止装置。被动式单独运行防止装置。事故事故保护继电器动作关系保护继电器动作关系 6.4.5 6.4.5 单独运行检测单独运行检测 并网运行时，当电力系统发生故障时，光并网运行时，当电力系统发生故障时，光伏系统不停止工作，继续向电网供电伏系统不停止工作，继续向电网供电单独单独运行（又称孤岛效应）。运行（又称孤岛效应）。当发电功率和负荷功率平衡时不易察觉。当发电功率和负荷功率平衡时不易察觉。造成电力公司维修人员触电！损坏电力系造成电力公司维修人员触电！损坏电力系统，妨碍停电原因调查。统，妨碍停电原因调查。使光伏系统和电力系统自动分离使光伏系统和电力系统自动分离 必须必须 检测是否处于单独运行状态检测是否处于单独运行状态 停止光伏系统运行停止光伏系统运行