家用太阳能光伏发电简介

时间:2013-04-07 19:03:53  来源:转自百度百科  作者:  点击:

  

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    光伏发电是根据光生伏打效应原理,利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源可以无处不在。
光伏发电定义
    英文名称:Solar photovoltaics (PV)
    太阳能发电分光热发电和光伏发电。不论产销量、发展速度和发展前景、光热发电都赶不上光伏发电。可能因光伏发电普及较广而接触光热发电较少,通常民间所说的太阳能发电往往指的就是太阳能光伏发电,简称光电。 
光伏发电理论
    太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程,通常叫做“光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。 当太阳光照射到半导体上时,其中一部分被表面反射掉,其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光,当然有一些变成热,另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞,于是产生电子-空穴对。这样,光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n结,则在P型和n型交界面两边形成势垒电场,能将电子驱向n区,空穴驱向P区,从而使得n区有过剩的电子,P区有过剩的空穴,在P-n结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。 光生电场的一部分除抵销势垒电场外,还使P型层带正电,n型层带负电,在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线,接通负载,则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件,把它们串联、并联起来,就能产生一定的电压和电流,输出功率。 字串3
光伏发电种类
    家用太阳能发电系统分为离网发电系统与并网发电系统:
   1、离网发电系统。
    主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成,若要为交流负载供电,还需要配置交流逆变器。
   2、并网发电系统
    就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站,主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大,发展难度较大。而分散式小型并网发电系统,特别是光伏建筑一体化发电系统,由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点,是并网发电的主流。
发电系统组成
    家用太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220V或110V,还需要配置逆变器。
    一、太阳能板
太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后,输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一,其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。 组件设计:按国际电工委员会IEC:1215:1993标准要求进行设计,采用36片或72片多晶硅太阳能电池进行串联以形成12V和24V各种类型的组件。该组件可用于各种户用光伏系统、独立光伏电站和并网光伏电站等。 字串2
    原材料特点: 
    电池片:采用高效率(16.5%以上)的单晶硅太阳能片封装,保证太阳能电池板发电功率充足。
    玻璃: 采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃), 厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上,对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射,透光率不下降。
    EVA:采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78mm的优质EVA膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、TPT之间的连接剂。具有较高的透光率和抗老化能力。
    TPT:太阳电池的背面覆盖物—氟塑料膜为白色,对阳光起反射作用,因此对组件的效率略有提高,并因其具有较高的红外发射率,还可降低组件的工作温度,也有利于提高组件的效率。当然,此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。
    边框:所采用的铝合金边框具有高强度,抗机械冲击能力强。也是家用太阳能发电中价值最高的部分。
    二、太阳能控制器
    太阳能控制器是由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成。 字串8
    主要特点:
    1、使用了单片机和专用软件,实现了智能控制;
    2、利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点,消除了单纯的电压控制过放的不准确性,符合蓄电池固有的特性,即不同的放电率具有不同的终了电压。
    3、具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制;以上保护均不损坏任何部件,不烧保险;
    4、采用了串联式PWM充电主电路,使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半,充电效率较非PWM高3%-6%,增加了用电时间;过放恢复的提升充电,正常的直充,浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命;同时具有高精度温度补偿;
    5、直观的LED发光管指示当前蓄电池状态,让用户了解使用状况;
    6、所有控制全部采用工业级芯片(仅对带I工业级控制器),能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制,定时控制精确。
    7、取消了电位器调整控制设定点,而利用了E方存储器记录各工作控制点,使设置数字化,消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素; 字串2
    8、使用了数字LED显示及设置,一键式操作即可完成所有设置,使用极其方便直观的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项;
    三、蓄电池
    蓄电池的作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。太阳能蓄电池是‘蓄电池’在太阳能光伏发电中的应用,采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池,胶体蓄电池和碱性镍镉蓄电池四种。 国内广泛使用的太阳能蓄电池主要是:铅酸免维护蓄电池和胶体蓄电池,这两类蓄电池,因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点,很适合用于性能可靠的太阳能电源系统,特别是无人值守的工作站。
    四、逆变器
    太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能,需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC逆变器。
考虑因素
    太阳能光伏发电需要综合考虑各种因素,只有掌握了准确的资料后,才能确定电池板的安装方式、最低功率、规格(太阳能电池板每天的有效发电量必须太于负载的用电量)及蓄电池的容量、性能及控制方式。使产品达到最佳性价比。如果对相关因素的估算失误,就会直接影响到独立光伏发电系统性能和造价。   字串8
   (1)现场的地理位置。
    包括:地点、纬度、经度、海拔等。
   (2)安装地点的气象条件。
    包括:逐月太阳能总辐射量,直接辐射量(或日照百分比),年平均气温,最长连续阴雨天数,最大风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。
   (3)最大负载量。
    包括:负载每天工作时间及平均耗电量,连续阴雨天需工作的时间。
   (4)负载用电特性
    由于太阳能电池阵列输出的电流是直流,如果负载是交流的话,需要经过逆变器的转换,才能正常工作,这样太阳能最终供给负载的能量损耗就增大,从而所需太阳能电池就会增大,导致太阳能供电系统造价增大。
   (5)交流负载对电源的要求
    交流负载除了需要更大的太阳能电池板外,对逆变器的要求也会因负载的不同而不同。一般来讲纯电阻性质的负载例如电热丝,对逆变器要求不高,可用普通的修正波逆变器。而电视、电动机对电源要求相对要高,需要的逆变器功率及输出特性都要高,需用大功率的正弦波的逆变器,才能保证负载能正常工作,不受干扰。负载要求不同,造价也不同。
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   (6)使用限制
    由于部分国家和地区,对蓄电池有特定的环保要求,特别是镍镉电池在欧美国家受到严格限制,还有铅酸电池在运输方面也会受到限制,这些因素都将导致太阳能光电产品的造价增大。
光电产品要求
   (1)防水、防雹、防风。
    一般太阳能电池板采用钢化玻璃封装,外框用铝合金封装,能有效抵御冰雹袭击,安装用金属支架固定,能抵御10级以上大风。
   (2)防晒、防冻。
    一般都有通风、散热窗子,以利于蓄电池散热。对于冬季特别寒冷地区,蓄电池采用防凝固的胶体电池。
   (3)控制保护
    为了最大限度延长电池板及蓄电池的使用寿命,一般都有防反充、过充、过放保护电路控制,避免损坏电池板及蓄电池过早的老化。
   (4)零件选择
    由于太阳能光电产品使用环境不同,温度相差较大,因此要求零件的工作温度范围要宽。
   (5)维护
    太阳电池发电系统没有活动部件,不容易损坏,其维护也非常简便。不过也需做定期维护,否则可能影响正常使用,甚至缩短使用寿命。 字串8
    一般来说,太阳电池板方阵倾角应超过30度,所有灰尘可由雨水冲刷而自行清洁,在风沙较大地区,应当经常清除灰尘,保持方阵表面的干净,以免影响发电量。清洁时可拭去灰尘,有条件时可用清水清洗,再用干净抹布擦干。切勿用腐蚀性溶剂或硬物冲洗擦拭。定期检查所有安装部件的紧固程度。遇到冰雹、狂风、暴雨等异常天气,应及时采用保护措施。经常检查蓄电池的充放电情况,随时观察电极或接线是否有腐蚀或接触不良之处。
在一些简单的系统中应根据蓄能情况,控制用电量,防止蓄电池因过放电而损坏。发现有异常情况应当立即检查、维修。
优点
    1、安全可靠、无噪声、无辐射、无需消耗燃料、无机械转动部件、故障率低、寿命长;  
    2、环保美观、不受地理位置限制、建设周期短、规模大小随意、拆装简易、移动方便;
    3、即装即用、拆装损毁成本低、可以方便地与建筑物相结合,无需预埋架高输电线路,可免去远距离敷设电缆时对植被和环境的破坏及工程费用;
    4、电压稳定、电源质量高,广泛应用于各种用电设备上,非常适用于乡村、农场、山头、海岛、高速公路等偏僻地方的用电,也是非常优秀的应急备用电源。

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