聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)技術難點解析

太陽能光伏技術是指一種可直接將太陽的光能轉換為電能并加以充分利用的前瞻性技術，其廣闊的應用前景讓世人為之神往而不斷地努力進行開發(fā)、創(chuàng)新與應用。本期將為大家介紹太陽能發(fā)電原理、太陽能電池、太陽能電池組件、光伏控制器、光伏逆變器等內容。 　　太陽能發(fā)電原理 　　太陽能電池是一對光有回應并能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結。 　　當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。 　　晶體硅太陽能電池的制作過程 　　“硅”是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從19世紀科學家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。20世紀末，我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產業(yè)化最快的。生產過程大致可分為五個步驟：a、提純過程 b、拉棒過程 c、切片過程 d、制電池過程 e、封裝過程。 　　上世紀60年代，科學家們就已經將太陽電池應用于空間技術——通信衛(wèi)星供電，上世紀末，在人類不斷自我反省的過程中，對于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應用，在眾多領域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨立系統(tǒng)、光伏水泵(飲水或灌溉)、通信電源、石油輸油管道陰極保護、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標、高速公路路標等。歐美等先進國家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與建筑系統(tǒng)的結合已經形成產業(yè)化趨勢。太陽能光伏玻璃幕墻元件得應用越來越多，隨著上海和北京的幾個項目進入實質性運轉，這種方式將會代替普通玻璃幕墻，它具有反射光強度小、保溫性能好等特點! 　　太陽能電池組件 　　太陽能電池組件(光伏組件)是由一定數(shù)量的太陽能電池片通過導線串、并聯(lián)連接并加以封裝而成。一個組件中，太陽電池的標準數(shù)量是36片(10cm x 10cm)，這意味著一個太陽電池組件大約能產生17V的電壓，正好能為一個額定電壓為12V的蓄電池進行有效充電。目前的光伏元件輸出功率大到數(shù)百瓦不等。 　　太陽能電池片封裝成組件后能夠提供足夠的機械強度、抗振和抗沖擊能力;具有良好的密封性，能夠防腐、防風、防雹、防潮;具有良好的電絕緣性;能夠抗紫外線輻射等。其潛在的品質問題可能發(fā)生在邊沿的密封以及組件背面的接線盒。 　　根據(jù)光伏工程安裝的需要，當應用領域需要較高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時，可把多個組件通過串聯(lián)、并聯(lián)組裝成“太陽電池方陣”也叫“光伏陣列”，以獲得所需要的電壓和電流，其功率可以根據(jù)實際需求組合確定。 　　太陽能光伏控制器 　　光伏充電控制器基本上可分為五種類型：并聯(lián)型光伏控制器、串聯(lián)型光伏控制器、脈寬調制型光伏控制器、智慧型光伏控制器和最大功率跟蹤型光伏控制器。 　　1、并聯(lián)型光伏控制器。當蓄電池充滿時，利用電子部件把光伏陣列的輸出分流到內部并聯(lián)電阻器或功率模組上去，然后以熱的形式消耗掉。并聯(lián)型光伏控制器一般用于小型、低功率系統(tǒng)，例如電壓在12V、20A以內和系統(tǒng)。這類控制器很可靠，沒有繼電器之類的機械部件。 　　2、串聯(lián)型光伏控制器。利用機械繼電器控制充電過程，并在夜間切斷光伏陣列。它一般用于較高功率系統(tǒng)，繼電器的容量決定充電控制器的功率等級。比較容易制造連續(xù)通電電流在45A以上的串聯(lián)型光伏控制器。 　　3、脈寬調制型光伏控制器。它以PWM脈沖方式開關光伏陣列的輸入。當蓄電池趨向充滿時，脈沖的頻率和時間縮短。按照美國桑地亞國家實驗室的研究，這種充電過程形成較完整的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循環(huán)壽命。 　　4、智慧型光伏控制器?；贛CU(如intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列)對光伏電源系統(tǒng)的運行參數(shù)進行高速即時采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程式對單路或多路光伏陣列進行切離和接通控制。對中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過MCU的RS232接口配合MODEM調制解調器進行距離控制。 　　5、最大功率跟蹤型控制器。將太陽能電池電壓V和電流I檢測后相乘得到功率P，然后判斷太陽能電池此時的輸出功率是否達到最大，若不在最大功率點運行，剛調整脈寬，調制輸出占空比D，改變充電電流，再次進行即時采樣，并作出是否改變占空比的判斷，通過這樣的尋優(yōu)過程可保證太陽能電池始終運行在最大功率點，以充分利用太陽能電池方陣的輸出能量。同時采用PWN調制方式，使充電電流成為脈沖電流，以減少蓄電池的極化，提高充電效率。 　　光伏逆變器 　　作為一個獨立的光伏系統(tǒng)，其直流發(fā)電電壓比較低，因此功率調節(jié)裝置，也就是逆變器，是絕對不可或缺的。 　　在并網系統(tǒng)中主要使用兩種類型的逆變器來實現(xiàn)交流發(fā)電。 　?、倬€路整流可以用電網中的信號作為同步的基準。 　?、谧哉魍ㄟ^逆變器內部電路結構確定信號波形，然后輸入電網。 　　也可以根據(jù)產品的應用對其分類。 　?、僦醒肽孀兤饔脕韺︻~定功率在20～400kWp范圍內的大型光伏系統(tǒng)的輸出進行整流。現(xiàn)階段的主流產品具有自整流設計，通過雙極性電晶體和場效應電晶體來實現(xiàn)。 　?、诖?lián)逆變器只允許接收通過獨立串行輸送的信號，所以額定功率在1～3kWp。 　　③復式串聯(lián)逆變器配備各種獨立的直流-直流逆變器，這些逆變器把信號回饋給一個中央逆變裝置。這樣的設計可以適用于各種不同的元件連接結構，從而可以使每條串聯(lián)線路上的太陽能電池都輸出最大功率。 　?、芙涣髟孀兤髋涮装惭b于每個光伏元件上，進而將所有元件的輸出轉化成交流。