光伏发电工程技术 第2版 项目1 光伏发电系统的组成及案例分析

1.共价键结构
硅和锗都是4价元素。 最外层原子轨道上具有4个电子，称为价电子。 相邻的原子就被共有的价电子联系在一起，称为共价键结构。
1.1.1半导体的基础知识
2.本征半导体 纯净的半导体称为本征半导体。 在温度为零开尔文（相当于−273.15℃）时，外围
电子不能自由移动。 当温度升高或受光照时，少数价电子挣脱共价键
1.1.4太阳能发电的优缺点
光伏发电工程技术
2.光伏发电的主要缺点
（1）能量密度低。 （2）占地面积大。 （3）地面应用时有间歇性，在晚上或阴雨天不能或减少发电。
1.1.5 我国太阳能资源
光伏发电工程技术
太阳是以光辐射的方式将能量输送到地球表面的，按接受太阳能辐射量的大小， 我国大致上可分为5类地区。
U—等效二极管端电压； q—电子电量，1.6×10−19C； T—绝对温度； k—波尔兹曼常数，1.38×10−23J/K A—二极管曲线因子，取值在1～2。
光伏发电工程技术
图 太阳能电池等效电路
a) 理想形式 b) 实际形式
1.1.4太阳能发电的优缺点
光伏发电工程技术
1.光伏发电的主要优点 （1）太阳能取之不尽，用之不竭。 （2）应用范围广。 （3）太阳能处处可得到，不必远距离运输，避免长距离输电线路的损失。 （4）不用燃料，运行成本很低。 （5）无机械转动部分，操作、维护简单，运行稳定可靠。 （6）太阳能发电过程中不易产生污染废弃物，是理想的清洁能源。 （7）太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，可以根据负荷的增减，任意添加或 减少太阳能方阵，避免浪费。 （8）太阳能电池生产资料丰富。 （9）能量回收期短，能量增值效应明显。
光伏发电系统
控制器
蓄电池
光伏发电工程技术
交流光伏发电系统
逆变器
交流负载
有蓄电池的直流 光伏发电系统
控制器 Байду номын сангаас电池
交直流混合光伏发电系统
直流负载 逆变器
交流负载
1.2.1光伏发电系统的分类 4.按系统装机容量的大小分类
光伏发电工程技术
装机容量≤1MWp
小型光伏电站
1MWp≤装机容量≤30MWp；
中型光伏电站
漂移运动使空间电荷区重新变窄，削弱了内电场强度。多数载流子的扩散运动 和少数载流子的漂移运动最终达到平衡，使PN结的宽度一定。
1.1.2太阳能电池的工作原理（光生伏特效应）
光伏发电工程技术
光生伏特效应工作原理:
光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位 之间产生电位差的现象。
1类地区 2类地区 3类地区 4类地区 5类地区
任务1.2 光伏发电系统的分类及案例分析
【学习目标】 1.能阐述光伏发电系统的分类及具体应用。 2.能说明离网和并网光伏发电系统各组成部分及作用。 3.能分析离网和并网光伏发电系统的工作过程。 4.能识别离网和并网光伏发电系统中的主要设备（部件）。
1.2.1光伏发电系统的分类 1.按光伏发电系统按接入公共电网方式分类
1.1.1半导体的基础知识
光伏发电工程技术
5.PN结 当将P、N型两半导体材料连接在一起时，两侧的电子和空穴的浓度相差很大，产
生扩散运动。 复合的结果在交界处两侧出现了不能移动的正负两种杂质离子组成的空间电荷
区，这个空间电荷区称为PN结。
1.1.1半导体的基础知识
光伏发电工程技术
5.PN结
在交界处形成了一个由N区指向P区的内电场（又称为势垒电场）。内电场的产 生对P区和N区中的多数载流子的相互扩散运动起阻碍作用，称为漂移运动。
的束缚成为自由电子，在共价键中将留下一个空位， 称为空穴。
本征半导体中电子和空穴总是成对地出现，称为 电子-空穴对。
光伏发电工程技术
1.1.1半导体的基础知识
光伏发电工程技术
3. P型半导体 在本征半导体（锗或硅）中掺入3价元素硼，使得半导体中的空穴载流子增多，
导电能力增强，这种半导体主要是依靠空穴来导电，故称为空穴型半导体或P型半 导体。
光伏发电工程技术
离网光伏发电系统
并网光伏发电系统
1.2.1光伏发电系统的分类 2.按是否有储能装置分类
光伏发电工程技术
离网光伏发电系统 (带储能装置系统)
光伏水泵系统 (不带储能装置系统)
1.2.1光伏发电系统的分类 3.按负荷形式不同分类
按可分为直流系统、交流系统和交直流混合系统。
无蓄电池的直流
项目1 光伏发电系统的组成及案例分析
任务1.1 太阳能电池的工作原理分析
【学习目标】 1.能阐述半导体的特性。 2.能阐述N型和P型半导体的形成过程及特性。 3.能阐述PN结的形成过程及特性。 4.能阐述太阳能电池的工作原理。 5.能说明太阳能电池等效电路组成。
1.1.1半导体的基础知识
光伏发电工程技术
装机容量>30MWp。
大型光伏电站
1.2.1光伏发电系统的分类 5.并网光伏发电系统按向主电网馈电的方式分类
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有逆流并网光伏发电系统
无逆流并网光伏发电系统
1.2.1光伏发电系统的分类 6.按并网光伏发电系统建设是否集中分类 （1）集中式并网光伏发电系统
光伏发电工程技术
集中式并网光伏发电系统
其工作原理如下：光生电子-空穴对在耗尽区产生后，立即被内建电场分离，光生电子 被推向N区，光生空穴被推向P区。在P区有过剩的空穴，在N区有过剩的电子，便在PN结两 侧形成了正负电荷的积累，即光生伏特效应。
外接负载后，光电流从P区经负载流至N区，太阳能便变成了电能。
1.1.3太阳能电池等效电路
流过负载工作电流为: IL＝Iph−Id=Iph−IO(eqU/(AkT) −1) 式中 IO—反向饱和电流；
在P型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
1.1.1半导体的基础知识
光伏发电工程技术
4. N型半导体 在本征半导体(锗或硅)中掺入5价元素磷，使得半导体中的电子载流子增多，导
电能力增强。这种半导体主要靠电子导电，故称为电子型半导体或N型半导体。 在N型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
1.2.1光伏发电系统的分类 6.按并网光伏发电系统建设是否集中分类 （2）分布式并网光伏发电系统
光伏发电工程技术
分布式式并网光伏发电系统
1.2.1光伏发电系统的分类 7.按是否与建筑结合分类
光伏发电工程技术
光伏建筑一体化系统
地面光伏发电系统