新能源发电技术PPT课件
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❖目前主要依靠化石燃料提供能量。化石 燃料储量与日递减，面临化石能源枯竭 的危机。
❖优点:
❖ 太阳能取之不尽，用之不竭，照射 到地球上的太阳能要比人类消耗的能量 大6000倍。只要在美国阳光丰富的西南 部沙漠地区，建立一个面积为100哩 ×100哩的巨型光伏电站，所发的电力 可以满足全美国的用电需要。太阳能发 电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料 市场不稳定的冲击。
二、太阳能光伏发电
图1 光伏发电系统示意图
光伏发电系统组成：
❖ 太阳能电池组 ❖ 太阳能控制器 ❖ 蓄电池 ❖ 逆变器
2.1 太阳能电池
过去30多年（1980年开始）始终是晶体硅光伏技术 为主 ❖单晶硅硅电池 ❖多晶硅硅电池 ❖非晶硅硅电池
太阳能电池类型
❖1.单晶硅电池 ❖单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也
光伏电池等效电路
当负载RL从0变化到无穷大时，即可得到如图所示太阳能 电池输出特性曲线。调节负载电阻RL到某一值Rm时，在曲 线上得到一点M，其对应的工作电压和工作电流之积最大， 即Pm=Im*Vm，将此M点定义为最大功率输出点（MPP）。
光伏电池的输出特性图
光伏组件发电功率受环境的影响
光照强度： • 电压基本不变 • 电流线性影响
最为成熟。
❖在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模 生产时的效率为16-18%（目前20%）。
❖在大规模应用和工业生产中仍占据主导地 位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降 低其成本很困难，为了节省硅材料，发展 了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太 阳能电池的替代产品。
单晶硅电池
代表性生产厂家： 荷兰Shell Solar、西班牙Iso- foton，印度Microsol等厂家。
太阳能供电系统的特点
❖ 不必拉设电线，不必挖开马路，安装使用方便； ❖ 一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池
一般为5年需更换）； ❖ 免维护，无污染。
❖ 系统可分为： 直流供电系统和交直流供电系统两种。
直流供电系统
❖ 控制器作用：
图5 直流供电系统
ü 控制蓄电池组的放电、充电过程，防止过冲和过放；
❖ 住宅并网光伏系统，特别是与建筑结合的住宅屋 顶并网光伏系统，投资小，有诸多优越性，在发 达国家备受青睐，发展迅速。
❖ 住宅并网光伏系统的主要特点，是所发的电能可 直接分配到负载上，多余或不足的电力通过联接 电网来调节。根据系统是否允许向电网馈电，可 分为可逆流与不可逆流并网光伏发电系统
❖ 根据是否有储能装置，分为有储能系统和无储能 系统。有储能系统主动性强，在电网掉电、停电 情况下可正常供电。
图8（a） 有储能（带蓄电池）系统
光伏 阵列
a
+ 电力电子 变换器
DC/ DC
b -
或者 DC/ AC
AC 或者
DC
常用的MPPT控制算法
❖ 1、定电压跟踪法： 先求得或设置某一中心电压，通过控制使光伏阵列的
输出电压一直保持该电压，从而使光伏系统输出功率达到 或接近最大功率输出值。
❖ 2 、扰动观察法：
❖ 3、增量电导法
根据光伏阵列的
温度： • 电流影响较小（正
温度系数） • 电压影响较大（负
温度系数）
在光伏系统中，通常要求光伏电池的输出功率保持在最大， 也就是让光伏电池工作在最大功率点，从而提高光伏电池的 转换效率。MPPT就是一个不断测量和不断调整以达到最优 的过程，它不需要知道光伏阵列精确的数学模型，而是在运 行过程中不断改变可控参数的整定值，使得当前工作点逐渐 向峰值功率点靠近，使光伏系统运作在峰值功率点附近。
60
Pn-1 Pn
P/U曲线，当输出功率
P/W
为P最大时，即Pmax
40
P2 P3
P4 P5
处的斜率为零。
20
P1
dP I U dI 0,即：
dU
dU
dI I dU U
0
5
10
15
20
25
U/V
2.2 离网光伏系统
❖ 太阳能电池发电，蓄电池贮能，独立为负载供电， 不联接公网。
❖ 广泛应用于太阳能建筑、微波通讯、基站、电台、 野外活动、高速公路等。也可用于无电山区、村 庄、海岛。
❖太阳能随处可得，可就近供电，不 必长距离输送，避免了输电线路等 损失。
❖太阳能不用燃料，运行成本很低。
❖太阳能发电没有运动部件，不易损 坏，维护简单，特别适合于无人值 守情况下使用。
❖太阳能发电不产生任何废弃物，没 有污染，无噪声等公害，对环境无 不良影响，是理想的清洁能源。
❖ 太阳能发电系统建设周期短，方便 灵活。而且可以根据负荷的增减， 任意添加或减少太阳电池容量，避 免了浪费。
图4 单晶硅太阳电池
太阳能电池类型
❖ 2.多晶硅电池 ❖ 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉
，而效率高于非晶硅薄膜电池。 ❖ 其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转
换效率为15-16%（目前，为18%） ❖ 多晶硅薄膜电池已经在太阳能电池市场上占据主
导地位.
多晶硅太阳能电池板
太阳能电池类型
ü 最Fra Baidu bibliotek化能量管理（最佳工作点跟踪、温度补偿等）；
ü 光伏系统工作状态显示；
ü 光伏系统信息存储等。
交直流供电系统
图6 交直流供电系统
太阳能广告牌 太阳能交通灯
太阳能车站
太阳能飞机
2.3 并网光伏系统
❖ 并网光伏电站投资巨大、建设期长，需要复杂的 控制和配电设备，占用大片土地，目前其发电成 本远高于目前市场电价。
❖ 3.非晶硅电池 ❖ 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率
较高，便于大规模生产，有极大的潜力。 ❖ 但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定
性不高，直接影响了它的实际应用。 ❖ 如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，
那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主 要发展产品之一。
非晶硅太阳能电池板
新能源发电技术
太阳能发电技术
主要内容
一、开发利用太阳能的战略意义 二、太阳能光伏发电
ü 太阳能电池 ü 离网光伏系统 ü 并网光伏系统
三、太阳能热力发电
ü 槽式热力发电装置 ü 塔式热力发电装置 ü 碟式热力发电装置
一、开发利用太阳能的战略意义
❖化石燃料的储量有限，全球石油还可开 采约45年，天然气大约61年，煤炭可开 采约230年，铀大约71年。如果再考虑到 现在世界石油消费量大约每年增长2%， 这样每隔35年，消费量将增加一倍。
❖优点:
❖ 太阳能取之不尽，用之不竭，照射 到地球上的太阳能要比人类消耗的能量 大6000倍。只要在美国阳光丰富的西南 部沙漠地区，建立一个面积为100哩 ×100哩的巨型光伏电站，所发的电力 可以满足全美国的用电需要。太阳能发 电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料 市场不稳定的冲击。
二、太阳能光伏发电
图1 光伏发电系统示意图
光伏发电系统组成：
❖ 太阳能电池组 ❖ 太阳能控制器 ❖ 蓄电池 ❖ 逆变器
2.1 太阳能电池
过去30多年（1980年开始）始终是晶体硅光伏技术 为主 ❖单晶硅硅电池 ❖多晶硅硅电池 ❖非晶硅硅电池
太阳能电池类型
❖1.单晶硅电池 ❖单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也
光伏电池等效电路
当负载RL从0变化到无穷大时，即可得到如图所示太阳能 电池输出特性曲线。调节负载电阻RL到某一值Rm时，在曲 线上得到一点M，其对应的工作电压和工作电流之积最大， 即Pm=Im*Vm，将此M点定义为最大功率输出点（MPP）。
光伏电池的输出特性图
光伏组件发电功率受环境的影响
光照强度： • 电压基本不变 • 电流线性影响
最为成熟。
❖在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模 生产时的效率为16-18%（目前20%）。
❖在大规模应用和工业生产中仍占据主导地 位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降 低其成本很困难，为了节省硅材料，发展 了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太 阳能电池的替代产品。
单晶硅电池
代表性生产厂家： 荷兰Shell Solar、西班牙Iso- foton，印度Microsol等厂家。
太阳能供电系统的特点
❖ 不必拉设电线，不必挖开马路，安装使用方便； ❖ 一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池
一般为5年需更换）； ❖ 免维护，无污染。
❖ 系统可分为： 直流供电系统和交直流供电系统两种。
直流供电系统
❖ 控制器作用：
图5 直流供电系统
ü 控制蓄电池组的放电、充电过程，防止过冲和过放；
❖ 住宅并网光伏系统，特别是与建筑结合的住宅屋 顶并网光伏系统，投资小，有诸多优越性，在发 达国家备受青睐，发展迅速。
❖ 住宅并网光伏系统的主要特点，是所发的电能可 直接分配到负载上，多余或不足的电力通过联接 电网来调节。根据系统是否允许向电网馈电，可 分为可逆流与不可逆流并网光伏发电系统
❖ 根据是否有储能装置，分为有储能系统和无储能 系统。有储能系统主动性强，在电网掉电、停电 情况下可正常供电。
图8（a） 有储能（带蓄电池）系统
光伏 阵列
a
+ 电力电子 变换器
DC/ DC
b -
或者 DC/ AC
AC 或者
DC
常用的MPPT控制算法
❖ 1、定电压跟踪法： 先求得或设置某一中心电压，通过控制使光伏阵列的
输出电压一直保持该电压，从而使光伏系统输出功率达到 或接近最大功率输出值。
❖ 2 、扰动观察法：
❖ 3、增量电导法
根据光伏阵列的
温度： • 电流影响较小（正
温度系数） • 电压影响较大（负
温度系数）
在光伏系统中，通常要求光伏电池的输出功率保持在最大， 也就是让光伏电池工作在最大功率点，从而提高光伏电池的 转换效率。MPPT就是一个不断测量和不断调整以达到最优 的过程，它不需要知道光伏阵列精确的数学模型，而是在运 行过程中不断改变可控参数的整定值，使得当前工作点逐渐 向峰值功率点靠近，使光伏系统运作在峰值功率点附近。
60
Pn-1 Pn
P/U曲线，当输出功率
P/W
为P最大时，即Pmax
40
P2 P3
P4 P5
处的斜率为零。
20
P1
dP I U dI 0,即：
dU
dU
dI I dU U
0
5
10
15
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25
U/V
2.2 离网光伏系统
❖ 太阳能电池发电，蓄电池贮能，独立为负载供电， 不联接公网。
❖ 广泛应用于太阳能建筑、微波通讯、基站、电台、 野外活动、高速公路等。也可用于无电山区、村 庄、海岛。
❖太阳能随处可得，可就近供电，不 必长距离输送，避免了输电线路等 损失。
❖太阳能不用燃料，运行成本很低。
❖太阳能发电没有运动部件，不易损 坏，维护简单，特别适合于无人值 守情况下使用。
❖太阳能发电不产生任何废弃物，没 有污染，无噪声等公害，对环境无 不良影响，是理想的清洁能源。
❖ 太阳能发电系统建设周期短，方便 灵活。而且可以根据负荷的增减， 任意添加或减少太阳电池容量，避 免了浪费。
图4 单晶硅太阳电池
太阳能电池类型
❖ 2.多晶硅电池 ❖ 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉
，而效率高于非晶硅薄膜电池。 ❖ 其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转
换效率为15-16%（目前，为18%） ❖ 多晶硅薄膜电池已经在太阳能电池市场上占据主
导地位.
多晶硅太阳能电池板
太阳能电池类型
ü 最Fra Baidu bibliotek化能量管理（最佳工作点跟踪、温度补偿等）；
ü 光伏系统工作状态显示；
ü 光伏系统信息存储等。
交直流供电系统
图6 交直流供电系统
太阳能广告牌 太阳能交通灯
太阳能车站
太阳能飞机
2.3 并网光伏系统
❖ 并网光伏电站投资巨大、建设期长，需要复杂的 控制和配电设备，占用大片土地，目前其发电成 本远高于目前市场电价。
❖ 3.非晶硅电池 ❖ 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率
较高，便于大规模生产，有极大的潜力。 ❖ 但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定
性不高，直接影响了它的实际应用。 ❖ 如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，
那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主 要发展产品之一。
非晶硅太阳能电池板
新能源发电技术
太阳能发电技术
主要内容
一、开发利用太阳能的战略意义 二、太阳能光伏发电
ü 太阳能电池 ü 离网光伏系统 ü 并网光伏系统
三、太阳能热力发电
ü 槽式热力发电装置 ü 塔式热力发电装置 ü 碟式热力发电装置
一、开发利用太阳能的战略意义
❖化石燃料的储量有限，全球石油还可开 采约45年，天然气大约61年，煤炭可开 采约230年，铀大约71年。如果再考虑到 现在世界石油消费量大约每年增长2%， 这样每隔35年，消费量将增加一倍。