太阳能发电系统毕业设计

太阳能发电系统设计

1引言

从“蒸汽机”到“电动机”的一系列动力技术发明，人们逐渐认识到，能

源技术的革新带动人类社会日益进步，对社会发展起着巨大的推动作用。但至今所采用的化石燃料能源带给人类文明与进步的同时，却因能源需求消耗的大幅提高以及随之而来的环境污染，形成了巨大的能源缺口，同时给环境造成巨大灾难。目前，油气资源的供不应求已成为我国经济发展的瓶颈，电力供应不容乐观，天然气用量迅速增长……

最新的资料表明太阳光的充分利用，是最清洁，环保，取之不尽的可再生能源。

太阳能的利用

我国太阳能资源丰富，陆地每年接受的太阳辐射能，相当于2.4³1012tce，2/3国土面积的太阳能总辐射量超过0.6MJ/m2。如果将太阳能源充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。

目前，太阳能利用主要有两个途径，即光热和光伏。光伏是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电在太阳能利用上是主流，前景好。

太阳能原理

太阳能电池发电的原理是基于半导体的光电效应，即一些半导体材料受到光照时，载流子数量会剧增，导电能力随之增强，这就是半导体的光敏特性。

在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P(N)型硅对外部来

说是电中性的。若将P(N)型硅放在阳光下照射，仅是被加热，外部看不出

变化。但内部通过光的能量，电子从化学键中被释放，由此产生电子－空

穴对，但在很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴

“复合”。

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当 P 型和 N 型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里

会形 成一个特殊的薄 层，界面的 P 型一侧 带负电，N 型一侧带正电

。这是由于 P 型半导体多空穴，N 型半导体多自由电子，出现了浓度差。N 区的电

子会扩 散到 P 区，P 区的空穴会扩散到 N 区，一旦扩散就形成了一 个由 N 指向

P 的 “内 电场”， 从而阻止扩散 进行。达到 平衡后，就形 成了这样一

个特殊的 薄层形成电势差，这就是 P －N 结。

至 今为 止，大多 数太阳能

电池厂家都是 通过扩散工艺， 在 P 型硅片

上形成 N 型区 ，在两个 区交界就

形成了一个 P －N 结（即 N+ ／P ）。太

阳能电池的基本结构就是一个大面积平面 P －N 结） 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的

光子能够在 P 型硅和 N 型硅中将电子从共价键中激发，以 致产生

电子－空 穴对。界面层附近的电子和空穴在复合

晶片受光过程中，空穴(电子)往 P(N)区移

之 前，将 通过空 间电荷 的电 场作用 被 相互分离。电子 向带正 电的 N 区

和空 穴向带负电的 P 区运动。通过界

面层 晶片受光后，空穴(电子)从 P(N)区正(负)电极流出 产生 一个向外 的可测试的电 压。通过光 照在界面层 产生的电 子－ 空穴对越

多， 电流越大 。界面层吸收 的光能越多 ，界面层即 电池面积 越大，在太

阳 能电池中形成的 电流也 越大。

此即为光生伏特效应。 光伏系统

光伏系统是利用太阳电池组件和其他辅助设

备将太阳能转换成电能的系统。一般分为独立系

统、并网系统和混合系统。

白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一

定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输 入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电 能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入

电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，

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的电荷分离，将在 P 区和 N 区之间

输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进 行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以 保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。太阳能→电 能→化学能→电能→光能。

就太阳能光

伏发电系统 而言，其包括

太阳能 电池 方阵 ，蓄电池组，充放电控 制器，逆

变器， 交流 配电 柜、自动太阳能跟踪系 统、 自动

太阳能 组件除尘系统等 设备。

其各部分作用如下： 太阳

能电池方阵 在有 光照（无 论是太阳光 ，还是其它 发光体产 生的光照）情

况下，电 池吸收光能，电池两端出现异号电荷 的积累，即产生“光生电压

”，这就是 “光生伏特效应 ”。在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生

电动 势， 将光能转 换成电能，是 能量转换的 器件。太阳能 电池一般为

硅电池， 分为单晶硅太阳 能电池

，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。 蓄电

池组 其作 用是贮存 太阳能电 池方阵受光照 时发出的 电能并可 随时向负

载供 电。 太阳能电 池发电对所用 蓄电池组的 基本要求是 ：a.自放 电率低；b.

使 用寿 命长；c. 深放电能力强 ；d.充电效 率高；e. 少维护或免 维护；f.

工作 温度 范围宽； g.价格低廉 。目前我国与 太阳能发电 系统配套 使用的蓄电

池 主要是铅酸蓄电 池和镉 镍蓄电池。配套 20 0A

h 以上的铅酸蓄电池，一般选 用固定式或工业 密封式 免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为 2

VDC ； 配套 200Ah 以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护 铅酸蓄

电池，每 只蓄电池的额定 电压 为 1 2VD

C 。 充放

电控制器 是能 自动防止 蓄电池过 充电和过放电 的设备。由 于蓄电池的

循环充放 电次 数及放电 深度是决定蓄 电池使用寿 命的重要因 素，因此 能控制蓄电

池 组过充电或过放 电的充

放电控制器是必不可少的设备。 逆变

器 是将 直流电转 换成交流 电的设备。由于 太阳能电 池和蓄电池

是直流电

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