太阳能应用光伏发电与控制技术详解
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2018/11/6
太阳能电池的分类
1. 单晶硅太阳能电池 2. 多晶硅太阳能电池 3. 非晶硅太阳能电池
2018/11/6
4.3.2 太阳能光伏发电原理
1. 太阳能电池阵列 2. 逆变器 3. 用电设备 4. 进户计量仪表
2018/11/6
1. 太阳能光伏发电系统的结构
图4-10 典型的光伏发电系统
2018/11/6
2 .系统组成
（1）太阳能电池组件：由太阳能电池（也称光伏电池）按照系 统的需要串联或并联而组成的矩阵或方阵，在太阳光照射下 将太阳能转换成电能，它是光伏发电的核心部件。 （2）充放电控制器、逆变器 本部分除了对蓄电池或其他中间 蓄能元件进行充放电控制外，一般还要按照负载电源的需求 进行逆变，使光伏阵列转换的电能经过变换后可以供一般的 用电设备使用。
第五阶段（1973～1980年）
第六阶段（1980～1992年）
第七阶段（1992～2005年）
2018/11/6
4.2.2 太阳能的技术应用
1．太阳能采集 ※ （1）平板集热器 ※ （2）真空管集热器 ※ （3）聚光集热器
2018/11/6
2．太阳能的转换
2．太阳能的转换 ※ （ 1）太阳能――热能转换 ※ （2）太阳能――电能转换 ※ （3）太阳能――氢能转换 ※ （4）太阳能――生物质能转换 ※ （5）太阳能－－机械能转换
（3）蓄电池、蓄能元件及辅助发电设备 蓄电池或其他蓄能元 件如超导、超级电容器等是将太阳能电池阵列转换后的电能 储存起来，以使无光照时也能够连续并且稳定的输出电能， 满足用电负载的需求。
2018/11/6
3. 光伏系统分类 （1）小型太阳能供电系统（Small DC）
该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较 小，整个系统结构简单，操作简便。如在我国的西北地区大 面积推广使用了这种类型的光伏系统，负载为直流节能灯、 家用电器等，用来解决无电地区家庭的基本照明和供电问题。
2018/11/6
3．太阳能贮存 ※ （1）热能贮热 ※ （2）电能贮存 ※ （3）氢能贮存 ※ （4）机械能贮存
2018/11/6
4．太阳能传输 ※ （1）直接传输 ※ （2）间接传输
2018/11/6
5. 太阳能的利用 ※ （1）太阳辐射的热能利用 ※ （2）太阳能光热利用 ※ （3）太阳能热发电 ※ （4）太阳能综合利用
4.1太阳的辐射及太阳能简介
4.1.1太阳简介
图4-1 太阳的结构
2018/11/6
太阳活动
图4-2 地球绕太阳运行示意图
2018/11/6
4.1.2 太阳辐射
地面辐射的时空变化特点是：① 全年以赤道获得的辐射最 多，极地最少。这种热量不均匀分布，必然导致地表各纬度的 气温产生差异，在地球表面出现热带、温带和寒带气候；② 太 阳辐射夏天大冬天小，它导致夏季温度高而冬季温度低。 不同地区太阳平均辐射强度
图4-11 小型太阳能供电系统
2018/11/6
（2）简单直流系统（Simple DC）
该系统的特点是系统中负载为直流负载，而且负载的使 用时间没有特别要求，负载主要在日间使用，系统中没有蓄 电池，也不需要控制器。整个系统结构简单，直接使用太阳 能电池阵列给负载供电，光伏发电的整体效率较高。如光伏 水泵就使用了这种类型的光伏系统。
2018/11来自百度文库6
2018/11/6
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4.3 太阳能电池与光伏 发电原理
4.3.1 太阳能电池 太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池 （片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电 池等种类。单晶和多晶电池用量最大，非晶电 池用于一些小系统和计算器辅助电源等。
※ （5）太阳能光伏发电技术
2018/11/6
太阳能的利用
机械工业出版社 2018/11/6
机械工业出版社 2018/11/6
2018/11/6
2018/11/6
尚德大型太阳能发电幕墙
2018/11/6
2018/11/6
美国最大的光伏发电站-1
2018/11/6
美国最大的光伏发电站-2
地区
热带、沙漠 温带 阳光较少地区（北欧） 5－6 3－5 2－3
太阳平均辐射强度 kWh/(m2· d) 210－250 130－210 80－130 W/m2
2018/11/6
地球上的能流
图4-4 地球上的能流
2018/11/6
4.2 太阳能的转换与应用
太阳能必须即时转换成其他形式能量才能贮存 和利用，转换的方式主要有以下几种：
2018/11/6
太阳能电池原理 太阳能电池的原理是基于半导体的光伏效 应，将太阳辐射直接转换为电能。 所谓光电效应，就是指物体在吸收光能后， 其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发 生变化，由此产生出电流和电动势的效应。在 气体、液体和固体中均可产生这种效应，而半 导体光伏效应的效率最高。
机械工业出版社 2018/11/6
32
1. 半导体的内部结构
图4-5 一般的半导体结构
2018/11/6
2. P型半导体的结构
图4-6 P型半导体
2018/11/6
3. N型半导体的结构
图4-7 N型半导体
2018/11/6
4. 太阳能电池晶片的组成
图4-8 太阳电池晶片
2018/11/6
5. 太阳能晶片受光的物理过程
图4-9 太阳能晶片受光的物理过程
（1）太阳能――热能转换，并以热能形式贮存
（2）太阳能――电能转换，并以电能形式贮存
（3）太阳能――氢能转换，并以氢能形式贮存
（4）太阳能――生物质能转换，并贮存于生物 质
（5）太阳能－－机械能转换，并以机械 能形式贮存
2018/11/6
4.2.1 太阳能应用的发展史
第一阶段（1900～1920年） 第二阶段（1920～1945年） 第三阶段（1945～1965年） 第四阶段（1965～1973年）
太阳能、光伏发电与控制技术
ZWM198
2018/11/6
2018/11/6
本章主要内容
4.1 太阳的辐射及太阳能简介 4.2 太阳能的转换与应用
4.3 太阳能电池与光伏发电原理
4.4 MPPT光伏变换与控制技术
4.5 光伏阵列并网逆变器的结构与控制策略
4.6 光伏发电的制约因素与经济技术评价
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太阳能电池的分类
1. 单晶硅太阳能电池 2. 多晶硅太阳能电池 3. 非晶硅太阳能电池
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4.3.2 太阳能光伏发电原理
1. 太阳能电池阵列 2. 逆变器 3. 用电设备 4. 进户计量仪表
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1. 太阳能光伏发电系统的结构
图4-10 典型的光伏发电系统
2018/11/6
2 .系统组成
（1）太阳能电池组件：由太阳能电池（也称光伏电池）按照系 统的需要串联或并联而组成的矩阵或方阵，在太阳光照射下 将太阳能转换成电能，它是光伏发电的核心部件。 （2）充放电控制器、逆变器 本部分除了对蓄电池或其他中间 蓄能元件进行充放电控制外，一般还要按照负载电源的需求 进行逆变，使光伏阵列转换的电能经过变换后可以供一般的 用电设备使用。
第五阶段（1973～1980年）
第六阶段（1980～1992年）
第七阶段（1992～2005年）
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4.2.2 太阳能的技术应用
1．太阳能采集 ※ （1）平板集热器 ※ （2）真空管集热器 ※ （3）聚光集热器
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2．太阳能的转换
2．太阳能的转换 ※ （ 1）太阳能――热能转换 ※ （2）太阳能――电能转换 ※ （3）太阳能――氢能转换 ※ （4）太阳能――生物质能转换 ※ （5）太阳能－－机械能转换
（3）蓄电池、蓄能元件及辅助发电设备 蓄电池或其他蓄能元 件如超导、超级电容器等是将太阳能电池阵列转换后的电能 储存起来，以使无光照时也能够连续并且稳定的输出电能， 满足用电负载的需求。
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3. 光伏系统分类 （1）小型太阳能供电系统（Small DC）
该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较 小，整个系统结构简单，操作简便。如在我国的西北地区大 面积推广使用了这种类型的光伏系统，负载为直流节能灯、 家用电器等，用来解决无电地区家庭的基本照明和供电问题。
2018/11/6
3．太阳能贮存 ※ （1）热能贮热 ※ （2）电能贮存 ※ （3）氢能贮存 ※ （4）机械能贮存
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4．太阳能传输 ※ （1）直接传输 ※ （2）间接传输
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5. 太阳能的利用 ※ （1）太阳辐射的热能利用 ※ （2）太阳能光热利用 ※ （3）太阳能热发电 ※ （4）太阳能综合利用
4.1太阳的辐射及太阳能简介
4.1.1太阳简介
图4-1 太阳的结构
2018/11/6
太阳活动
图4-2 地球绕太阳运行示意图
2018/11/6
4.1.2 太阳辐射
地面辐射的时空变化特点是：① 全年以赤道获得的辐射最 多，极地最少。这种热量不均匀分布，必然导致地表各纬度的 气温产生差异，在地球表面出现热带、温带和寒带气候；② 太 阳辐射夏天大冬天小，它导致夏季温度高而冬季温度低。 不同地区太阳平均辐射强度
图4-11 小型太阳能供电系统
2018/11/6
（2）简单直流系统（Simple DC）
该系统的特点是系统中负载为直流负载，而且负载的使 用时间没有特别要求，负载主要在日间使用，系统中没有蓄 电池，也不需要控制器。整个系统结构简单，直接使用太阳 能电池阵列给负载供电，光伏发电的整体效率较高。如光伏 水泵就使用了这种类型的光伏系统。
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4.3 太阳能电池与光伏 发电原理
4.3.1 太阳能电池 太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池 （片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电 池等种类。单晶和多晶电池用量最大，非晶电 池用于一些小系统和计算器辅助电源等。
※ （5）太阳能光伏发电技术
2018/11/6
太阳能的利用
机械工业出版社 2018/11/6
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尚德大型太阳能发电幕墙
2018/11/6
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美国最大的光伏发电站-1
2018/11/6
美国最大的光伏发电站-2
地区
热带、沙漠 温带 阳光较少地区（北欧） 5－6 3－5 2－3
太阳平均辐射强度 kWh/(m2· d) 210－250 130－210 80－130 W/m2
2018/11/6
地球上的能流
图4-4 地球上的能流
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4.2 太阳能的转换与应用
太阳能必须即时转换成其他形式能量才能贮存 和利用，转换的方式主要有以下几种：
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太阳能电池原理 太阳能电池的原理是基于半导体的光伏效 应，将太阳辐射直接转换为电能。 所谓光电效应，就是指物体在吸收光能后， 其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发 生变化，由此产生出电流和电动势的效应。在 气体、液体和固体中均可产生这种效应，而半 导体光伏效应的效率最高。
机械工业出版社 2018/11/6
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1. 半导体的内部结构
图4-5 一般的半导体结构
2018/11/6
2. P型半导体的结构
图4-6 P型半导体
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3. N型半导体的结构
图4-7 N型半导体
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4. 太阳能电池晶片的组成
图4-8 太阳电池晶片
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5. 太阳能晶片受光的物理过程
图4-9 太阳能晶片受光的物理过程
（1）太阳能――热能转换，并以热能形式贮存
（2）太阳能――电能转换，并以电能形式贮存
（3）太阳能――氢能转换，并以氢能形式贮存
（4）太阳能――生物质能转换，并贮存于生物 质
（5）太阳能－－机械能转换，并以机械 能形式贮存
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4.2.1 太阳能应用的发展史
第一阶段（1900～1920年） 第二阶段（1920～1945年） 第三阶段（1945～1965年） 第四阶段（1965～1973年）
太阳能、光伏发电与控制技术
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本章主要内容
4.1 太阳的辐射及太阳能简介 4.2 太阳能的转换与应用
4.3 太阳能电池与光伏发电原理
4.4 MPPT光伏变换与控制技术
4.5 光伏阵列并网逆变器的结构与控制策略
4.6 光伏发电的制约因素与经济技术评价
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