国家发改委PV培训课程光伏发电技术A王课件.ppt

1、2011光伏发电技术进展和政策分析专项培训光伏发电技术进展和政策分析专项培训 国家发改委能源研究所国家发改委能源研究所光伏发电技术和系统设计光伏发电技术和系统设计1、光伏发电的特点、光伏发电的特点 2、光伏发电系统的设计、光伏发电系统的设计（资源评估、系统构成、设（资源评估、系统构成、设备选型、太阳电池、逆变器、汇流箱、组串设计、备选型、太阳电池、逆变器、汇流箱、组串设计、发电量计算、数据采集和监控等）发电量计算、数据采集和监控等）3、用户侧并网的光伏系统：、用户侧并网的光伏系统：“净电量计量净电量计量”法、单法、单向双表计量、最大并网容量、向双表计量、最大并网容量、“逆功率逆功率”和和“防逆

2、防逆流流”，德国，德国VDE标准等；标准等；4、特殊设计：遮挡计算、抗风计算、防雷和接地等；、特殊设计：遮挡计算、抗风计算、防雷和接地等；5、二氧化碳减排计算、二氧化碳减排计算6、RetScreen软件介绍软件介绍目目 录录1、光伏发电系统设计、光伏发电系统设计并网光伏发电系统的设计步骤并网光伏发电系统的设计步骤1、在考察的基础上进行预可行性研究（、在考察的基础上进行预可行性研究（RetSchreen）；）；2、技术方案确定和设备选型（太阳电池、逆变器、监控、其它、技术方案确定和设备选型（太阳电池、逆变器、监控、其它设备、运行方式等）；设备、运行方式等）；3、工程设计：与建筑结合、土建施工方案

3、、工程设计：与建筑结合、土建施工方案、抗风能力、防雷接抗风能力、防雷接地、电网接入系统地、电网接入系统；4、特殊设计特殊设计：1)对于对于BIPV和和BAPV：并网方式、遮挡计算、专用：并网方式、遮挡计算、专用BIPV组件组件 的安装设计、的安装设计、造型和美观等造型和美观等;2)对于大型光伏电站：占地计算、场地、基础、机房、围栏、对于大型光伏电站：占地计算、场地、基础、机房、围栏、自动跟踪系统等。自动跟踪系统等。5太阳能资源评估太阳能资源评估6太阳辐射传输过程示意太阳辐射传输过程示意反射反射散射散射吸收吸收直射直射地面反射地面反射770E80E90E100E110E120E130E目 前 进

4、 行 日 照 观 测 的 基 本 气 象 站15N25N35N45N55N中国气象局地面观测网中国气象局地面观测网日照日照8中国目前可以取得的太阳辐射资料中国目前可以取得的太阳辐射资料我国我国1953年开始测量太阳辐射，气象台站数量从解放初的年开始测量太阳辐射，气象台站数量从解放初的70个发展到现在的个发展到现在的2610个，其中气象站个，其中气象站2300个（县级气象个（县级气象站），气象台站），气象台310个。个。县级气象站的主要任务是对风（台风）、气温、湿度、降县级气象站的主要任务是对风（台风）、气温、湿度、降雨、雪、雹、地温等参数的观测和预报，与太阳辐射相关的雨、雪、雹、地温等参数的观

5、测和预报，与太阳辐射相关的数据只有数据只有“日照时数日照时数”。日照时数的测量是用感光纸记录日照时数的测量是用感光纸记录光强大于光强大于120W/m2的时间，分辨率为的时间，分辨率为10分钟分钟。从国家气象局网站上可以查到全国从国家气象局网站上可以查到全国122个气象台个气象台1957-2007年的辐射数据（不包括台湾、香港和澳门）。年的辐射数据（不包括台湾、香港和澳门）。1993年以前，年以前，全国有全国有66个气象台有水平面太阳总辐射和散射辐射的数据，个气象台有水平面太阳总辐射和散射辐射的数据，1993年以后，全国只有年以后，全国只有17个气象台有水平面太阳总辐射和散个气象台有水平面太阳总

6、辐射和散射辐射的数据。射辐射的数据。9布格布格-朗伯定律朗伯定律:SD=S0Fm S0=1350W/m2余弦定律余弦定律:ST=SDCOS Zm=1/Sin P/P0Sin =Sin Sin+Cos Cos Cos N =23.5Sin(360*(284+N)/365)DT=Dp(1+CosZ)/2 RT=Qp(1-CosZ)/2 S QT=ST+DT+RT（直散分离）（直散分离）10太阳能资源的单位换算太阳能资源的单位换算1992年以前的太阳辐射单位：年以前的太阳辐射单位：Kcal/cm21992年以后：年以后：MJ/m2光伏设计用辐射单位：光伏设计用辐射单位：kWh/m21卡卡=4.18焦

7、耳，焦耳，1焦耳焦耳=1ws甘肃武威水平面年辐射量：6141.6MJ/m26141.6106/3600/1000=1706kWh/m21706kWh/m2/365=4.70 kWh/天甘肃武威水平面年辐射量：147Kcal/cm21471034.1810000/3600/1000=1706.8kWh/m21706kWh/m2/365=4.70 kWh/天11太阳能资源数据太阳能资源数据(10 年平均值年平均值 MJ/m2 (kcal/cm2)水平面上的太阳能资源水平面上的太阳能资源太阳电池方阵倾斜面上的太阳能资源太阳电池方阵倾斜面上的太阳能资源方阵倾斜面上的太阳辐射量由计算机辅助设计软件完成方

8、阵倾斜面上的太阳辐射量由计算机辅助设计软件完成（RetScreen）.对于独立光伏系统：优化设计太阳电池方阵的倾角有利于增加冬天对于独立光伏系统：优化设计太阳电池方阵的倾角有利于增加冬天的充电电流，适当减少的充电电流，适当减少 夏季的充电电流，从而有效避免蓄电池的过夏季的充电电流，从而有效避免蓄电池的过充电和过放电，也有利于减少蓄电池的冬季储备容量，减少初投资。充电和过放电，也有利于减少蓄电池的冬季储备容量，减少初投资。对于并网光伏系统，追求全年发电量最大，倾角的选择又不相同。对于并网光伏系统，追求全年发电量最大，倾角的选择又不相同。对于聚光太阳电池，要求对于聚光太阳电池，要求DNI（Dire

9、ct Normal Inrradiation）的辐）的辐射数据，我们国家没有。射数据，我们国家没有。12中国水平中国水平面太阳辐面太阳辐射分布图射分布图等级等级资源带号资源带号年总辐射量（年总辐射量（MJ/m2）年总辐射量（年总辐射量（kWh/m2）平均日辐射量平均日辐射量（kWh/m2）最丰富带I 6300 1750 4.8 很丰富带II5040 6300 1400 1750 3.8 4.8 较丰富带III3780 5040 1050 1400 2.9 3.8 一般IV 3780 1050 2.9 13全国平均不同发电系统的年利用小时数全国平均不同发电系统的年利用小时数Full runnin

10、g hrs(peak hrs)for different location独立光伏电站效率：独立光伏电站效率：60-65%；Eff.of stand-along sys.建筑并网光伏发电效率：建筑并网光伏发电效率：70-75%；Eff.of BIPV&BAPV大型并网光伏电站效率：大型并网光伏电站效率：75-80%。Eff.of LS-PV不同地区不同地区水平面年太阳辐射Horizontal（kWh/m2)倾斜面年太阳辐射Tilted（kWh/m2)独立光伏电站Stand-along建筑并网系统BIPV&BAPV开阔地并网系统LS-PV西北地区西北地区West1610.80 1828.4112

11、5014501540东南沿海东南沿海East1364.65 1502.04100012001250全国平均全国平均Average1487.73 1665.23 11001250135014光伏光伏电站的系统构成电站的系统构成和设备选型和设备选型大型荒漠电站设备配置和选型大型荒漠电站设备配置和选型太阳电池太阳电池方阵接线箱方阵接线箱直流配电直流配电逆变器逆变器交流配电交流配电数据采集、显示和通信数据采集、显示和通信16太阳电池太阳电池17 导体导体 绝缘体绝缘体 半导体半导体 N PFGPNN P N-P+I18 太阳电池的结构太阳电池的结构19太阳电池、组件和方阵太阳电池、组件和方阵单体组件方

12、阵20太阳电池的太阳电池的I-VI-V特性及功率曲线特性及功率曲线I:电流 Isc:短路电流 Im:最大工作电流V:电压 Voc:开路电压 Vm:最大工作电压标准条件：标准条件：AM=1.5 Q=1000W/m2 T=25 C光强光强 I 温度温度 V(-2.5mV/C)21太阳光强与开路电压和短路电流的关系太阳光强与开路电压和短路电流的关系I:电流 Isc:短路电流 Im:最大工作电流V:电压 Voc:开路电压 Vm:最大工作电压22温度的影响温度的影响随着太阳电池温度的增加，开路电压减少，在20-100C范围，大约每升高1C每片电池的电压减少2mV；而光电流随温度的增加略有上升。总的来说，

13、温度升高太阳电池的功率下降，典型功率温度系数为0.35%/C。也就是说，如果太阳电池温度每升高1C，则功率减少0.35%。23光强的影响光强的影响光强与太阳电池组件的光电流成正比，在光强由100W/m2-1000W/m2范围内，光电流始终随光强的增长而线性增长；而光强对光电压的影响很小，在温度固定的条件下，当光强在400W/m2-1000W/m2范围内变化，太阳电池组件的开路电压基本保持恒定。24串联回路太阳电池的热斑现象串联回路太阳电池的热斑现象1.d点，此时工作电流为零，组开路电压VGd等于电池1和电池2的开路电压之和；2.c点，电池1和电池2都有正的功率输出；3.b点，此时电池1仍然工作

14、在正功率输出，而受遮挡的电池2已经工作在短路状态，没有功率输出，但也还没有成为电池1的负载；4.a点，此时电池1仍然有正的功率输出，而电池2上的电压已经反向，电池2成为电池1的负载；5.应当注意到，并不是仅在电池组处于短路状态才会发生“热斑效应”，从b点到a点的工作区间，电池2都处于接收功率的状态，如旁路型控制器在蓄电池充满时将通过旁路开关将太阳电池短路，此时就很容易形成热斑。25并联回路太阳电池的热斑现象并联回路太阳电池的热斑现象1.a点，此时电池组的工作电压为零，短路电流Isc等于电池1和电池2的短路电流之和；2.b点，电池1和电池2都有正的功率输出；3.c点，此时电池1仍然工作在正功率输

15、出，而受遮挡的电池2已经工作在开路状态，没有功率输出，但也还没有成为电池1的负载；4.d点，此时电池1仍然有正的功率输出，而电池2上的电流已经反向，电池2成为电池1的负载，此时电池1的功率全部加到了电池2上，如果这种状态持续时间很长或电池1的功率很大，也会在被遮挡的电池2上造成热斑损伤。5.应当注意到，从c点到d点的工作区间，电池2都处于接收功率的状态。26防止热斑现象发生防止热斑现象发生防止热斑现象的防止热斑现象的办法就是加装旁办法就是加装旁路二极管和阻断路二极管和阻断二极管。二极管。旁路二极管的作旁路二极管的作用是在被遮挡组用是在被遮挡组件一侧提供电流件一侧提供电流通路；通路；阻断二极管的

16、作阻断二极管的作用是阻断被遮挡用是阻断被遮挡组件上的反向电组件上的反向电流。流。27逆变器逆变器并网逆变器的要求并网逆变器的要求1.逆变器转换效率逆变器转换效率2.可靠性（元器件选择、保护功能）可靠性（元器件选择、保护功能）3.输出电流总谐波输出电流总谐波4.电子兼容技术（电磁干扰、电子兼容技术（电磁干扰、防雷、接地防雷、接地、浪涌、漏电等）、浪涌、漏电等）5.最大功率点跟踪技术（最大功率点跟踪技术（MPPT）6.电网锁相技术电网锁相技术7.孤岛检测和防护孤岛检测和防护8.并网电路拓扑结构并网电路拓扑结构9.并网系统的群控、监控及调度技术并网系统的群控、监控及调度技术并网逆变器的拓扑结构并网逆

17、变器的拓扑结构（自身带有隔离变压器）（自身带有隔离变压器）并网逆变器的拓扑结构并网逆变器的拓扑结构（通过升压变压器并入高压电网）（通过升压变压器并入高压电网）太阳电池的最大功率跟踪（太阳电池的最大功率跟踪（MPPT）要求：快速、准确和稳定要求：快速、准确和稳定32孤岛现象和防护孤岛现象和防护孤岛现象：孤岛现象：当电网的部分线路因故障或检修而停电时，停电当电网的部分线路因故障或检修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围的负载构线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围的负载构成一个自给供电的孤岛。成一个自给供电的孤岛。IEC 62116 ed 1.0（2005）光伏并网逆变

18、器防孤岛测试方法光伏并网逆变器防孤岛测试方法Testing Procedure-Islanding Prevention Measures for Power Conditioners used in grid connected photovoltaic(PV)generation systems大型荒漠电站大型荒漠电站关键设备和技术难点：关键设备和技术难点：太阳电池、逆变器、监控系统、自太阳电池、逆变器、监控系统、自动跟踪、电站工程建设、电网接入系统。动跟踪、电站工程建设、电网接入系统。超大规模光伏发电（超大规模光伏发电（VLS-PV)超大规模光伏发电（VLS-PV）是国际能源机构（IEA

19、）的第8项任务（Task8），主要研究、追踪超大规模光伏发电的技术和信息，并开展国际间的交流和合作。VLS-PV 是指10MWp以上的光伏发电系统，一般指荒漠光伏电站。大规模光伏电站（大规模光伏电站（LS-PV）技术特点）技术特点1、在输电网（发电侧）并网，电流是单方向的；没有储能系统；、在输电网（发电侧）并网，电流是单方向的；没有储能系统；2、并入中压电网（、并入中压电网（10kV，35kV，110kV);3、不能自发自用和、不能自发自用和“净电表计量净电表计量”，只能给出，只能给出“上网电价上网电价”；4、少量自用电从电网取（小于、少量自用电从电网取（小于1%）（）（BIPV的大部分电自用）；的大部分电自用）；5、一般功率很大，、一般功率很大，1MW以上；以上；6、一般都是无人值守；、一般都是无人值守；7、要求离负荷中心较近，就地消化；、要求离负荷中心较近，就地消化；8、一般占用荒地；、一般占用荒地；9、自动跟踪和聚光电池自动跟踪和聚光电池一般都是用在荒漠电站；一般都是用在荒漠电站；10、带有气象和运行数据自动监测系统和远程数据传输系统、带有气象和运行数据自动监测系统和远程数据传输系统。