江苏电网笔试.doc

第一部分地面太阳电池发电系统
太阳电池发电系统(又称光伏发电系统),按其使用场所不同,可分为空间应用和地面应用两大类。在地面可以作为独立的电源使用,也可以与风力发电机或柴油机等组成混合发电系统,还可以与电网联接,向电网输送电力。目前应用比较广泛的光伏发电系统主要是作为地面独立电源使用。
第一节独立光伏系统系统概述
太阳电池方阵
控制器
负载
阻塞二极管
蓄电池
通常的独立光伏发电系统主要由太阳电池方阵、蓄电池、控制器以及阻塞二极管组成,其方框图如下:

方阵的作用是将太阳辐射能直接转换成电能,供给负载使用。一般由若干太阳电池组件按一定方式连接,再配上适当的支架及接线盒组成。

蓄电池组是太阳电池方阵的贮能装置,其作用是将方阵在有日照时发出的多余电能贮存起来,在晚间或阴雨天供负载使用。
在光伏发电系统中,蓄电池处于浮充放电状态,夏天日照量大,除了供给负载用电外,还对蓄电池充电;在冬天日照量少,这部分贮存的电能逐步放出,在这种季节性循环的基础上还要加上小得多的日循环,白天方阵给蓄电池充电,(同时方阵还要给负载用电),晚上则负载用电全部由蓄电池供给。因此,要求蓄电池的自放电要小,而且充电效率要高,同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。常用的蓄电池有铅酸蓄电池和硅胶蓄电池,要求较高的场合也有价格比较昂贵的镍镉蓄电池。

在不同类型的光伏发电系统中控制器各不相同,其功能多少及复杂程度差别很大,需根据发电系统的要求及重要程度来确定。控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。在简单的太阳电池,蓄电池系统中,控制器的作用是保护蓄电池,避免过充,过放。若光伏电站并网供电,控制器则需要有自动监测、控制、调节、转换等多种功能。如果负载用的是交流电,则在负载和蓄电池间还应配备逆变器,逆变器的作用就是将方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电,供给负载使用。

也称作为反充二极管或隔离二极管,其作用是利用二极管的单向导电性阻止无日照时蓄电池通过太阳电池方阵放电。对阻塞二极管的要求是工作电流必须大于方阵的最大输出电流,反向耐压要高于蓄电池组的电压。在方阵工作时,阻塞二极管两端有一定的电压降,~;。
第二节太阳电池组件
太阳电池是将太阳光直接转换为电能的最基本元件。但单体太阳电池是不能直接做为电源使用的。因为单体电池薄而脆,容易碎裂,其电极的耐湿,耐腐蚀性能也还不能满足长期裸露使用的要求,而且单体太阳电池的工作电压太低,远不能满足一般用电设备的电压要求。因而需根据使用要求将若干单体电池进行适当的连接并经过封装后,组成一个可以单独对外供电的最小单元即组件。

在设计中主要是确定组件工作电压和功率这两个参数。同时还要根据目前材料、工艺水平和长寿命的要求,让组件面积比较合适,并让单体电池之间的连接可靠,且组合损失较小。
通过对单体太阳电池进行适当的串、并联,以满足不同的需要。电池串联时,两端电压为各单体电池中电压之和,电流等于各电池中最小的电流;并联时,总电流为各单体电池电流之和,电压取平均值。
组件设计举列:用F40mm的单晶硅太阳电池(%),。
单晶硅电池的工作电压为:V=
则串联电池数:Ns==,取Ns=4片
单体电池面积:s=p/4d2=p´42/4=
单体电池封装后功率:Pm=100mv/cm2 ´´%´95%=100mw=
式中95%是考虑封装时的失配损失
需太阳电池总的片数:N==12片
太阳电池并联数:NP=N/Ns=12/4=3组
故用12片F40mm的单晶硅太阳电池四串三并,即可满足要求。
+
-
,一旦其中一片电池损坏、开路或被阴影遮住,损失的不是一片电池的功率,而是整串电池都将失去作用,这在串联电池数目较多时影响尤为严重。为了避免这种情况,可以用混联(或称网状连接)的对应的电池之间连片连接起来,,这样,即使有少数电池失效(如有阴影线的),也不致于对整个输出造成严重损失。
+
-
图串并联
图混联

单体电池联接后,即可进行封装,以前组件的结构多数是:正面用透光率高的玻璃覆盖,太阳电池的前后面都用透明的硅橡胶粘接,背面用铝板式玻璃作依托,四周用铝质或不锈钢作边框,引出正负极即成组件。这种组件质量不易保证,封装劳动强度大。近些年来,国内外组件大多已采用新型结构;正面采用高透光率