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太阳能光伏发电技术在建筑中的应用

2012-07-30 09:26
林契于宸
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  1 引言

  能源是社会发展的根本动力,现代建筑对煤炭、石油、天然气等传统的能源过分依赖,高能耗、低效率的建筑不仅增加了能源的消耗,而且污染环境。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,具有安全、无污染、可再生和分布范围广等特点,它是最理想的可再生能源和绿色环保能源,是所有化石能源及多种可再生能源的源头,是缓解能源危机的最可持续的途径,是世界各国争相开发的能源产品。太阳能光伏发电作为一种新的能源形式,在近年来得到了长足的发展。推广和使用太阳能光伏发电,对于节能减排意义重大。

  太阳能光伏发电是直接将太阳光转换成电能的一种发电形式。由于其具有安全可靠、清洁卫生、无噪声、无污染、建设周期短、维护简单等特点,被广泛的应用于城市现代化建筑,市政公共工程以及亮化工程等领域。近年来,随着对建筑节能要求的提高,太阳能光伏发电系统与建筑一体化已成为应用光伏发电的发展方向。

  2 太阳能光伏发电技术

  太阳能光伏发电系统的基本组成

  太阳能光伏发电系统主要是由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、逆变器等设备组成,其各部分设备的作用是:

  (1)太阳能电池方阵。太阳电池方阵由太阳电池组合板和方阵支架组成。因为单个太阳电池的电压一般比较低,所以通常都要把它们串、并联构成有实用价值的太阳电池板,作为一个应用单元,然后根据供电要求,再由多个应用单元的串、并联组成太阳能电池方阵。太阳能电池板(某些半导体材料,目前主要是多晶硅、单晶硅以及非晶硅,经过一定工艺组装起来)是太阳能光伏系统中的最主要组成部分,也是太阳能光伏发电系统中价值最高的部分。太阳能电池板在有光照情况下,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“光电效应”。在光电效应的作用下,太阳能电池的两端产生电动势,将光能转换成电能,它是能量转换的器件。

  (2)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。在太阳能并网发电系统中,可不加蓄电池组。

  (3)控制器。对电能进行调节和控制的装置。

  (4)逆变器。是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的直流电转换成交流电的设备,是光伏并网发电系统的关键部件。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源,当负载是交流负载时,逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式,可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统,为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统,本文主要介绍太阳能光伏并网发电系统[1]。如图1所示,并网逆变器由igbt等功率开关器件构成,控制电路使开关元件有一定规律的连续开通或关断,使输出电压极性正负交替,将直流输入转换为交流输出。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单,造价低,但谐波分量大,一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高,但可以适用于各种负载。

  并网逆变器除具有普通逆变器的功能外,还应具有以下功能:

  纯正弦波同步并网送电:通过dc/ac电压型逆变器实现电流瞬时控制,将电流控制成50hz正弦波,自动与电网同步后送入电网。以正弦波电流的方式并网送电不会对电网产生谐波干扰和过多的无功分量。

  太阳能电池最大功率追踪技术:以晶体硅为基本材料的太阳能电池在不同的照射强度和温度下其i~v特性曲线各不相同,而输出与i~v特性相应存在一个最大功率输出点,因此,对太阳电池最大输出功率点的追踪mppt(maximum power point trace)成为提高整个系统效率的关键点之一。

  反孤岛运行技术:并网发电运行时,电网因意外情况出现停电时,并网运行设备应该能够及时检测出电网停电情况,并与电网解列,停止向电网送电,以保护人身和设备安全。

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