光伏發(fā)電的基本原理精選(九篇)

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第1篇：光伏發(fā)電的基本原理范文

關(guān)鍵詞：分布式；光伏發(fā)電系統(tǒng)；并網(wǎng)發(fā)電；電力生產(chǎn)；電力系統(tǒng) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM615 文章編號：1009-2374（2016）13-0090-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.043

分布式光伏發(fā)電是一種新興的、具有廣闊發(fā)展前景的技術(shù)，具有輸出功率較小、綠色環(huán)保等特點。該技術(shù)采取就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用的原則，利用光伏組件將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，既能緩解局部用電緊張狀況，又能解決長距離輸電的損耗問題，還能與大電網(wǎng)互為備用，提高供電可靠性，對于優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、促進節(jié)能減排、防治大氣污染具有重要意義。

1 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本原理

分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是近年來提出的“微電網(wǎng)”的一部分，是一個能實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。其核心問題是使系統(tǒng)充分利用太陽能資源，在安裝組件時應(yīng)確保向陽光最充足的方向安裝。其基本原理是利用太陽能電池組的光生伏打效應(yīng)，通過并網(wǎng)逆變器，將光伏電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電。太陽能轉(zhuǎn)換為電能，主要分三步：（1）太陽能電池吸收一定能量的光子后，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對，電子帶負電，空穴帶正電；（2）電極性相反的光生載流子被太陽能電池產(chǎn)生的靜電場分離開；（3）光生載流子和空穴分別被太陽能電池的正負極收集，在外電路中產(chǎn)生電流，形成電能。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為就近較低電壓等級并網(wǎng)和集中控制、高壓單點兩種并網(wǎng)方式。小型光伏發(fā)電系統(tǒng)對公共電網(wǎng)的影響相對較小，一般采用就近較低電壓等級并網(wǎng)方式。大中型光伏電站通常并網(wǎng)容量大，對電網(wǎng)潮流影響較大，一般采用集中控制、高壓單點并網(wǎng)方式。

2 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要構(gòu)成

分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、光伏方陣支架、并網(wǎng)逆變器、蓄電池、直流匯流箱、直流配電柜、交流配電柜、系統(tǒng)監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測裝置等構(gòu)成。其基本運行模式是，當太陽輻射時，太陽能電池組件將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力由所接入的電網(wǎng)調(diào)節(jié)。

2.1 太陽能電池組件

太陽能電池組件是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，目前應(yīng)用最廣泛的太陽能電池組件是結(jié)晶硅組件，用鋼化玻璃、EVA及TPT熱壓密封而成，并加裝鋁合金邊框，具有抗風(fēng)、抗冰雹、便于安裝等特點。太陽能電池通常由高純硅材料制成，是一種半導(dǎo)體PN結(jié)器件。按照發(fā)電效率由高至低的順序分為非晶硅薄膜太陽能電池、多晶硅電池、單晶硅電池和薄膜復(fù)合晶硅電池。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，存儲到蓄電池或推動負載工作。

2.2 光伏并網(wǎng)逆變器

光伏并網(wǎng)逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電子器件，具備自動穩(wěn)頻和穩(wěn)壓的功能，能夠確保光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。主要作用是將太陽能電池組件產(chǎn)生的直流電（12V、24V、48V）逆變成交流電，然后送入公共電網(wǎng)。主要性能指標是平均故障修復(fù)時間（MTTR）、故障率、可靠度、平均故障間隔時間（MTBF）。光伏并網(wǎng)逆變器分為電流源電流控制、電壓源電壓控制、電流源電壓控制、電壓源電流控制四種。為確保光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具備良好的動態(tài)響應(yīng)，光伏并網(wǎng)逆變器應(yīng)選擇電壓源進行輸入。如采用電壓控制方式進行輸出，需要使用鎖相控制技術(shù)實現(xiàn)與電網(wǎng)同步的目的，但鎖相回路響應(yīng)時間較長，很難對并網(wǎng)逆變器輸出電壓值進行準確控制，易造成噪聲環(huán)流現(xiàn)象，因此建議采用電流控制方式作為光伏并網(wǎng)逆變器的輸出方式。為提高并網(wǎng)電流質(zhì)量，光伏并網(wǎng)逆變器電流輸出側(cè)需使用合適的濾波器。同時為確保公共電網(wǎng)的安全，并網(wǎng)逆變器還要考慮三相電壓、電流不平穩(wěn)、欠壓、防雷接地保護、短路保護、防孤島效應(yīng)等保護措施。

2.3 蓄電池

其作用是在有光照時儲存太陽能電池板的電能，供負載使用。蓄電池一般使用免維護鉛酸電池，也可使用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。主要性能指標包括額定容量、低溫放電和充電性能、充電效率以及深放電后的恢復(fù)性能、使用壽命等。

2.4 充電控制器

蓄電池因日照影響頻繁充放電會出現(xiàn)過充電和過放電現(xiàn)象，縮短使用壽命。充電控制器能為蓄電池提供穩(wěn)定的充電電流和電壓，起到過充電（放電）保護的作用。

2.5 監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心組成。其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測、電參數(shù)監(jiān)測等設(shè)備，主要功能是從電壓傳感器、電流傳感器、智能傳感器、溫度傳感器等被測單元中采集數(shù)據(jù)，送至上位機進行分析處理；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要用于電站數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測裝置與數(shù)據(jù)采集裝置之間、數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)中心是指集中多個光伏電站數(shù)據(jù)的環(huán)境，將傳感器采集的信息在數(shù)據(jù)中心進行處理和顯示。

3 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲技術(shù)

分布式光伏系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的集中式發(fā)電系統(tǒng)相比，存在較大差異。研究設(shè)計分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵要充分考慮當?shù)靥柲艿姆植碱A(yù)測和負荷水平，在可用性、隨機性方面給予正確評估。

3.2 分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制技術(shù)

分布式光伏系統(tǒng)具有多并網(wǎng)逆變器和多能量來源等特點，必須注重在并網(wǎng)運行中的相互耦合影響以及并網(wǎng)協(xié)調(diào)的控制問題。為實現(xiàn)負荷穩(wěn)態(tài)的合理動態(tài)分配，必須注重多個逆變器在獨立運行中的協(xié)調(diào)控制問題，同時還要深入研究能夠適合于并網(wǎng)逆變器的無盲區(qū)孤島檢測問題。

3.3 鎖相環(huán)控制技術(shù)

鎖相環(huán)是控制光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)輸出的交流電與市電同頻共相的一項技術(shù)，它作為一種反饋控制電路，接受外部信號后，與自身系統(tǒng)信號比較，再通過其內(nèi)部的相關(guān)環(huán)節(jié)控制內(nèi)部環(huán)路信號的相位和頻率，然后發(fā)出信號。

其中鑒相器主要負責(zé)檢測輸入信號和輸出信號的相位差，并將相位差轉(zhuǎn)化成電壓信號的形式。當輸入信號出現(xiàn)波動時，鑒相器的輸出電壓信號將產(chǎn)生紋波。環(huán)路濾波器主要負責(zé)將這些電壓信號平均化，并去除紋波，得到較為穩(wěn)定的電壓信號。壓控振蕩器主要負責(zé)接受穩(wěn)定的電壓信號，并產(chǎn)生一定頻率的輸出信號，輸出信號傳到開關(guān)管的控制電路，控制開關(guān)管的開關(guān)，使逆變器的輸出電能與市電同頻共相。

4 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電對電網(wǎng)的影響

我國中低壓配電網(wǎng)大多采用中性點不接地系統(tǒng)，屬于單側(cè)電源輻射性供電網(wǎng)絡(luò)，而分布式發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)，使配電系統(tǒng)從放射性結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，潮流和短路電流大小、流向以及分布特性均會產(chǎn)生變化，對電網(wǎng)造成不良影響。

4.1 對電壓調(diào)節(jié)的影響

接入分布式光伏電源后，會造成局部配電線路的電壓波動和閃變，既定的電壓方案不能滿足配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的要求。

4.2 對電流保護的影響

接入分布式電源后，當電路發(fā)生故障時，主要對繼電保護、重合閘等動作產(chǎn)生影響。比如：降低本線路保護的靈敏度，甚至出現(xiàn)本線路保護的誤動和拒動；導(dǎo)致相鄰線路的瞬時速斷保護誤動，失去選擇性；重合閘不能正常運行等。

4.3 出現(xiàn)非正常孤島現(xiàn)象

孤島效應(yīng)是指當電網(wǎng)出現(xiàn)電氣故障或其他原因中斷供電時，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仍然向周圍的負載供電，從而形成無法控制的自給供電孤島。盡管當前絕大多數(shù)光伏逆變器采用了預(yù)測孤島現(xiàn)象和切斷電路的設(shè)計，但分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在多個逆變器并聯(lián)且相互影響的情況下，仍會出現(xiàn)無法預(yù)測的孤島現(xiàn)象，進而損壞用電設(shè)備，甚至威脅到電網(wǎng)檢修人員的安全。

4.4 對電能質(zhì)量的影響

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器使用了大量的電力電子元件，逆變器并網(wǎng)易產(chǎn)生諧波、三相電流不平衡，造成電網(wǎng)電壓波動和閃變。

5 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)展前景

近年來，為解決能源問題和環(huán)境問題，國外許多發(fā)達國家十分重視分布式光伏系統(tǒng)的研發(fā)，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快。我國也加大了分布式光伏發(fā)電的支持力度，國家和地方政府相繼出臺了一系列促進光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策。目前分布式光伏發(fā)電已在發(fā)電站、交通監(jiān)控、景觀照明、道路照明等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，越來越多的居民開始使用家用太陽能電源產(chǎn)品。當前應(yīng)用最廣泛的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是居民自建房屋、城市居民小區(qū)、產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)廠房等建筑屋頂上的規(guī)模較小的光伏發(fā)電項目，其顯著優(yōu)點是日照輻射好，不占專用地，光伏組件安裝相對自由，系統(tǒng)效率高，便于大規(guī)模推廣應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，2014年，分布式光伏發(fā)電建設(shè)規(guī)模占800萬千瓦，超過建設(shè)規(guī)?？傤~的一半。國家公布的相關(guān)規(guī)劃明確提出，鼓勵在中東部地區(qū)建設(shè)與建筑結(jié)合的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，鼓勵單位、社區(qū)和家庭安裝和使用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，同時，屋頂問題、接入問題和貸款問題也將逐步得到解決。另外，國家將在每個省建設(shè)500MW分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范區(qū)，分布式光伏發(fā)電將會在國內(nèi)迎來更為廣闊的前景。

參考文獻

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[A].全國光伏技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集[C].1998.

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研究[D].山東大學(xué)，2007.

[3] 潘逸，竇偉.新型大功率光伏并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)仿

第2篇：光伏發(fā)電的基本原理范文

關(guān)鍵詞：光伏陣列；不均勻光照；輸出特性；信真模型；Matlab；Simulink 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM914 文章編號：1009-2374（2015）29-0024-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.29.012

1 光伏發(fā)電的基本原理

1.1 光伏電池的數(shù)學(xué)模型

光伏電池的等效電路如圖1所示，圖中，為光生電流，取決于光伏電池的面積和入射光的輻照度和本體的溫度；為暗電流，是光伏電池?zé)o光照時由外電壓作用下PN結(jié)流過的單向電流；為負載電流；為開路電壓，與入射光的輻照度的對數(shù)成正比，與環(huán)境溫度成反比；為串聯(lián)電阻，一般小于1歐姆；為旁路電阻，一般為幾千歐姆；I0為無光照時的飽和電流；為短路電流。

2 仿真探索不均勻光照下光伏陣列的輸出特性

2.1 模型介紹

模型中每一個光伏電池都并聯(lián)了一個旁路二極管，但只并聯(lián)旁路二極管時運行中會報錯，因此旁路二極管旁又并聯(lián)一個電阻，光伏陣列模塊由4個光伏電池串聯(lián)。光伏電池模塊如圖2所示：

用以上模型仿真，將光伏陣列的輸出電壓、輸出電流、輸出功率導(dǎo)入matlab的workspace當中，即可畫出相應(yīng)的光伏陣列輸出特性曲線。

2.2 不均勻光照下光伏陣列的輸出特性

2.2.1 一種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照均設(shè)為時，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖3（a）和3（b）所示：

觀察圖3，在I-U特性曲線中，光伏陣列的開路電壓即為4個光伏電池串聯(lián)后的開路電壓，；光伏陣列的短路電流即為4個光伏電池串聯(lián)后的短路電流，。P-U特性曲線中，光伏陣列最大功率點電壓為，最大功率為，。仿真所得圖線與理論計算結(jié)果一致。

2.2.2 兩種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照分別設(shè)為、、、，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖4（a）和4（b）所示：

2.2.3 三種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照分別設(shè)為、、、，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖5（a）和5（b）所示：

2.2.4 四種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照分別設(shè)為、、、，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖6（a）和6（b）所示：

2.2.5 不均勻光照下光伏陣列的輸出特性仿真總結(jié)。（1）當整個光伏陣列中只有一種光照時，其I-U特性曲線上只有一個膝點，其P-U特性曲線上只有一個峰值；（2）當某塊光伏電池被遮擋時，由于所接受到的光照下降，導(dǎo)致被遮擋的光伏電池的I-U特性曲線上短路電流的下降，同時由于遮擋導(dǎo)致光伏電池溫度升高，其相應(yīng)的開路電壓也會相應(yīng)減小。因此，當光伏陣列中的某塊電池被遮擋時，其光伏陣列的輸出特性會發(fā)生變化，即整個光伏陣列的I-U特性曲線上會出現(xiàn)多個膝點，而對應(yīng)的P-U特性曲線上可能會出現(xiàn)多個峰值；（3）當有個光伏電池串聯(lián)，有（）種光照時，光伏陣列的I-U特性曲線將有個膝點，P-U特性曲線可能會出現(xiàn)個波峰。

參考文獻

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第3篇：光伏發(fā)電的基本原理范文

【關(guān)鍵詞】 功率預(yù)測 短期預(yù)測 均方根誤差

發(fā)電與用電必須實時平衡是電力系統(tǒng)運行的重要特點，只有這樣系統(tǒng)才能保證安全和穩(wěn)定。因而無論在國內(nèi)還是國外，電網(wǎng)調(diào)度部門主要負責(zé)電力系統(tǒng)的調(diào)頻、調(diào)峰、安排發(fā)電計劃和備用容量等業(yè)務(wù)。對于新能源發(fā)電方面，尤其以光伏和風(fēng)電為代表，當其在電力系統(tǒng)中達到較高透率時，準確預(yù)測其輸出功率不僅有助于調(diào)度部門提前調(diào)整調(diào)度計劃來減輕光伏風(fēng)電間歇性對電網(wǎng)的影響，而且還可減少備用容量的安排，從而降低系統(tǒng)運行成本。因此，新能源功率預(yù)測在電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，更精確的預(yù)測風(fēng)能、太陽能發(fā)電功率有利于制定合理的電力調(diào)度計劃。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

對新能源發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)的研究較早起源于國外，尤其以丹麥、德國、瑞士、西班牙和日本等國的相關(guān)大學(xué)和科研機構(gòu)為代表。上世紀90年代丹麥開始大力發(fā)展風(fēng)電，促使了其不同公司或高校開始研究新能源功率預(yù)測問題。[1]相繼產(chǎn)生了多個產(chǎn)品，如Riso實驗室開發(fā)了Prediktor系統(tǒng)，丹麥技術(shù)大學(xué)開發(fā)出WPPT（Wind Power Prediction Tool）系統(tǒng)，而后的用于風(fēng)電功率預(yù)測的Zephry系統(tǒng)就是由Prediktor和WPPT整合而來，另外由ENFOR公司研發(fā)的用于光伏功率預(yù)測的SOLARFOR系統(tǒng)也比較有代表性；作為國際上較早大面積應(yīng)用新能源的德國，其Oldenburg大學(xué)開發(fā)了Previento系統(tǒng)，德國太陽能研究所開發(fā)了風(fēng)電功率管理系統(tǒng)（WPMS）；西班牙Joen大學(xué)建立了19kW的光伏發(fā)電站驗證其發(fā)電預(yù)報準確率[2]，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，以實測的光伏板溫度、日照輻射強度為輸入值，以其I/V曲線為目標函數(shù)，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多層傳感器，求解出逼近實際工況的I/V曲線，建立了發(fā)電功率日照強度、板溫之間的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)過驗證，該系統(tǒng)2003年發(fā)電量預(yù)測值與實測值的歷史相關(guān)系數(shù)高達0.998。國內(nèi)方面光伏發(fā)電量預(yù)測技術(shù)研發(fā)起步較晚。華北電力大學(xué)[3]結(jié)合光伏組件數(shù)學(xué)模型和保定地區(qū)氣象資料，模擬了30MW光伏電站發(fā)電量數(shù)據(jù)，利用支持向量機回歸分析方法進行功率預(yù)測，但該方法無實際光伏電站的實況發(fā)電量數(shù)據(jù)，缺乏實驗驗證，對實際光伏電站發(fā)電量預(yù)報的指導(dǎo)意義有限。華中科技大學(xué)[4]利用該校屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)資料進行研究，通過2005―2010年不同季節(jié)氣象因素與發(fā)電量之間的相關(guān)分析，得出光伏發(fā)電量與輻照度的相關(guān)性最大、溫度次之、風(fēng)速再次之。

2 功率預(yù)測方法及分類

為提高功率預(yù)測精度，國內(nèi)外研究機構(gòu)都在嘗試各種新的預(yù)測方法，主要的功率預(yù)測方法分類如（圖1）。

時間序列分析是持續(xù)預(yù)測法中的一種，其認為風(fēng)速、輻照強度預(yù)測值等于最近幾個風(fēng)速、輻照強度歷史數(shù)據(jù)的滑動平均值，通常只是簡單地把最近一點的觀測值作為下一點的預(yù)測值。該模型的預(yù)測誤差較大，且預(yù)測結(jié)果不穩(wěn)定。改進的方法有ARMA模型法、卡爾曼濾波法。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法被廣泛用來解決非線性問題的建模方法。它由大量簡單元件相互連接而成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，具有高度的非線性，能夠進行復(fù)雜的邏輯操作的非線性關(guān)系。其具有很多優(yōu)良性能，如非線性映射能力、自組織性和自適應(yīng)性能力、記憶聯(lián)想能力、容錯能力等。

按照風(fēng)電或光伏功率預(yù)測的時間尺度可分為中長期、短期和超短期預(yù)測。對于中長期預(yù)測或更長時間尺度，主要用于風(fēng)光電場或電網(wǎng)的檢修維護計劃安排等的預(yù)測。對于30分鐘～72小時的預(yù)測，主要用于電力系統(tǒng)的功率平衡和經(jīng)濟調(diào)度、電力市場交易、暫態(tài)穩(wěn)定評估等稱為短期功率預(yù)測。一般認為不超過30分鐘的預(yù)測為超短期預(yù)測。從預(yù)測模型建立角度考慮，不同時間尺度的預(yù)測有本質(zhì)區(qū)別：0～3小時的預(yù)測主要由大氣條件的持續(xù)性決定，所以如果不通過數(shù)值天氣預(yù)報也能得出較好的預(yù)測結(jié)果，如采用可得到更好結(jié)果。對于時間尺度超過3小時的預(yù)測，不考慮數(shù)值天氣預(yù)測無法反應(yīng)大氣運動的本質(zhì)，所以難以得到較好的預(yù)測結(jié)果，所以通常的預(yù)測方法都采用數(shù)值天氣預(yù)報的數(shù)據(jù)。

基于物理方法的功率預(yù)測流程示意圖如下（以風(fēng)功率預(yù)測為例）。首先通過數(shù)值天氣預(yù)報得到風(fēng)速、風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)，再根據(jù)電場周圍的地理信息參數(shù)（等高線、粗糙度、障礙物、溫度分層等）采用軟件計算得到風(fēng)機輪轂高度的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓等參數(shù)，最后根據(jù)風(fēng)機功率曲線計算得到風(fēng)電場輸出功率。因為在不同的風(fēng)向和溫度條件下，即使風(fēng)速相同，風(fēng)電場輸出功率也不相等，因此風(fēng)電場功率曲線是一族曲線，同時還應(yīng)考慮風(fēng)電機組故障和檢修的情況。對整個區(qū)域進行風(fēng)電功率預(yù)測時，可對所有的風(fēng)電場輸出功率進行預(yù)測，然后求和得到區(qū)域總功率。

基于統(tǒng)計方法的風(fēng)電/光伏的功率預(yù)測不考慮風(fēng)速/輻照變化的物理過程，根據(jù)歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)找出天氣狀況與風(fēng)光電場出力的關(guān)系，然后根據(jù)實測數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)對電場輸出功率進行預(yù)測。

兩種方法各有優(yōu)缺點。物理方法無需大量的測量數(shù)據(jù)，但對大氣的物理特性及風(fēng)/光電場特性的數(shù)學(xué)描述要求較高，這些描述方程求解困難、計算量大。統(tǒng)計方法無需對求解方程，計算速度快，但需要大量歷史數(shù)據(jù)，采用機器學(xué)習(xí)方法對數(shù)據(jù)進行挖掘與訓(xùn)練，得到氣象參數(shù)與風(fēng)/光電場輸出功率的關(guān)系。目前的趨勢是將兩種方法混合使用，稱之為綜合方法。

3 三種預(yù)測方法的對比

通過應(yīng)用三種統(tǒng)計預(yù)測算法于某案例中對其預(yù)測精度進行了對比。案例以某島嶼上的分布式風(fēng)光電站發(fā)電量為檢驗對象，該電站由25臺30kw并網(wǎng)光伏逆變器、5臺50kw風(fēng)機組成，合計1000kw。選取2013年4月份的歷史功率數(shù)據(jù)和歷史數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)作為模型建立依據(jù)，5月份發(fā)電量作為預(yù)測對象（因為該區(qū)域4，5月份天氣變化相對最?。?，并采用同時段的歷史功率數(shù)據(jù)對模型的預(yù)測結(jié)果進行驗證。

3.1 ARMA預(yù)測模型

3.1.1 ARMA模型的基本原理

ARMA模型也稱為自回歸滑動平均模型，是研究時間序列的重要方法之一，是由自回歸與滑動平均兩種模型“混合”而成。常用于長期追蹤資料的研究和用于具有季節(jié)變動特征數(shù)據(jù)的預(yù)測中，所以可將其應(yīng)用于風(fēng)電光伏功率預(yù)測領(lǐng)域。

3.1.2 預(yù)測結(jié)果及誤差分析

運用ARMA模型分別對5月1日9時0分至5月31日18時00分進行預(yù)測，得到原始風(fēng)電光伏總功率和預(yù)測功率。預(yù)測結(jié)果如（圖3、4）所示。

常見的預(yù)測誤差的評估方法有平均絕對誤差，均方根誤差，相關(guān)系數(shù)等。均方根誤差放大了出現(xiàn)較大誤差的點，能更好的反映光伏電站預(yù)測模型的準確度，因此本文采用均方根誤差RMSE對模型的誤差進行評估。

其中，N-測試樣本數(shù)；P-裝機容量。

通過Matlab的計算，我們得到各項指標結(jié)果如表1。

3.2 卡爾曼濾波預(yù)測模型

3.2.1 模型基本原理

卡爾曼濾波法運用了濾波的基本思想，利用前一時刻預(yù)報誤差的反饋信息及時修正預(yù)報方程，以提高下一時刻的預(yù)報精度。要實現(xiàn)卡爾曼濾波法預(yù)測風(fēng)光功率，首先必須推導(dǎo)出正確的狀態(tài)方程和測量方程。因已通過時間序列分析建立了風(fēng)電功率時間序列的ARMA模型，故可將ARMA模型轉(zhuǎn)換到狀態(tài)空間，建立卡爾曼濾波的狀態(tài)方程和測量方程。

3.2.2 預(yù)測結(jié)果及誤差分析（如圖5、圖6）

通過Matlab的計算，我們得到各項指標結(jié)果如（表2）。

3.3 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型

對于上文的ARMA模型和卡爾曼濾波模型都屬于線性模型，都必須先對模型結(jié)構(gòu)做出假設(shè)，然后對模型參數(shù)的估計得到預(yù)測值。因此，模型結(jié)構(gòu)的合理與否，直接影響到最終預(yù)測的精度。由于風(fēng)光電場功率具有高度的不確定性，因而單一的線性預(yù)測模型不足以挖掘其功率數(shù)據(jù)中的所有信息。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)、自組織和自適應(yīng)性，可以充分逼近任意復(fù)雜的非線性關(guān)系，所以本文選擇小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對風(fēng)光功率進行非線性預(yù)測研究。

3.3.1 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法基本原理

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，把小波基函數(shù)作為隱含層節(jié)點的傳遞函數(shù)，信號前向傳播的同時誤差反向傳播的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖7。

3.3.2 模型建立

首先采集四月份一整月的光伏風(fēng)電功率數(shù)據(jù)，每隔15min記錄一個時間點，共有960個時間節(jié)點的數(shù)據(jù)，用前四月份30天的功率數(shù)據(jù)訓(xùn)練小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最后用訓(xùn)練好多的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測之后的功率數(shù)據(jù)?；谛〔ㄉ窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的功率預(yù)測算法流程圖如圖8所示。

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖9所示。

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)反復(fù)訓(xùn)練100次。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)測試：用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測風(fēng)光功率，并對預(yù)測結(jié)果進行分析。

3.3.3 預(yù)測結(jié)果

利用Matlab處理數(shù)據(jù)并進行計算，我們得到基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功率預(yù)測結(jié)果（圖10、11）。

預(yù)測結(jié)果分析：

本文采用了ARMA模型、卡爾曼濾波預(yù)測算法和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對該島的分布式風(fēng)光電功率數(shù)據(jù)樣本進行了預(yù)測。分析表1～表3預(yù)測效果評價指標，我們得到以下認識：小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中我們得到預(yù)測結(jié)果：超短期預(yù)測精確度誤差最小達到到7%，短期預(yù)測精確度誤差最小達到到9%，表明小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測結(jié)果已經(jīng)相當精確。對小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測曲線與線性預(yù)測模型的預(yù)測曲線進行對比，可以看到：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對于光伏風(fēng)電功率的描繪更加平緩。

4 結(jié)論與展望

在對國內(nèi)外文獻廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，較為全面地論述了風(fēng)電、光伏功率預(yù)測技術(shù)的研究現(xiàn)狀和最新動態(tài)，對當前功率預(yù)測技術(shù)方法進行了總結(jié)歸納，建立了針對某島嶼分布式風(fēng)光互補示范工程的高精度發(fā)電功率預(yù)測模型，成功實現(xiàn)了分布式電源總輸出（光伏風(fēng)電）的精確預(yù)測，實驗運行結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠準確預(yù)測次日短期和未來4小時超短期光伏發(fā)電出力，短期和超短期預(yù)測的月平均均方根誤差分別為9%和7%。

為了進一步提高功率預(yù)測精度還需要提高數(shù)值天氣預(yù)報質(zhì)量，從而得到精度更高更豐富的區(qū)域氣象數(shù)據(jù)。因此需要盡快建立我國數(shù)值天氣預(yù)報商業(yè)化服務(wù)，進一步完善風(fēng)電光伏功率預(yù)測系統(tǒng)，提高預(yù)測精度。

參考文獻：

[1]BOSSANYI E A. Short-term wind prediction using Kalman filters[J]. Wind Engineering， 1985，9（1）：1-8.

[2]Almonacid F， Rus C， Perez P J，et al.Estimation of the energy of a PV generator using artificial neural network [J]. Renewable Energy， 2009， 34（12）：2743-2750.

第4篇：光伏發(fā)電的基本原理范文

關(guān)鍵詞：光伏組件；太陽電池；光伏充電；汽車空調(diào)設(shè)備

0 引言

研發(fā)以太陽能供電的汽車空調(diào)系統(tǒng)，能把太陽能光伏電源儲存于電池內(nèi)， 即將太陽的光能轉(zhuǎn)化為太陽能電池的電能加以利用并將多余的電能存儲起來供汽車空調(diào)系統(tǒng)使用。電流經(jīng)過MPPT和控制系統(tǒng)進入蓄電池或者直接驅(qū)動電動機，也可以以二者結(jié)合的方式進行。在一定的陽光照射下，電能將直接進入蓄電池，進而將電能主要供給空調(diào)使用，調(diào)節(jié)汽車內(nèi)的溫度，特別適合在炎熱的夏天使用，解決了夏天中午出入汽車內(nèi)就像“蒸籠”的問題，持續(xù)供有冷氣輸入，使汽車內(nèi)始終保持恒溫狀態(tài)。并且平日里多余的電還可以用來汽車照明、播放MP3、以及充當移動式電源等。該方法每年能使每輛汽車減少四噸二氧化碳的排放量，為建設(shè)環(huán)保節(jié)約型社會創(chuàng)造了良好的條件。

1 太陽能光伏發(fā)電原理與系統(tǒng)

1.1 硅太陽能電池工作原理

太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。半導(dǎo)體具有熱敏性，光敏性和摻雜性。表現(xiàn)為半導(dǎo)體在環(huán)境溫度上升，受到的光照強度增強，純凈的半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)的情況下，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會顯著增強。本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體主要為高純度的硅和鍺，為正四棱錐結(jié)構(gòu)，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。當硅晶體中摻入微量3價元素如摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖1：

圖中，正電荷為Si，負電荷為Si周圍的4個價電子。硼原子最外層有3個價電子，這3個價電子與周圍4個Si原子形成共價鍵時缺少一個電子，即共價鍵結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一個空穴，Si原子周圍的電子很容易填補這個空穴，因此在原來的位置上產(chǎn)生新的空穴，而此時硼原子變?yōu)樨撾x子。形成P型半導(dǎo)體。同樣的道理，在Si中摻入5價的磷原子以后，因為磷原子周圍有五個價電子，其中4個與硅原子形成4個共價鍵，多余的一個自由電子，形成N型半導(dǎo)體，多子為自由電子。N型半導(dǎo)體中的多子為空穴，這樣，P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，空穴和電子相遇復(fù)合而消失，就會在接觸面形成電勢差產(chǎn)生內(nèi)電廠，這就是PN結(jié)。

當半導(dǎo)體接受光照后，在PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的多子（空穴）的擴散運動加強，而P型區(qū)中的多子（自由電子）往N型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流結(jié)中形成電流。

1.2 太陽能發(fā)電系統(tǒng)組成部分

一般地，太陽能發(fā)電系統(tǒng)由電池組、太陽能控制器以及蓄電池組成。其各自作用如下：

（1）太陽能電池板：太陽能電池板是本裝置中的核心部分，其作用是將太陽的光能轉(zhuǎn)化為蓄電池的電能，并存儲到蓄電池中，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。在當今傳統(tǒng)能源日漸枯竭的形勢下，這是一種非常清潔的能源利用方式。而太陽能電池板吸收光能的效率也對此系統(tǒng)起到了決定性的作用。

（2）控制器：控制器的作用顧名思義是對整個系統(tǒng)起到控制的作用。例如當蓄電池過充電或過放電時可以及時的起到保護作用。而當太陽能電池板處于溫差較大的工作狀態(tài)時，控制器也可以及時進行溫度補償，除此之外，控制器還可以在安裝光控開關(guān)或時控開關(guān)時可以自動控制系統(tǒng)的工作與否，時整個系統(tǒng)不可缺少的一部分。

（3）蓄電池：時起到存儲電能的作用，將有光照時產(chǎn)生的電能存儲起來，供系統(tǒng)隨時使用。

（4）逆變器：將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電供空調(diào)系統(tǒng)使用。

2 汽車空調(diào)特點與現(xiàn)況

汽車空調(diào)原理大致和家用空調(diào)原理差不多，按動力來源分，可分為獨立式空調(diào)和非獨立式空調(diào)。由圖3可知，非獨立式空調(diào)和發(fā)電機綁定在一起運轉(zhuǎn)空調(diào)。在此基礎(chǔ)上會消耗發(fā)動機10%-15%的動力來源，這將直接對汽車的加速和爬坡能力有很大的影響，使我們所不愿看到和避免的。而且汽車不能保證在停止運行時還能繼續(xù)供給空調(diào)電力。

然而，對于獨立式空調(diào)，需要具備專門的動力源來驅(qū)動整個空調(diào)系統(tǒng)的運作，打比方，獨立式空調(diào)可能需要兩臺發(fā)動機，占用一定的空間，燃油用量巨大，成本難以控制，且難以維護。

3 太陽能光伏發(fā)電供給汽車空調(diào)用電裝置可行性分析

首先了解并掌握好太陽能光伏發(fā)電原理和空調(diào)運作的基本原理，其次考慮將上述兩樣完美地嵌在汽車內(nèi)，進而保持良好的運作。

設(shè)計太陽能電池板在汽車車頂上的安裝，將太陽能的光能轉(zhuǎn)化為電能，將電能與汽車內(nèi)的獨立空調(diào)相連，主要由太陽能發(fā)電供給空調(diào)用電。同時將一部分太陽能另一部分電力接入汽車內(nèi)其他用電設(shè)備，在汽車內(nèi)電力不足時供給上足夠的電能。

光伏充電系統(tǒng)運作時間從早上8：00開始，到晚上21：00結(jié)束，充電時間主要為8：00-18：00，夜晚18：00-21：00只放電，不充電?？紤]到晴雨天氣，晴天多余的電量儲備在蓄電池內(nèi)，雨天也可以繼續(xù)放電。

4 市場效益分析

太陽能汽車取代了一部分燃料汽車，一方面節(jié)約了能源，一方面減少了污染，既緩解了能源危機，又減緩了溫室效應(yīng)。由于市場廣泛，本裝置的實用性和創(chuàng)意性會讓其擁有不錯經(jīng)濟效益。本裝置安裝在汽車車頂，主要利用太陽能發(fā)電供給空調(diào)用電，同時給汽車其他用電設(shè)備供電，經(jīng)濟效益高，減少了汽車對于汽油的依賴。由于在汽車內(nèi)設(shè)置獨立式空調(diào)，不用發(fā)動機供給動力，增加了安全性和舒適性。特別是在炎炎夏日，不用擔(dān)心不用車時車內(nèi)氣溫的上升問題，長期的恒溫空調(diào)為暢享一個舒適涼爽的夏天創(chuàng)造了很好的條件。

參考文獻：

[1]太陽光電協(xié)會編，寧亞東譯.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與施工（日）[M].科學(xué)出版社，2006（04）.

[2]呂芳主編.太陽能發(fā)電[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2009（09）.

[3]馮垛生，王飛編著.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)圖解指南[M].人民郵電出版社，2011（05）.

第5篇：光伏發(fā)電的基本原理范文

本文首先綜述了國內(nèi)外風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢；論述了小型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的組成及工作原理；其次，詳細介紹了風(fēng)能和太陽能的各自原理，并對風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)進行了說明。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)力發(fā)電原理 太陽能發(fā)電原理 風(fēng)光互補系統(tǒng)

中圖分類號：S214.4 文獻標識碼：S 文章編號：1009914X（2013）34003301

1風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電情況概述

進入二十一世紀，人類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，而能源問題日益嚴重，一方面是常規(guī)能源的匱乏，另一方面石油等常規(guī)能源的開發(fā)帶來一系列的問題，如環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等。人類需要解決能源問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進步，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源和新能源。而太陽能和風(fēng)能被看做是最具有代表性的新能源和可再生能源，作為這兩種能源的高級利用太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)受到世界各國的高度重視。由于風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電系統(tǒng)均受到外部條件的影響，光靠獨立的風(fēng)力或太陽能發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常會難以保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，因此，在采用風(fēng)光互補的混合發(fā)電系統(tǒng)來進行相互補充，實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定地供電。

2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理

2.1 系統(tǒng)組成與分類

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力機、發(fā)電機、齒輪箱、變頻器、調(diào)向機構(gòu)、制動機構(gòu)和塔架等組成。風(fēng)力機把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能，發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)換為電能。目前，世界上大中型風(fēng)力發(fā)電機組主要有兩種類型：一類是恒速恒頻，這類風(fēng)電機組并網(wǎng)后捕獲風(fēng)能的效率低；另一類就是變速恒頻，相比之下，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機具有不可比擬的優(yōu)勢。

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)其中不同類型發(fā)電機，如異步感應(yīng)發(fā)電機、雙饋感應(yīng)發(fā)電機、永磁同步發(fā)電機等，有多種拓補結(jié)構(gòu)，以其特點適用于各種不同場合，這里主要介紹雙饋感應(yīng)發(fā)電機組型。

3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

3.1太陽能發(fā)電原理

太陽能光伏電池（簡稱光伏電池）用于把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前世界各國正在研究的太陽電池主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率略低，但價格更便宜。另外，還有其它類型的太陽電池[5]。

當入射太陽光的能量大于硅半導(dǎo)體的禁帶能量時，太陽光子照射入半導(dǎo)體內(nèi)，把電子從價電帶激發(fā)到導(dǎo)電帶，從而在半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生了許多“電子-空穴”對，在內(nèi)建電場的作用下，電子向N型區(qū)移動，空穴向P型區(qū)移動，這樣，N區(qū)有很多電子，P區(qū)有很多空穴，在P-N結(jié)附近就形成了與內(nèi)建電場方向相反的光生電場，它的一部分抵消了內(nèi)建電場，其余部分則使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負電，于是在N區(qū)與P區(qū)之間產(chǎn)生了光生伏打電動勢，這就是所謂的“光生伏打效應(yīng)”。

3.2 光伏陣列的最大功率點跟蹤方法

所有光伏系統(tǒng)都希望光伏電池陣列在同樣日照、溫度的條件下輸出盡可能多的電能，這也就在理論上和實踐上提出了太陽電池陣列的最大功率點跟蹤（MPPT-Maximum Power Point Tracking）問題。太陽能光伏應(yīng)用的日益普及、太陽電池的高度非線性和價格仍相對昂貴更加速了人們對這一問題的研究。

太陽能電池在陽光照射下，具有特殊電性能的半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生自由電荷，這些自由電荷定向移動并積累，從而在其兩端形成電動勢，當用導(dǎo)體將其兩端閉合時便產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡稱“光伏效應(yīng)”。光伏效應(yīng)在液體和固體物質(zhì)中都會發(fā)生。但是，只有在固體中，尤其是在半導(dǎo)體中，才有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。所以，人們常把太陽能電池稱為半導(dǎo)體太陽能電池。

太陽能電池的基本原理和二極管類似，可用簡單的PN結(jié)來說明。電池單元是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，一般不單獨作為電源使用。將太陽能單元進行串、并聯(lián)并封裝后就成為太陽能電池組件，功率一般為幾瓦、幾十瓦甚至數(shù)百瓦，眾多太陽能電池組件需要再進行串、并聯(lián)后形成太陽能電池陣列。

4 基于DSP風(fēng)光互補發(fā)電設(shè)系統(tǒng)計

4.1風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的組成及總體框圖

風(fēng)光互補.發(fā)電總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由電補發(fā)電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖4-1所示，電能產(chǎn)生環(huán)節(jié)、電能變換控制環(huán)節(jié)和電能存儲消耗環(huán)節(jié)3部分組成。

電能產(chǎn)生環(huán)節(jié)包括風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電兩部分。風(fēng)力發(fā)電部分可通過直流風(fēng)機或交流風(fēng)初獲取風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；太陽能發(fā)電部分通過太陽能電池板獲取光能轉(zhuǎn)化為電能。

電能變換控制環(huán)節(jié)由DC/DC變換器、主攔制電路等部分構(gòu)成，是發(fā)電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。交流風(fēng)機輸出的三相交流電需經(jīng)整流后進入DC/DC變換器，直流風(fēng)機輸出直流電經(jīng)過穩(wěn)壓后直接送入DC/DC變換器；太陽能電池板輸出指到的直流電通常要通過1個防反二極管后，再送入DC/DC變換器。

主控制電路采用TMS320F2812控制芯片，通過控制DC/DC變換器實現(xiàn)功率變換，同時還可對各種信自，、參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集、處理，從而實現(xiàn)設(shè)備保護、風(fēng)險預(yù)警等功能。

電能存儲消耗環(huán)節(jié)包括存儲和消耗兩部分。電能的存儲部分由蓄電池承擔(dān)，用來消除由于天氣等原因引起的能量供需的不平衡，在整個系統(tǒng)中起到電能調(diào)節(jié)和平衡負載的作用。電能的消耗部分主要由直流負載、交流負載組成。直流負載可由蓄電池直接引入，也可通過1個升壓或降壓直流變換電路提供所需要的直流電壓；對于交流負載則需將蓄電池輸出的直流電變?yōu)榻涣麟姟?/p>

5結(jié)論與建議

所謂風(fēng)光互補，簡而言之，是指將風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電組合起來構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。利用太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的光伏發(fā)電系統(tǒng)，雖然清潔，但造價相對高，且受日照時間影響；而風(fēng)電系統(tǒng)雖然系統(tǒng)造價低，運行維護成本低，但質(zhì)量可靠性也相對較差。將兩者結(jié)合，就能互補所短，各揚所長。

本文以“新能源發(fā)電技術(shù)"為課題研究方向，根據(jù)太陽能、風(fēng)能的特點，給出了風(fēng)光互補控制器的設(shè)計方案。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的特點如下所示：

（1）風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點追蹤控制。智能化最大功率跟蹤，確保電能最高利用率。采用升降壓DC/DC變換技術(shù)控制其輸出電壓就可以實現(xiàn)控制風(fēng)力發(fā)電機、太陽能電池陣列的輸出電流，通過調(diào)節(jié)輸出電流使風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)始終工作在最大功率點，即所謂的最大功率點追蹤控制（MPPT）。

（2）風(fēng)力發(fā)電控制部分采用TMS320F2812 DSP和PWM脈沖寬調(diào)制充電方式，高效率地實現(xiàn)對蓄電池的充電，同時具備了完善的蓄電池電壓監(jiān)控、手動停風(fēng)機和充電指示等功能。

（3）光伏發(fā)電控制部分采用TMS320F2812 DSP做主控制器，通過對蓄電池電壓、環(huán)境溫度、太陽能板的電壓等參數(shù)的檢測判定，以實現(xiàn)各種控制和保護功能。

（4）風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)采用交錯并聯(lián)控制，由DSP對兩個交換器進行分別控制，其輸出電壓的PWM脈沖相位相差180度。其電流波動幅度和電磁干擾與傳統(tǒng)控制方式相比均能夠降低。

總之，相信隨著設(shè)備材料成本的降低、科技的發(fā)展、政府扶持政策的推出，該清潔、綠色、環(huán)保的新能源發(fā)電系統(tǒng)將會得到更加廣泛的應(yīng)用。

第6篇：光伏發(fā)電的基本原理范文

關(guān)鍵詞：新能源；電力系統(tǒng)；課程建設(shè)；教學(xué)方法

作者簡介：趙晶晶（1980-），女，重慶人，上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，副教授；李東東（1976-），男，安徽阜陽人，上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，教授。（上海 200090）

中圖分類號：G643.2     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2014）14-0077-02

21世紀人類面臨的兩大基本問題是能源問題與環(huán)境問題，發(fā)展新能源是解決這兩大問題的必由之路。新能源是相對于常規(guī)能源而言的，是指采用新技術(shù)和新材料或在新技術(shù)基礎(chǔ)上系統(tǒng)地開發(fā)利用的能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等，大部分新能源被轉(zhuǎn)換成電能接入電力系統(tǒng)中。新能源在地理位置上高度分散、受氣候影響大，因此新能源發(fā)電的控制方式比傳統(tǒng)石化燃料發(fā)電復(fù)雜。要將大量新能源電能接入現(xiàn)有電力系統(tǒng)，需要電網(wǎng)在規(guī)劃、運行及控制等諸多方面作出調(diào)整，以便能更好地適應(yīng)新能源隨機性、波動性對電力系統(tǒng)電壓、頻率、穩(wěn)定性等方面帶來的影響。

2013年，為促進上海電力學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)研究生適應(yīng)新能源大量并網(wǎng)后電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院新開設(shè)了“新能源與電力系統(tǒng)”研究生專業(yè)選修課程。該課程旨在使學(xué)生對新能源發(fā)電技術(shù)的基本原理、風(fēng)力與光伏發(fā)電等可再生能源并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的運行特點有一個全面的了解，并能夠利用電力系統(tǒng)專業(yè)分析方法解決新能源并網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來的新問題，為進一步分析和研究新能源并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、運行打下良好基礎(chǔ)。

一、課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計

“新能源與電力系統(tǒng)”課程的內(nèi)容涉及電氣、動力、機械、控制等許多學(xué)科領(lǐng)域，其中新能源發(fā)電技術(shù)主要包括太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、氫能發(fā)電、天然氣、燃氣發(fā)電、小水力發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電和海洋能發(fā)電等多種發(fā)電技術(shù)。新能源發(fā)電并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)的影響包括規(guī)劃、運行、控制等諸多方面。該課程涉及“新能源發(fā)電技術(shù)”與“電力系統(tǒng)分析”兩部分內(nèi)容，概念多、知識面廣、工程應(yīng)用性強。但授課學(xué)時僅為36學(xué)時，內(nèi)容多，課時少，要在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)使學(xué)生有效掌握重要知識，需要合理設(shè)置課程結(jié)構(gòu)，并對教學(xué)內(nèi)容進行篩選。

在過去10年中，世界風(fēng)電裝機容量以平均每年30%累計速度迅速增長。截止到2013年，中國風(fēng)電累計裝機已突破90GW，全球總裝機容量達到318GW。中國光伏發(fā)電累計裝機容量達到17.16GW，其中，大規(guī)模光伏電站累計裝機容量達到11.18GW，分布式光伏發(fā)電累計裝機容量達到5.98GW。風(fēng)力發(fā)電和太陽發(fā)電占據(jù)新能源發(fā)電總裝機容量的91.5%，是新能源利用的主力軍。生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)嵩吹绕渌履茉窗l(fā)電技術(shù)還處于實驗研究或商業(yè)探索階段，市場份額較小。

大量隨機性、波動性的風(fēng)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)運行帶來較大的影響，特別是中國部分北方地區(qū)千萬千瓦級風(fēng)電場集中接入當?shù)?10kV或220kV電網(wǎng)，對風(fēng)電接入地區(qū)電力系統(tǒng)的運行與控制產(chǎn)生了相當大的影響。因此，該課程將風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)的影響作為課程主要講授內(nèi)容之一。而太陽能光伏發(fā)電裝機容量較小，大型的光伏電站裝機容量一般在幾兆瓦以內(nèi)，如果直接接入當?shù)?10kV或220kV電網(wǎng)，對電網(wǎng)影響不大。但大量的分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)后對配電網(wǎng)的影響卻不可忽視，因此該課程將光伏發(fā)電并網(wǎng)后對配電網(wǎng)的影響也作為課程主要講授內(nèi)容之一。其他新能源發(fā)電形式由于裝機容量均較小，對電力系統(tǒng)影響并不大，則用較少的課時泛講。新能源并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)的影響包含對電壓、頻率穩(wěn)定、調(diào)度、規(guī)劃、控制等諸多方面，因此課程安排了較多的課時對新能源并網(wǎng)后的電力系統(tǒng)分析進行講授，具體課時安排如下：新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)知識2學(xué)時，風(fēng)力、太陽能光伏發(fā)電6學(xué)時，生物質(zhì)能發(fā)電、氫能發(fā)電、天然氣/燃氣發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電和海洋能發(fā)電共2學(xué)時，風(fēng)電、光伏功率預(yù)測2學(xué)時，新能源并網(wǎng)的經(jīng)濟性2學(xué)時，海上風(fēng)電2學(xué)時，新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響共20學(xué)時（主要包括新能源并網(wǎng)后的消納、電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度、電力系統(tǒng)有功平衡與頻率控制、電力系統(tǒng)無功電壓控制、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等）。

二、教學(xué)方法和手段優(yōu)化

“新能源與電力系統(tǒng)”課程教學(xué)中需要積極探索、發(fā)掘與課程特點相匹配的教學(xué)方法和手段；強調(diào)知識的系統(tǒng)性、完整性；注重理論與實際、知識深度與廣度的結(jié)合；重視科研動態(tài)的傳遞及科研方法的引導(dǎo)；加強對學(xué)生實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)。

1.課程深度與廣度相協(xié)調(diào)

課程內(nèi)容在滿足廣度的基礎(chǔ)上還應(yīng)保證一定的深度。課程內(nèi)容應(yīng)包括各種新能源發(fā)電技術(shù)基本原理、電力系統(tǒng)分析方法等基礎(chǔ)知識，在新能源發(fā)電控制技術(shù)，電力系統(tǒng)運行、調(diào)度、控制等方面還應(yīng)具有一定深度，從而使得學(xué)生掌握分析新能源發(fā)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)影響的方法。

2.經(jīng)典理論與科研前沿技術(shù)并重

傳統(tǒng)的“電力系統(tǒng)分析”課程由于理論較深、涉及面廣、工程性強，歷來被視為電氣專業(yè)難教、難學(xué)的一門課程。新能源發(fā)電并網(wǎng)后，對電力系統(tǒng)的分析仍是建立在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分析方法的基礎(chǔ)上，但又存在傳統(tǒng)分析方法不能解決的新問題。由于新能源發(fā)電發(fā)展時間不長，上述許多新問題還未得到全面解決，因此，在教學(xué)上應(yīng)重視對科研前沿研究成果的呈現(xiàn)。通過對新能源并網(wǎng)技術(shù)方面最新科研成果的介紹、高水平學(xué)術(shù)期刊的查閱、電力系統(tǒng)運行中實際問題的調(diào)研，培養(yǎng)學(xué)生檢索文獻、查閱資料的能力，引導(dǎo)學(xué)生掌握提出問題并分析問題的能力。

3.教學(xué)案例的分析與討論

課程教學(xué)過程中還應(yīng)設(shè)置少量教學(xué)案例分析與討論環(huán)節(jié)。學(xué)生通過具體案例分析，課堂上以討論的形式讓學(xué)生將自己的觀點表述出來，不但鍛煉了學(xué)生分析和歸納總結(jié)的能力，同時也加深了他們對所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。例如，可讓學(xué)生對采用不同風(fēng)電機組類型、不同安裝容量，接入不同地區(qū)的實際風(fēng)電接入案例進行分析，以了解風(fēng)電場并網(wǎng)后對接入地區(qū)電力系統(tǒng)的電壓的影響。教學(xué)案例的分析與討論比課本上教條的說詞更能引導(dǎo)學(xué)生充分認識到所學(xué)知識的實際價值，明確學(xué)習(xí)目標，從而激發(fā)學(xué)生的興趣，引領(lǐng)學(xué)生去深入理解課程內(nèi)容。

三、實踐環(huán)節(jié)建設(shè)

實踐教學(xué)內(nèi)容對課程理論的理解幫助較大。在實驗教學(xué)方面，課程應(yīng)設(shè)置一些新能源并網(wǎng)后電力系統(tǒng)分析的綜合性實驗，如新能源并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的潮流計算、暫態(tài)穩(wěn)定性分析、無功電壓控制等。學(xué)生以實驗小組為單位，實驗方案設(shè)計、參數(shù)調(diào)整計算、電網(wǎng)接線到數(shù)據(jù)整理、實驗結(jié)果分析和撰寫實驗報告等一整套工作都由實驗小組通過合作來完成。通過新能源并網(wǎng)實際案例的仿真分析實踐環(huán)節(jié)，能加深學(xué)生對理論知識的認識，有效加強學(xué)生的動手實踐能力和綜合科研能力。

四、教學(xué)團隊的建設(shè)

本課程內(nèi)容涉及電氣、動力、機械、控制等許多學(xué)科領(lǐng)域，因此教學(xué)團隊應(yīng)老中青搭配，從而達到專業(yè)職務(wù)和知識結(jié)構(gòu)合理的效果。課程負責(zé)人應(yīng)為具有較深的學(xué)術(shù)造詣和創(chuàng)新性學(xué)術(shù)思想的本學(xué)科的專家，同時要具有團結(jié)、協(xié)作精神和較好的組織、管理和領(lǐng)導(dǎo)能力。主講教師知識結(jié)構(gòu)最好能覆蓋電力系統(tǒng)、控制等多個領(lǐng)域，這樣才能準確把握課程內(nèi)容的廣度和深度。

五、結(jié)論

本文對上海電力學(xué)院“新能源與電力系統(tǒng)”研究生課程建設(shè)的方案進行了探析。通過對上海電力學(xué)院電力系統(tǒng)自動化專業(yè)建設(shè)、新能源技術(shù)在電力行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢等方面的分析，制訂了合理的課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容，并發(fā)掘了與課程特點相匹配的教學(xué)方法和手段。課程建設(shè)注重理論與實際的有效結(jié)合，提出加強課程實踐環(huán)節(jié)建設(shè)的思想。通過開展課程建設(shè)，找出了該課程教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，制訂了符合電力專業(yè)的建設(shè)目標和滿足電力企業(yè)對上海電力學(xué)院研究生專業(yè)能力要求的切實可行的課程建設(shè)發(fā)展規(guī)劃。

參考文獻：

[1]樊艷芳.“電力系統(tǒng)分析”精品課程的調(diào)查分析與思考[J].中國電力教育,2010,(9):105-107.

第7篇：光伏發(fā)電的基本原理范文

太陽能與建筑，曾經(jīng)是兩個相去甚遠的話題，但今天，太陽能建筑卻被業(yè)界認為將成為現(xiàn)代建筑的發(fā)展趨勢。太陽能建筑是指用太陽能代替部分常規(guī)能源，為建筑物提供采暖、熱水、空調(diào)、照明、通風(fēng)、動力等一系列功能，以滿足（或部分滿足）人們生活和生產(chǎn)需要的建筑。

關(guān)鍵詞：太陽能太陽能采暖太陽能熱水節(jié)能建筑

一太陽能簡介

太陽能是最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、潮汐能、水能等都來自太陽能，太陽內(nèi)部進行著由氫聚變反應(yīng)，不停地釋放出巨大的能量，不斷地向宇宙空間輻射能量，這就是太陽能。太陽內(nèi)部的這種核聚變反應(yīng)可以維持很長時間，據(jù)估計約有幾十億至幾百億年，相對于人類的有限生存時間而言，太陽能可以說是取之不盡，用之不竭的。

太陽能在建筑中的運用主要為太陽能采暖，太陽能熱水系統(tǒng)，太陽能光伏發(fā)電

太陽能采暖系統(tǒng)

太陽能采暖系統(tǒng)是利用蓄熱體吸收太陽輻射給建筑加熱的系統(tǒng)。根據(jù)媒介的不同，分為空氣采暖系統(tǒng)和熱水采暖系統(tǒng)。

太陽能空氣采暖系統(tǒng)：

根據(jù)是否利用機械的方式獲取太陽能，把通過適當?shù)慕ㄖO(shè)計無需機械設(shè)施獲取太陽能的空氣采暖技術(shù)稱為被動式太陽能采暖設(shè)計；而需要機械設(shè)備獲取太陽能的空氣采暖技術(shù)稱為主動式太陽能采暖設(shè)計。

被動式采暖設(shè)計，是通過建筑朝向和周圍環(huán)境的合理分布、內(nèi)部空間和外部形體的巧妙處理、以及建筑材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的恰當選擇，使其在冬季能集取、保持、儲存、分布太陽熱能，從而解決建筑物的采暖問題。被動式太陽能建筑設(shè)計的基本思想是控制陽光和空氣在恰當?shù)臅r間進入建筑并儲存和分配熱空氣。其設(shè)計原則是要有有效的絕熱外殼和足夠大的集熱表面，室內(nèi)布置盡可能多的儲熱體，以及主次房間的平面位置合理。

被動式太陽房集熱方式分為直接受益式和集熱蓄熱墻式。直接受益式是較早采用的一種太陽房南立面是單層或多層玻璃的直接受益窗，利用地板和側(cè)墻蓄熱。也就是說，房間本身是一個集熱儲熱體，在日照階段，太陽光透過南向玻璃窗進入室內(nèi)，地面和墻體吸收熱量，表面溫度升高，所吸收的熱量一部分以對流的方式供給室內(nèi)空氣，另一部分以輻射的方式與其他圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面進行熱交換，第三部分則由地板和墻體的導(dǎo)熱作用把熱量傳入內(nèi)部蓄存起來。當沒有日照時，被吸收的熱量釋放出來，主要加熱室內(nèi)空氣，維持室溫。在直接受益式太陽窗的后而筑起一道重型結(jié)構(gòu)墻。利用重型結(jié)構(gòu)墻的蓄熱能力和延遲傳熱的特性獲取太陽的輻射熱。陽光透過玻璃照射在集熱墻上，集熱墻外表面涂有吸收涂層以增強吸熱能力，其頂部和底部分別開有通風(fēng)孔，并設(shè)有可開啟活門。在這種被動式太陽房中，透過透明蓋板的陽光照射在重型集熱墻上，墻的外表面溫度升高，墻體吸收太陽輻射熱，一部分通過透明蓋層向室外損失；另一部分加熱夾層內(nèi)的空氣從而使夾層內(nèi)的空氣與室內(nèi)空氣密度不同，通過上下通風(fēng)口形成對流，由通風(fēng)口將熱空氣送進室內(nèi)；第三部分則通過集熱蓄熱墻體向室內(nèi)輻射熱量，同時加熱墻內(nèi)表面空氣，通過對流使室內(nèi)升溫。

太陽能熱水采暖系統(tǒng)

太陽能熱水采暖通常是指以太陽能為熱源，通過集熱器吸收太陽能，以水為熱媒，進行采暖的技術(shù)。它與太陽能空氣采暖的最主要區(qū)別是熱媒不同。近年來，為彌補太陽能不穩(wěn)定的缺點，太陽能熱泵等新型太陽能技術(shù)也逐漸發(fā)展起來。

太陽能熱水輻射采暖的熱媒是溫度為30~60℃的低溫?zé)崴@就使利用太陽能作為熱源成為可能。按照使用部位的不同，可分為太陽能頂棚輻射采暖、太陽能地板輻射采暖等幾類，太陽能地板輻射采暖是目前使用較為普遍的。

太陽能地板輻射采暖是一種將集熱器采集的太陽能作為熱源，通過敷設(shè)于地板中的盤管加熱地面進行采暖的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以整個地面作為散熱面，傳熱方式以輻射散熱為主，其輻射換熱量約占總換熱量的60%以上。典型的太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)由太陽能集熱器、控制器、集熱泵、蓄熱水箱、輔助熱源、供回水管、止回閥若干、三通閥、過濾器、循環(huán)泵、溫度計、分水器、加熱器組成。當集熱器輸出溫度大于50℃時，控制器就啟動水泵，水進入集熱器進行加熱，并將集熱器的熱水壓入水箱，水箱上部溫度高，下部溫度低，下部冷水再進入集熱器加熱，構(gòu)成一個循環(huán)。當集熱器輸出溫度小于40℃時，水泵停止工作，為防止反向循環(huán)及由此產(chǎn)生的集熱器的夜間熱損失，則需要一個止回閥。

二太陽能熱水系統(tǒng)

在諸多太陽能熱利用技術(shù)中，技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的是太陽能熱水器。在國內(nèi)已有近二十年的發(fā)展歷史，具備了規(guī)?；茝V應(yīng)用的初步條件，并已步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的階段。所謂太陽能熱水器建筑一體化，概括起來說就是指太陽能熱水器與建筑充分結(jié)合并實現(xiàn)功能和外觀的和諧統(tǒng)一。太陽能熱水器的工作原理：由太陽能集熱元件(平板集熱器、玻璃真空管、熱管真空管及其他形式的集熱元件)、蓄熱容器(各種形式水箱、罐)、控制系統(tǒng)(溫感器、光感器、水位控制、電熱元件、電氣元件組合及顯示器或供熱性能程序電腦)以及完善的管道保溫、防腐部分等有機地組合在一起的。在陽光的照射下，使太陽的光能充分轉(zhuǎn)化為熱能，輔以電力和燃氣能源，就成為非常穩(wěn)定的能源設(shè)備，提供中溫?zé)崴┤藗兪褂谩?/p>

在住宅建筑中應(yīng)有效利用屋面、墻面、陽臺欄板，合理安排管線，充分發(fā)揮設(shè)備功效，使太陽能集熱器與屋面形成一個整體；應(yīng)盡量采用水箱和集熱器分開的分體式系統(tǒng)。集熱器與屋面結(jié)合，可以利用坡屋頂形成的三角形空間作為設(shè)備間，安置水箱和循環(huán)泵等設(shè)備，這樣可以減少管路的長度，減少熱損失，同時使整個系統(tǒng)處于隱蔽環(huán)境，對建筑外觀沒有任何影響；在居住建筑中，要擯棄每家一套熱水器的安裝方式，改用集中式熱水系統(tǒng)供水，每戶安裝熱水表進行計量收費

三太陽能光伏電池板

太陽能光伏發(fā)電的基本原理

太陽光發(fā)電是指無需通過熱過程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用太陽能半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式，是當今太陽光發(fā)電的主流。時下，人們通常所說的太陽光發(fā)電就是太陽能光伏發(fā)電，亦稱太陽能電池發(fā)電。太陽電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)，就是當物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化面產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。即當太陽光或其他光照射半導(dǎo)件的PN結(jié)時，就會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓，使PN結(jié)短路，就會產(chǎn)生電流。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑相結(jié)合

光伏與建筑相結(jié)合有兩種形式:一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合；另一種是建筑與光伏器件相結(jié)合。建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合(BAPV)，把封裝好的光伏組件(平板或曲面板)安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負載等裝置相聯(lián)。光伏系統(tǒng)還可以通過一定的裝置與公共電網(wǎng)聯(lián)接。建筑與光伏器件結(jié)合，將太陽能電池與建筑屋頂、墻壁和窗戶相結(jié)合，可以充分利用太陽能發(fā)電，出現(xiàn)了所謂“太陽能電池瓦”、“太陽能電池幕墻”、“太陽能電池窗戶”和“太陽能電池遮陽篷”等新型建筑材料和構(gòu)件。

通過與整棟建筑的一體化設(shè)計，光電系統(tǒng)可以改善建筑的外觀，整體風(fēng)格的一致最佳效果。光電板外墻和屋頂可以給建筑帶來強烈的視覺沖擊，新穎的光電板房頂可以有效地改善舊建筑的頂層設(shè)計，使之充滿現(xiàn)代感，這樣可以大大增強建筑的視覺美感，為其市場價值帶來有利的影響，使用充滿現(xiàn)代感的藍色光電板屋頂系統(tǒng)，完美的將水天連成一體。

四結(jié)語

充分利用太陽能，考慮太陽能利用與建筑設(shè)計相結(jié)合，以滿足建筑的能源供應(yīng)和健康境的要求，降低建筑能耗在社會總能耗中的比例，是未來節(jié)能設(shè)計所必須的考慮。

參考文獻

[1]喜文華.被動式太陽房的設(shè)計與建造〔M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]王崇杰，薛一冰等。太陽能建筑設(shè)計「M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]王君一，徐任學(xué)，孫品，張茂.農(nóng)村太陽能實用技術(shù)[M].北京:金盾出版社， 1993.

第8篇：光伏發(fā)電的基本原理范文

關(guān)鍵詞：電動掃地車 太陽能 供電系統(tǒng) 太陽能電池 控制系統(tǒng)

0 引言

面對日益嚴峻的能源短缺、燃油汽車環(huán)境污染等問題，促進了包括太陽能利用在內(nèi)的新能源機車的應(yīng)用。發(fā)展新能源機車、實現(xiàn)交通能源轉(zhuǎn)型，將有效減少全球?qū)Σ豢稍偕茉吹囊蕾?，有效降低全球環(huán)境污染，成為實現(xiàn)汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。發(fā)展新能源機車已經(jīng)成為很多發(fā)達國家的能源戰(zhàn)略。

我國太陽能汽車事業(yè)起步較晚，多數(shù)太陽能汽車的研制工作主要由各院校和科研所進行。目前太陽能只是應(yīng)用于汽車或者是摩托車上，至今尚無太陽能應(yīng)用于電動車的專利、相關(guān)報道和產(chǎn)品，因此針對于太陽能電動車，目前尚屬空白。[1]

2011～2020年我國《汽車與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確提出，到2020年，中國新能源汽車市場規(guī)模要達到世界第一，新能源車保有量達到500萬量，節(jié)能型混合動力汽車銷量要達到世界第一。規(guī)劃明確提出將以純電動車作為“主要戰(zhàn)略取向”，優(yōu)先發(fā)展電動車，推進純電動車和混合動力車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。降低傳統(tǒng)不可再生燃油消耗是我們改造汽車產(chǎn)業(yè)的主要目的之一，但是減少對不可再生資源的開掘和依賴、降低二氧化碳的排放，才是我們發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的終極目標。電動車固然不再燒油，但還得充電，電從何來？在中國這個電力仍然90%得依靠燒煤來獲得的國度，我們提供給充電站的每一度電仍然來自火電發(fā)電廠，單火電廠為一輛純電動車跑100公里生產(chǎn)電力時產(chǎn)生的二氧化碳就可能已經(jīng)等同甚至超過跑同樣路程汽油車的排放。

1 太陽能掃地車的基本原理

太陽能電動車以光電代化石油料能源，可節(jié)約有限的石油資源。白天，太陽能電池把光能轉(zhuǎn)換為電能自動存儲在動力電池中，在晚間還可以利用低谷電（220V）充電。太陽能電動車不會排放污染大氣的有害氣體，也沒有內(nèi)燃機產(chǎn)生的轟鳴噪音。燃油機車在等候交通信號燈，內(nèi)燃機不能停止運轉(zhuǎn)，既造成了能源浪費，又加重了空氣污染，而使用太陽能電動車，減速停車時，可以不讓電動機空轉(zhuǎn)，大大提高了能源使用效率和減少了空氣污染。因此電動機車與燃油機車相比有十分突出的節(jié)能減排優(yōu)勢。[2]

本文所述的太陽能電動掃地機是在該公司目前的電動掃地車產(chǎn)品基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，關(guān)鍵是解決如何提高太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率，并對蓄電池進行合理智能管理兩大問題。圖1是電動掃地車上太陽能電池陣列面板安裝示意圖。

太陽能掃地機基本原理示意圖如圖2。陽光照射到車頂太陽能電池陣列面板上，就產(chǎn)生電流。電流經(jīng)過MPPT和控制系統(tǒng)進入蓄電池或者直接驅(qū)動電動機，也可以二者結(jié)合的方式進行。當車輛停止行駛時，電能將直接進入蓄電池。具體過程如下：①當車輛運動并有充足的陽光照射時，且車處于停車狀態(tài)，此時產(chǎn)生的電能通過反饋系統(tǒng)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就會將這部分電能分配給蓄電池儲存起來，以供以后使用；②當太陽能汽車在行駛過程中由于太陽能電池板提供的電能不足以驅(qū)動其行駛，控制系統(tǒng)將從蓄電池中的電能提取出來，與太陽能電池板提供的電能一并供電機使用；③當為陰天或者晚上，蓄電池儲能不夠時，也可以將蓄電池與220V的交流電連接，進行充電。

2 供電系統(tǒng)

2.1 太陽能電池的選用 太陽能電池組件（也叫太陽能電池板）是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部分，其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。[3]

目前，太陽能電池主要分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池兩種類型，而應(yīng)用較多的是晶體硅太陽能電池。晶體硅太陽能電池包括單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池。我國大規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率平均達到16.5%，這是所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本高，導(dǎo)致它還不能被普遍的使用。多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比單晶硅太陽能電池要低，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的光電轉(zhuǎn)換效率約14%左右。但是多晶硅太陽能電池制造成本低，生產(chǎn)周期短，因此得到大量發(fā)展。非晶硅太陽電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不一樣，工藝過程簡化，硅材料消耗的也比較少，電耗更低，它的優(yōu)點就是在弱光條件下也能發(fā)電。但非晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率偏低，國際先進水平可以達到10%左右，而且不夠穩(wěn)定，隨著時間的延長，其轉(zhuǎn)換效率衰減。[4]

綜上所述，考慮成本問題，多晶硅太陽能電池的性價比較好，故選用多晶硅太陽能電池。

第9篇：光伏發(fā)電的基本原理范文

關(guān)鍵詞：功能型 建筑陶瓷 導(dǎo)電釉

中圖分類號：TU5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0126-02

建筑陶瓷本身存在的意義就是對墻面、地面起到保護的作用，避免其受到污染、損壞，作為裝飾物，為建筑增添美感。科技的進步，生活水平的提升，人們對居住環(huán)境的要求越來越高，同時對待細節(jié)性的建筑陶瓷標準也逐漸提高，功能型陶瓷就此誕生。各品牌、各樣式、各功能，為了滿足市場需要，層出不窮。下面介紹一下太陽能、紅外線、發(fā)光、防靜電4種功能型陶瓷及其他功能型陶瓷應(yīng)用。

1 太陽能陶瓷

1.1 發(fā)電瓷磚

主要產(chǎn)品：太陽能光伏電池瓷磚，就是在瓷磚自身的釉層中添加氧化錫、氧化鈷這類化學(xué)成分，從而形成一層電極層；在釉層表面進行光伏電池的復(fù)合以及添加透明的保護層，也可以在坯體表面進行多層有機硅的復(fù)合，反復(fù)添加透明的導(dǎo)電膜、保護膜等，起到防反射作用，一接通線路，太陽能光伏電池瓷磚就能進行發(fā)電。在德國某高速公路上早已對光伏電池瓷磚實施應(yīng)用。

1.2 黑色瓷磚

眾所周知，黑色是最吸熱的顏色，黑色物體的特性就是光熱吸收強、轉(zhuǎn)換效率高。要想將陶瓷顏色制成偏黑色，就可以在制作瓷磚的原料里加一定量含鈦、釩等元素的物質(zhì)，確保對陽光吸收率直接大于90%，這樣的話，制成的黑色瓷磚才能將光能更高效率地轉(zhuǎn)換成熱能，通常這類黑色瓷磚是較多應(yīng)用于太陽能的屋頂，可以利用太陽能將水加熱，還有暖氣片的制作等?，F(xiàn)代化科技正逐步考慮將它應(yīng)用于太陽能發(fā)電方面。

2 紅外輻射陶瓷

遠紅外線自身就具有消毒滅菌、活化等功能，大多數(shù)發(fā)達國家，早已廣泛應(yīng)用遠紅外保健產(chǎn)品。一般情況下，將紅外輻射的制作材料添加進制陶的釉料中，就能加工成為紅外輻射瓷磚。

紅外輻射瓷磚不光可以消毒、抗菌，還具有促進新陳代謝、活化生物、提高免疫力等應(yīng)用功能。針對紅外輻射功能型的瓷磚來說，首要的就是選擇的紅外輻射粉體性能要高。紅外輻射粉體直接吸收周圍環(huán)境所散發(fā)的熱量，并轉(zhuǎn)化輸出遠紅外能量，基本原理就是材料的分子偶極矩的變化與光的振蕩電場兩者間產(chǎn)生相互作用的結(jié)果。在振蕩過程里，多離子體系改變分子本身的對稱性質(zhì)，讓偶極距發(fā)生改變，就能較大程度地提高紅外線的吸收能力、發(fā)射能力?，F(xiàn)階段的研究熱點、難點就是提純問題，如何提取純粹的沒有任何雜質(zhì)的尖晶石多離子成為目前所需要深入研究、積極解決的問題。研究表明，將一定量遠紅外粉體摻進瓷磚釉料中，將釉漿施于坯體上，高溫?zé)瞥杉t外線陶瓷，確保具有反射遠紅外線的功能。輻射性能的強弱隨著陶瓷含遠紅外粉體量的多少而變化，越多越強，光澤度也變得更亮，除了釉白度稍微減弱外，對整體美觀度沒有任何影響。

3 發(fā)光陶瓷

發(fā)光陶瓷應(yīng)該屬于最常見的一種功能型陶瓷，直接將發(fā)光粉添加在陶瓷釉料里，制成好的陶瓷產(chǎn)品只要經(jīng)過陽光照射就能吸收、保存光能。即使光照消失，陶瓷表面在一定時間內(nèi)還是會發(fā)光。就目前科技化學(xué)水平來說，發(fā)光粉其實就是稀土離子激活后的硅酸鹽、鋁酸鹽等成分，特性發(fā)光時間持久、亮度高、耐抗高溫、沒有受到任何輻射，所以此類發(fā)光粉應(yīng)用范圍極寬泛。因此，如果想要制作優(yōu)質(zhì)發(fā)光陶瓷的話，就要調(diào)好配方釉料的比例，控制燒陶的火候、溫度，制成高標準的成品，發(fā)光粉加入比例越高，成品發(fā)光性能就會隨之增強，可如果添加發(fā)光粉比例過多的話，不光成本高，還會破壞釉的結(jié)構(gòu)，使之不能更好地融入釉料中。經(jīng)驗所得，發(fā)光粉占三分，即為最適當?shù)呐淞媳壤?/p>

4 防靜電瓷磚

在日常生活中，靜電現(xiàn)象無處不在，或多或少帶給我們生活上、工作上一些威脅，很多面粉工廠、煙花爆竹工廠，都會因為小小的靜電給人們帶來巨大的生命、財產(chǎn)損失。還會引起電子產(chǎn)品發(fā)生爆炸、人體受到不明電力影響迫害等。因此，制作防靜電的功能型陶瓷是順應(yīng)市場需求發(fā)展。其制作原理就是在釉料層或坯體里添加帶有導(dǎo)電性質(zhì)的材料，這樣就能防止靜電，并且功效時間持久、耐磨性能強、裝飾效果優(yōu)。

另一方面，從導(dǎo)電釉的本質(zhì)來說防靜電陶瓷，就是將導(dǎo)電因子融合于陶瓷，讓導(dǎo)電因子存在于陶瓷中，形成連續(xù)導(dǎo)電的規(guī)則通道，這樣離子轉(zhuǎn)換位置就會相對容易，并且陶瓷自身電阻下降至一定數(shù)值時，就會提高釋放離子的速度，防靜電效果更佳。研究結(jié)果表明，透明釉防靜電性能良好，而鋯乳濁釉陶瓷內(nèi)含鋯英石晶則不適合用來制作防靜電陶瓷，因此可知，陶瓷材|很重要。

5 其他功能型瓷磚

功能型建筑陶瓷除了上述提及較為常見的幾種外，還有一些特殊功能的建筑陶瓷。根據(jù)陶瓷材質(zhì)、特性不同，功能各有所長。譬如，在陶瓷釉料里添加一定量的金屬粉末富含軟性鐵氧體就能制成可吸收電磁波的陶瓷成品。就目前建筑陶瓷行業(yè)來看，生產(chǎn)成本逐漸增加，遇到的問題也越來越多、越來越難以解決。因此，要根據(jù)市場的實際需求、自身生產(chǎn)實況來做出生產(chǎn)調(diào)整，盡可能地提高企業(yè)經(jīng)濟效益。并且在調(diào)整的階段內(nèi)，不管是從技術(shù)方面，還是原材料配方方面，或是生產(chǎn)機器設(shè)備方面，都要從實際情況的角度去考慮，合理、科學(xué)地安排生產(chǎn)方案，設(shè)計陶瓷功能。這樣的話，各類功能型陶瓷就能適應(yīng)各種時間、空間，滿足客戶的各種需要，為市場發(fā)展、居民生活提供便利。

6 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，經(jīng)濟水平的提高，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高，建筑陶瓷的發(fā)展、應(yīng)用直接影響人們的居住環(huán)境。因此，目前越來越多的建筑陶瓷行業(yè)開發(fā)功能型的陶瓷，提高企業(yè)自身的市場競爭地位，積極研究開發(fā)更滿足大眾需求的功能型陶瓷。

參考文獻