光伏电池组件及逆变器

,*,*,华盛集智,刘 鑫,2021-6-1,光伏电池组件及逆变器,根本知识,光伏发电根本知识,太阳能光伏发电的根本原理,太阳能光伏组件种类及特点,太阳电池组件的性能,光伏逆变器,1MW电站输出特性分析,3,光伏发电根本知识,太阳能光伏发电根本原理,光生伏打效应,半导体中有成对的空穴和电子,在受到光照时，电子和空穴分别向两侧移动,最终在半导体表层形成电势差,4,太阳能光伏发电的特点,优点：,太阳能资源取之不尽，用之不竭；,绿色环保。不需要燃料，没有排放，没有噪声。,应用范围广。,太阳能电池生产资料丰富。,结构简单，安装容易，使用寿命长。,缺点：,能量密度低。地表太阳辐射最高1200W/m2，一般在1000W/m2。,占地面积大。1平方公里装机3040MW。,间歇性。只在白天发电。,随机性。受气候影响强。,地域依赖性强。,本钱较高。,光伏发电根本知识,5,光伏发电根本知识,光伏,电池的种类和特点,晶硅光伏电池,薄膜,光伏电池,聚光,光伏电池,第一代光伏电池：晶硅光伏电池单晶硅、多晶硅；,第二代光伏电池：薄膜光伏电池非晶硅、铜铟镓硒、碲化镉；第三代光伏电池：聚光光伏电池砷化镓。,6,光伏发电根本知识,晶硅光伏电池,单晶硅光伏电池,多,晶硅光伏电池,晶硅光伏电池是以高纯晶体硅为原料的光伏电池。由于开展早，产业链上各企业生产技术较为成熟，2021年市场占有率到达87%。,以单晶硅材料为基体,转换效率到达16%19%,2021年市场占有率到达42%,以多晶硅材料为基体,换效率到达15%17%,2021年市场占有率到达45%,7,光伏发电根本知识,薄膜光伏电池,非晶薄膜伏电池,铜铟,镓,硒薄膜电池,碲化镉薄膜电池,采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上，制得沉积约1m厚的薄膜。,产品效率为7%8%，2021年市场占有率到达5%。,以铜、铟、镓、硒四元化合物半导体为根本材料，在玻璃或其它廉价衬底上沉积制成的半导体薄膜。产品效率为13%15%，2021年市场占有率到达0.5%。,在玻璃或是其它柔性衬底上依次沉积多层碲化镉薄膜而构成的光伏器件。是薄膜太阳电池中开展较快的一种光伏器件。转换效率到达12%。2021年市场占有率为4.7%。,8,光伏发电根本知识,聚光光伏电池,聚光太阳电池是用,反射镜或透射镜将,太阳光聚焦到几十倍，几百倍甚至上千倍，然后投射到太阳电池上,，使其产生较高光端转换效率,。,透射式,反射式,9,具有代表性的是砷化镓GaAs太阳电池。,聚光倍数到达5001000倍。,目前转换效率到达35%40%。,结构复杂需要安装双轴跟踪系统。,2021年市场占有率为1%，但未来来前景广阔。,聚光光伏电池,10,聚光光伏电池,聚光倍数100倍以下，主要是用硅基材料太阳电池,聚光倍数100倍以上，主要是砷化镓GaAs太阳电池。,5.5mm5.5mm,10mm10mm,11,光伏发电根本知识,技术路线,实验室,效率,批量产品,效率,优点,缺点,商业化进度,我国的发展,晶体硅光伏电池,单晶硅,24.7%,16%,19%,工艺成熟，技术完善,硅耗大、成本高,以商业量产,拥有完整产业链和国际领先企业,多晶硅,20.3%,15%,17%,工艺成熟，技术完善,硅耗大、成本高,以商业量产,拥有完整产业链和国际领先企业,薄膜光伏电池,非晶硅,13%,7%,8%,工艺简单、硅耗小、成本低、弱光发电,投资大、有衰减,逐步商业量产,大批企业介入，但设备、原材料被国外垄断,铜铟镓硒,（,CIS/CIGS,）,19.9%,13%,15%,硅耗小、成本低、性能稳定、光谱响应范围大、衰减小,铟硒,是稀有元素、规模受限,逐步商业量产,国内少量企业介入,碲化镉,(CdTe),16.9%,10%,12%,高光吸收率、硅耗小、成本低,碲储量少、镉有毒,以商业量产,国外垄断、国内很少,聚光光伏电池,砷化镓,（,GaAs,）,43.5%,35%,40%,耐高温、硅耗小、效率高、衰减小、占地少,生产技术较复杂、成本高、结构复杂、跟踪系统精度要求高,少量商业试点,国内零星企业,各种光伏电池比较,12,转换效率越高，即单位面积发电量越多，相同装机所需要的占地面积越少。节约土地本钱。,光伏电池转换效率的影响,电站实际占地面积需要根据系统的运行模式固定、单轴、双轴综合考虑。,光伏发电根本知识,13,光伏发电根本知识,太阳能电池,组件的性能,组件的,I-V,曲线,组件性能标准测试环境：,AM1.5,、,1000W/m,2,、,25,I 电流；,Isc 短路电流；,Im 最正确工作电流；,V 电压；,Vm 开路电压；,Voc 最正确工作电压；,Pm 最大功率；,14,光伏发电根本知识,不同光照强度的影响,太阳能电池,组件的性能,光照强度越强，,组件,能输出的光电流就越大，输出功率也越大。一般来说，光电流随光强的增长呈线性关系。,指标,数值,峰值功率,(Pmax),250 Wp,功率冗余（,Pmax,）,0/+5 W,开路电压（,Voc,）,37.4 V,短路电流（,Isc,）,8.63 A,最佳工作电压（,Vmppt,）,30.7 V,最佳工作电流（,Imppt,）,8.15 A,组件效率,15.4 %,最大系统电压,1000V DC (IEC),最大允许熔丝电流,20 A,15,15,光伏,组件选择,日照条件的影响,太阳辐射资源较差的区域，应选择弱光性较好的组件，以保证较大的发电量。,光伏发电根本知识,16,光伏发电根本知识,温度对组件的影响,太阳能电池,组件的性能,工作温度范围,-40,至,85,额定工作温度,45,2,最大功率温度系数,-0.45 %/,开路电压温度系数,-0.34 %/,短路电流温度系数,+0.04,%/,温度越高组件的输出功率越低，温度每升高1度，输出功率减少0.2%0.45%。工程中要充分考虑电站场址环境温度与组建工作温度的匹配。,17,温度系数的影响,晶硅组件的温度系数仍然高于其他组件，,选型时要综合考虑建设地区极端温度情况,。,效率衰减的影响,光伏发电根本知识,18,太阳能电池,组件的性能,阴影对组件的影响,光伏发电根本知识,一块组件是由多个电池片串联而成。,当组件中的一个电池被阴影遮盖时，其短路电流会降低，当短路电流低于串联电路中的工作电流时，会增加功率损耗，引起过热。甚至造成组件焊接点熔化，等问题。,遮挡情况,组件功率损失,遮挡情况,组件功率损失,单个电池被遮挡比例,0%,0%,单个电池被遮挡比例,75%,66%,25%,25%,100%,75%,50%,50%,3,个电池片被遮挡,93%,19,太阳能电池,组件的性能,阴影对组件的影响,热斑效应,光伏发电根本知识,20,光伏发电根本知识,太阳能电池,组件的性能,组件性能的匹配,两个性能相同的组件串联到一起时，电流保持不变，电压将加倍。然而，两个性能不同的组件串联到一起时，电压仍然叠加，电流将被限制到略高于组件中电流较小的电池板产生的电流值。,两个性能相同的组件联到一起时，电压保持不变，电流将加倍。然而，两个性能不同的组件并联到一起时，电流将增加，电压只是两者的平均值。,21,光伏发电建设要素,光伏逆变器,容量一般在,1kW,到,50kW,之间。,主要用于规模相对较小的光伏发电系统。,容量一般在,100kW,到,1000kW,之间，,目前,250kW,逆变器技术最为成熟，,主流产品,为,500kW,，,有两台,250kW,逆变器构成。,主要用于大型光伏电站。,电站型逆变器,组串,型逆变器,22,1MW光伏系统逆变器房外观,1MW光伏系统逆变器房内部,逆变器的安装,变压器房,光伏发电建设要素,光伏逆变器,23,光伏发电建设要素,光伏逆变器,逆变器参数,最大直流电压,900Vdc,启动电压,470V,满载,MPP,电压范围,450820V,最低电压,450V,最大直流功率,550kWp,最大输入电流,1200A,额定输出功率,500kW,最大交流输出电流,1176A,额定电网电压,270Vac,允许电网电压,210310Vac,额定电网频率,50Hz/60Hz,允许电网频率,4752Hz/5762Hz,总电流波形畸变率,3%,（额定功率）,直流电流分量,0.5%,（额定输出电流）,功率因数,0.9,（超前）,0.9,（滞后）,最大效率,98.70%,防护等级,IP20,（室内）,夜间自耗电,100W,允许环境温度,-25+55,冷却方式,风冷,允许相对湿度,095%,，无冷凝,允许最高海拔,6000m,（超过,3000m,需降额使用）,显示,触摸屏,标准通讯方式,RS485,可选通讯方式,以太网,外形尺寸（宽,x,高,x,深）,2800x2180x850mm,防孤岛保护,低电压穿越,最大功率点跟踪,电网过,/,欠压保护,过,/,欠频保护,恢复并网保护,过流保护,极性反接保护,过载保护功能,24,光伏发电建设要素,光伏逆变器,逆变器,效率,逆变器将光伏组件产生的直流电转换为交流电,的,电能转换效率称为逆变器效率。,逆变器效率是变化的；,低负荷状态，效率低；,“最大效率是理想情况,25,光伏发电建设要素,光伏逆变器,逆变器,效率,实际工作,中,逆变器常处于低负荷工作状态,26,光伏发电根本知识,26,2021年7月在鄂尔多斯巴拉贡地区实测的太阳辐射数据,27,光伏发电根本知识,27,1MW,电站,输出特性分析,各月最大日输出曲线、最小日输出曲线、平均日输出曲线,28,光伏发电根本知识,10MW,系统年平均输出功率曲线,各月最大交流输出功率,1MW,电站,输出特性分析,29,光伏发电根本知识,谢谢大家！,