光伏并网发电系统的仿真分析与设计

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1、武汉理工人学硕七学位论文能源工作者提出了严峻的命题和挑战。在环保要求和严酷的资源问题的双重制约下可持续的发展经济已成为全球讨论的热点问题，而能源问题将更为突出[3】。因此，人类要解决能源问题，实现可持续发展只能依靠科技进步大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能以其独有的优势而逐渐成为人们重视的焦点。丰富的太阳能辐射是重要的能源，是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的可再生能源。太阳每秒钟辐射到地面的能量高达8×10。kW，如果把地球表面接收太阳能的O．1％转化为电能，转变率5％，每年发电量可达5．6×

2、10“kWh，相当于目前世界上能耗的40倍【41。太阳能具有储量的无限性、存在的普遍性、开发利用的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势，它的开发利用是最终解决常规能源特别是化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。。1．2我国光伏的发展现状与前景目前我国的经济发展势头很足，带动其他行业的发展，但是对于能源工业而言，经济增长、环境保护和社会发展都会对其的发展产生压力[5】。国际能源署(1EA)于2007年11月发布了{2007年世界能源前景报告》，报告中预计中国将于2010年左右取

3、代日本，成为继美国之后全球第二大石油进口国。中国幅员辽阔，资源丰富，尤其可再生的太阳能资源其中，可以说除了贵州高原部分地区外，中国的其他地域均为高太阳能资源区域。就辐射总量的分布而言，西藏、新疆、青海、内蒙古南部、山西j陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部等广大地区总量相当充裕，尤以西北部地区最大t6]。光伏产业的迅猛发展加上相关政策的出台，我国在《1996—2010年新能源和可再生能源发展纲要》中表明，加快新能源和可再生能源的发展和产业化建设17]，要严格

4、按社会主义市场经济的要求。专家预测：2020年我国规划总发电量为4．5万亿kWh，其中光伏发电占1％，约为450亿kWht81。若平均光伏发电年产量日照时数以1500小时计，我国2020年光伏总装机容量应为30GWp。如此巨大的市场需求和广阔的发展前景，使得发展具有自主知识产权的光伏并网技术成为必然。此外，要实现太阳能光伏发2武汉理工夫学硕士学位论文电的快速发展和光伏并网系统的产业化，我们还必须增加技术弗{累和鼓励技术创新。表I．1我国光愦也池翊件牌产罾珥有水平厦展单《*《＆P4P*串F龇F月}Ⅲr#nI^1wP)1

5、．3光伏系统概述光伏(PhotoVolt,＆ic)发电技术采用面积通常只有几个平方厘米的半导体电池(晶片)。从物理方面来看，电池基本上可以看成是一个大面积的PN二极管，其结贴近顶面。电池的功能是将太阳光照射转换为直流电，发电就是将大量的电池并成一个组件，将大量的太阳光照射转化成所需的电能。与动态风力机不同，光伏机组是静态的，不需要坚固的高塔．也不会产生震动或噪音，也无需主动冷却⋯t。1．3l光伏电池技术各种不同材料的公共结被光子辐射照射之后．这两种材料之间便产生了电动势，这种现象就是光伏效应。这一现象是法国物理学家B

6、ecqud'e!在1839年武汉理j．大学硕士学位论文首次发现的。光伙电池可以将光能转化为的电能直接加以利用。在1954年，贝尔实验室制造了第一块硅电池㈣。光伏电池的物理机理与经典的PN结二极管非常相似。当结吸收光时，吸收的光子转换成材料的电子一质子系统，并产生质子流，分散在结中。电解液中的电子一离子对和固体半导体材料中的电子空穴对都可能成为载流予，并产生了电动势梯度，经电场加速后与外电路形成环流。电功率即为电流的平方与电路电阻的乘积。剩余的光子功率则转换成电池的热功率。升高电池温度并散发。，=二!枣≯!◇；定_谶童

7、图1．2光伏效庸转换光子能量图1．3光伏的基本结构光伏电动势的来源是两种相互绝缘的材料中电子的化学电势差，称为费米能级。当两种材料结合到一起时，结就会选到一个新的热动奄平衡。这种平衡只有在两种材料中费米能级相等的情况下才能实现【I”。电子从一种材料流向另一种材料，直到两者间建立了一定的电压差，具有的电动势与初始的费米能级差相等。这个电动势驱动着光电流在光伏电路中流动。图l一3给出了基本的电池构造。结的两面都有金属电极，由于光子碰撞而引起的电流。顶面(被照射)上有一层由银纤制成的薄薄的导电网格，既能手机电流，又能使光穿

8、过。网格中导电纤维的间距是导电性能最大化和光阻挡最小化的折中。导电箔(焊接)电机覆盖在底层(无光)表面和顶层的边缘。除了基本的元件之外，构造中还有集中增强特性。例如．电池的前面有防反射涂层，从而最大限度地降低反射，吸收经可能多的光线；利用透明粘合剂，添加了一层玻璃表面作为机械保护。与交流发电技术相比，最重要的方面是输送每千瓦时的电力的能源成本。