太阳能发电和风力发电系统.docx

太阳能发电和风力发电系统 实验报告 姓名： 学号： 班级： 一、实验目的 了解太阳能发电和风力发电基本原理。 2、熟悉太阳能发电和风力发电系统基本组成。 3、掌握太阳能发电和风力发电的基本方法，和步骤。 二、风光互补系统的组成及基本原理 2．系统组成 一套完整的风光互补发电系统应由发电部分、控制部分、负载部分、蓄电池和泄荷单元等组成。如图1.1所示 2.1发电部分 发电部分主要包括由220V市电、太阳能电池板和风力发电机三部分发电源组成。由于风力发电部分如今已经有了一定的基础，本研究课题主要对太阳能电池板发电部分行研究。 由于白天光照强时风弱，夜间或阴天光弱时风强，时间上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性，为风光互补电源系统的建立提供了能源保障。如果风能和光能不能提供所需供电时，在启用220V市电。太阳能电池板产生直流电，可选用多晶硅太阳电池组件，要求用高透光率低铁钢化玻璃，外加阳极化优质铝合金边框，具有效率高、寿命长、安装方便、抗风、抗冰雹能力等特性；风力发电机产生交流电，在选型时要求风力发电机是低速型风机，具有发电效率高、结构简单、质量稳定、维护量低、在恶劣的天气情况下自动偏航保护等特性。市电、太阳能电池板和风力发电机三者的有机结合，既达到了节能的目的，也为电路的稳定运行提供了保障。 本次课题，我们根据本地的实际情况，依托于风力发电的基础，我们就主要针对太阳能发电部分加以分析 太阳能发电原理及等效电路 太阳能发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,太阳能发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。其中，主要依靠光伏电池进行光电的转化。光伏电池以半导体P-N结上接受太阳光照产生伏特效应为基础，直接将光能转换为电能的能量转换介质，它的工作原理是利用半导体的特性，当太阳光照射到半导体表面，半导体内部N区和P区中原子的价电子受到太阳光子的冲击，通过光辐射获取到超过禁带宽度Eg的能量，脱离共价键的束缚从价带激发到导带，由此在半导体内部产生出很多处于非平衡状态的电子空穴对。这些被激发的电子和空穴自由碰撞或在半导体中复合恢复到平衡状态。其中复合过程对外没有导电作用，属于光伏电池能量自动损耗部分。如果有更多的光激发载流子中的少数载流子能够运动到P-N结区，通过P-N结势垒电场方向相反的光生电场。如果接通外电路，就有电能输出。但由于这种太阳能电池太小，所以，要将许多这样的光伏电池通过串并联的方式组合在一起，构成PV组件，提高输出功率。 光伏电池的理想等效电路模型和实际电路模型如图2-2所示 其中Is为光生电流，它的值与光伏电池的面积和入射光的辐射度成正比. 光伏电池的光生电流值平均为16~30mA，一般温度升高，电流也有所升高，比值约为78uA/1 。Is为暗电流，即无光情况下，光伏电池在外电压作用下的P-N结所流过的 单向电流，反应一定温度下光伏电池P-N结自身所能产生的总的扩散电流情况。I为光伏电池的输入负载电流。光伏电池的输出电压是指把光伏电池放在阳光下输出两端开路时的电压，它的值跟辐射度的对数成正比，与温度成反比。温度每升高一摄氏度，电压下降2~3V。Rs为串联电阻，Rsh为旁路电阻，两者为光伏电池的固有电阻，即内阻。理想状态下，串联的Rs很小，并联时Rsh较大，所以，可以忽略不计 b.太阳能电池板的相关参数?1．光电转换效率?η%?评估太阳电池好坏的重要因素。?? 目前：实验室?η?≈?24%，产业化：η?≈?15%；（本课题采用前者）?2．单体电池电压? V：0.4V——0.6V由材料物理特性决定。?.?3．填充因子FF%?评估太阳电池负载能力的重要因素。?FF=(Im×Vm)/(Isc×Voc)?；? 其中：Isc—短路电流，Voc—开路电压，Im—最佳工作电流，Vm—最佳工作电压；?4.标准光强与环境温度地面? AM1.5光强，1000W/m2?，t?=?25℃；??5．温度对电池性质的影响? 例如：在标准状况下,AM1.5光强，t=25℃某电池板输出功率测得为100Wp,如果电池温度升高至45℃时，则电池板输出功率就不到100Wp。 C．光伏电池的伏安特性 太阳能电池板由多个单光伏电池串并联而成，为了更高的理解太阳能电池板发电系统，我们首先对光伏电池的伏安特性进行分析。 在实际情况下，加入旁路电阻和串并联电阻，光伏电池向外提供的电流可以用公式（2.1）所表示： 其中，n是二级管理想因子，Vth=KT/q为温度电势。它的伏安特性曲线如图2-3所示： 当太阳能电池板短路时，即负载V=0时，电