太阳能光伏发电 本科毕业论文

南昌航空大学

Nanchang Hangkong University

毕 业 论 文

题目 太阳能光伏发电技术

学院 _____________南昌航空大学________________

专业 _________光伏材料加工与应用技术___ ____

姓名 ___ __ 王偲宇______学号 _ 2095240419____

指导老师 ___欧阳建宝____职称_______讲师_______

____2012___年_ 3 _月

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摘要

进入21世纪的人类社会正面临着化石燃料短缺和生态环境严重污染的局面。廉价的石油时代已经结束，逐步改变能源的消费结构，大力发展可再生能源，走可持续发展的道路。已经成为世界各国政府的共识。

太阳能是一种非常理想的清洁能源，根据其特点和实际应用需要，目前太阳能发电分为光热发电和光伏发电两种，通常所说的太阳能发电是指太阳能光伏发电。光伏发电是利用半导体的将光能转变为电能的一种技术。

关键字：能源、太阳能、光伏发电、半导体、光生伏特效应

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Abstract

In the 21st century, human society is facing a shortage of fossil fuels, serious environmental pollution and ecological situation. Era of cheap oil is over, and gradually change the energy consumption structure, vigorously develop renewable energy, sustainable development. Governments around the world has become the consensus.

Solar energy is an ideal clean energy, according to their characteristics and needs of practical application, the current generation of solar power into solar thermal and photovoltaic power generation two, commonly referred to as solar power is a solar photovoltaic power generation. Photovoltaic power generation is the use of photovoltaic effect of semiconductors to light energy into electrical energy of a technology.

Keywords：energy、solar、Photovoltaic power generation、semiconductor、Light

born v effect

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目录

第一章 前言 第二章 光伏发电原理 第三章 光伏发电系统的组成 第四章 太阳能光伏发电系统操作使用 第五章 太阳能光伏发电系统管理维护 结束语 致谢 参考文献

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第一章 前言

太阳能的热利用和光能利用是其两个最重要的应用领域，之所以特别引人注目，是由太阳能的特殊性决定的。太阳能具有能量巨大，不会枯竭，清洁能源，不受地域限制等优点。

当太阳光照射到地球时，一部分光线被反射或散射，一部分光线被吸收，只有约70%的光线能透过大气层，以直射光或散射光到达地球表面。到达地球表面的太阳光一部分被表面物体所吸收，另一部分又被反射回大气层。

在地球大气层之外，地球与太阳平均距离处，垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射能基本上是一个常数。这辐射度称为太阳常数，或者为大气质量（AM0）为零的辐射。其数值为1.367±0.007KW/m2。

太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射度为1367KW/m2。地球赤道周长喂为40000KM，从而可计算出，地球可获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1KW/m2，地球表面某一点24ｈ的年平均辐射强度为0.20KW/m2,相当于有102000TW的能量。人类依赖这些能量维持生存。

经济、资源、环保是困扰现代社会发展的三大问题，简称为3E。要发展经济首先要有资源，约50万年前人类发现了“火”，直到今日仍大量消耗化石燃料。随工业化的推进和人口的增长，资源的消耗量日增，从而可预见若干年后的资源危机。除资源枯竭问题外，在化石燃料的使用过程中，环境保护也是个不容忽视的问题。环境问题是以全球变暖和酸雨为代表。

我国太阳能资源非常丰富，理论储量每年17000亿t标准煤。太阳能开发利用的潜力非常广阔。我国光伏电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年增加。

我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50x1018kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837kJ/cm2·a，中值为586kJ/cm2·a。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、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、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如被人们称为“日光城”的拉萨市，1961年至1970年的平均值，年平均日照时间为3005.7h，

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相对日照为68%，年平均晴天为108.5天，阴天为98.8天，年平均云量为4.8，太阳总辐射为816kJ/cm2·a，比全国其它省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都”之称的成都市，年平均日照时数仅为1152.2h，相对日照为26%，年平均晴天为24.7天，阴天达244.6天，年平均云量高达8.4。其它地区的太阳年辐射总量居中。

如图1所示，到达地球的太阳能辐射资源总量非常丰富，对于地球上的生命来说取之不尽，用之不竭。但其分布不均用性，不同地区光照资源差别很大。

（1） 太阳辐照随纬度的增高而降低，大部分太阳能资源集中在南、北纬40°之间的地区； （2） 世界太阳能资源富集的地区在低纬度的太平洋、大西洋和印度洋海面上。海面上的太阳辐照度普遍大大高于同纬度的陆地地区。在低纬度海域中，尤以靠近大陆西部的近海地区太阳辐射最强； （3） 陆地上太阳辐射相对较强的区域一般是人烟稀少、自然条件相对恶劣的地区，包括非洲沙哈拉沙漠、中国西藏西部、澳洲大陆中西部、美国西南部。

中国是太阳能资源比较丰富的国家，60%以上的地区平均每日标准日照时数在4h以上，西藏西部最高达6.3h。

我国太阳能资源分布的主要特点，太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部；由于南方多数地区云雾雨多，在北纬30°～40°地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增

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加而减少，而是随着纬度的增加而增长。按接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区： 一类地区

全年日照时数为3200～330O小时，辐射量在670～37x104kJ/cm2?a。相当于225～285kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地。这是我国太阳能资源最丰富的地区，与印度和巴基斯坦北部的太阳能资源相当。特别是西藏，地势高，太阳光的透明度也好，太阳辐射总量最高值达921kJ/cm2?a，仅次于撒哈拉大沙漠，居世界第二位，其中拉萨是世界著名的阳光城。 二类地区

全年日照时数为3000～3200小时，辐射量在586～670x104kJ/cm2?a，相当于200～225kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。此区为我国太阳能资源较丰富区。 三类地区

全年日照时数为2200～3000小时，辐射量在502～586x104kJ/cm2?a，相当于170～200kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。 四类地区

全年日照时数为1400～2200小时，辐射量在419～502x104kJ/cm2?a。相当于140～170kg标准煤燃烧所发出的热量。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以。 五类地区

全年日照时数约1000～1400小时，辐射量在335～419x104kJ/cm2?a。相当于115～140kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。

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第二章 光伏发电原理

2.1 太阳光的性质

地球接受到的太阳光并不是一个恒量，而是一个随时间变化的变量。这样，用光伏电池进行发电，起输出电量也将随着太阳光强度的不同而改变。因此，日照强度是一个基本物理量，它与光伏电池外特性、光伏电池特性测量以及光伏电池发电系统的设计均有直接关系。 所谓日照强度，是指利用单位面积、单位时间表示的能量密度。其单位可用两种形式表示：若为热利用，则是，cal/(cm22min)、kcal/(cm22min);若为电能利用，则为mW/cm2或J/(cm22min)。从表2-1中得知，1KW/m2=1.43cal/(cm22min)。

表2-1

日照强度 不同量纲 kW/m2 cal/(cm22min) kcal/(m22h) kW/m2 1 0.698 0.00116 cal/(cm22min) 1.43 1 0.00167 kcal/(m22h) 860 600 1 日照量 不同量纲 MJ/m2 cal/cm2 kWh/m2 MJ/m2 1 0.0418 3.6 cal/cm2 23.9 1 86 kWh/m2 0.278 0.0116 1 为求取日照量，必须对日照强度进行连续测量，并在对应时间段内，进行逐日和逐月记录，据此数据计算不用月份的日照量平均值。

日照量的单位也根据利用方式不同而不同。在热利用时为cal/cm2、kcal/m2、J/m2；在电能利用时为kWh/m2。其单位换算见表2-1.由表可知，1MJ/m2=23.9cal/cm2。根据世界气象组织（WMO）1981年规定，日照时间的定义是把直接日照强度为0.12kW/m2作为一个阈

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值。在晴天或多云天气，超过次阈值时测定日照量并计算出日和月的日照时间。

2.2光伏技术基本原理 2.2.1光生伏特效应

当光照在半导体材料时，半导体材料的不同部位之间会产生电势差，这种现象称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。1887年，德国物理学家赫兹发现，光照射到某些物质上，会引起物质向外发射电子。后来，这光致电变的现象被统称为光电效应。

光电效应包括光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。光照射在物体上，物体内的电子逸出物体表面的现象称为光电子发射，也叫外广电效应。光照在物体上，物体的电导率发生变化的现象称为光电导效应，物体产生光生电动势的现象称为光生伏特效应，光电导效应和光生伏特效应发生在物体内部，统称为内光电效应。光生伏特效应又包括势垒效应、丹倍效应、光电磁效应和贝克勒效应等几种形式。 2.2.2光伏电池光伏变换效率

光伏电池是一种可将太阳能直接变换为电能的半导体光电器，可将太阳能按比例地变换成电能。光伏电池的变换效率为输入太阳能与

最大输出功率*100% 输出电功率之比，即：变换效率η＝日照强度*光伏电池受光面积为正确定义光伏电池的效率，需附加若干条件，IEC（国际电工标准委员会）作如下规定：地面用光伏电池的额定效率需使用温度25℃、光照强度为1kW/m2（或100mW/cm2）及符合IEC规定的空气质量标准的基准光下进行测定，统称测试的基本状态。 2.2.3太阳能光伏发电的工作原理

当太阳光（或其他光）照射到太阳能电池上，电池吸收光能，产生光生电子-空穴对。在电池的内建电场作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。如在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。这样，太阳的光能就直接变成了可以付诸实用的电能。把上述太阳能电池将光能转换成电能的工作原理可概括下面三个过程。第一，太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生电子-空穴对，称为“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；第二，电性相反的光生载流子被半导体p-n结所产生的静电场分离开；第三，光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从

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而获得电能。

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限 制，因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。

光伏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,光伏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。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源 无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系 统和计算器辅助电源等。

国产晶体硅电池效率在10至13％左右，国外同类产品效率约18至23％。由一个或多个太阳能电池 片组成的太阳能电池板称为光伏组件。目前，光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中 继电源、通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，这 在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电还未起步，不过，2008年北京奥运会部分用电将会由太阳能发电和风力发电提供。

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第三章 光伏发电系统的组成

3.1离网型光伏系统的组成

离网型太阳能光伏发电系统根据用电负载的特点，可以分为直流系统、交流系统和交直流混合系统等几种。其主要区别是系统中是否带有逆变器。一般来说，离网型太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成。如下图3-1为离网型光伏系统的组成框图。

图3-1

1. 太阳能电池方阵

太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为2cm*2cm到15cm*15cm不等。单体的工作电压为0.45~0.5V，工作电流为20~25mA/cm2，一般不能单独作为电源使用。将电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，电池组件可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联并装在支架上，就成为太阳能方阵，可以满足负载所要求的输出功率。 2. 防反充二极管

防反充二极管又称阻塞二极管。其作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和夜晚不发电时或出故障时，蓄电池组通过太阳能电池方阵放电。它串联在太阳能电池方阵的电路中，其单向导通作用。要求其能承受足够大的电流，而且正向电压降要小，反向饱和电流要小。

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一般可选合适的整流二极管。 3. 蓄电池组

蓄电池组是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电系统对所用的蓄电池组的要求是：①自放电率低；②使用寿命长；③深放电能力强；④充电效率高；⑤少维护或免维护；⑥工作温度范围宽；⑦价格低廉。目前我国与太阳能电池发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池。配套200Ah以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封免维护铅酸蓄电池；配套200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池。 4. 控制器

是光伏发电系统的核心部件之一。光伏电站的控制器一般应具有以下功能：①信号检测，检测光伏发电系统各种装置和各个单元的状况和参数，为对系统进行判断、控制、保护等提供依据。需要检测的物理量有输入电压、充电电流、输出电压、输出电流以及蓄电池升温等。②蓄电池最优充电控制，控制器根据当前太阳能资源情况和蓄电池荷电状态，确定最佳充电方式以实现高效、快速地充电，并充分考虑充电方式对蓄电池寿命的影响。③蓄电池放电管理，对蓄电池放电过程进行管理，如负载控制自动关机、实现启动、防止负载接入时蓄电池端电压突降而导致的错误保护等。④设备保护，光伏系统所连接的用电设备，在有些情况下需要控制器来保护，如系统中因逆变电路故障而出现的过电压和负载短路而出现的过电流等，如不及时加以控制，就有可能导致光伏系统或用电设备损坏。⑤故障诊断定位，当光伏系统发生故障时，可自动检测故障类型，指示故障位置，为对系统进行维护提供方便。⑥运行状态指示，通过指示灯、显示器等方式指示光伏系统的运行状态和故障信息。

光伏发电系统在控制器的管理下运行。控制器可以采用多种技术方式实现其控制功能。比较常见的有逻辑控制和计算机控制两种。智能控制器多采用计算机控制方式。 5. 逆变器

逆变器是将直流电变换为交流电的设备。由于太阳能电池方阵和蓄电池组发出的是直流电，当负载是交流电时，逆变器是不可缺少的。对逆变器的基本要求是：①能输出一个电压稳定的交流电。无论是输入电压出现的波动，还是负载发生变化，它都要达到一定的电压稳定精确度，静态时一般为±2%。②能输出一个频率稳定的交流电。要

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求该交流电能达到一定的频率稳定精确度，静态时一般为±0.5%。③输出的电压及其频率在一定范围内可以调节。一般输出电压可调范围为±5%，输出频率可调范围为±2Hz。④具有一定的过载能力，一般能过载125%~150%。当过载150%时，应能持续30s；当过载125%时，应能持续1min及以上。⑤输出电压波形含谐波成分应尽量小。一般输出波形的失真率应控制在7%以内。以利于缩小滤波器的体积。⑥具有短路、过载、过热、过电压、欠电压等保护功能和报警功能。⑦启动平稳，启动电流小，运行稳定可靠。⑧换流损失小，逆变功率高，一般在85%以上。⑨具有快速的动态响应。

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，将发出的电能馈入电网。逆变器按输出波形又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，但可用于各种负载。 6. 测量设备

对于小型太阳能发电系统，只要求进行见简单的测量，如蓄电池电压和充放电电流，测量所用的电压表和电流表一般就装在控制器上。对于太阳能通信电源系统、管道阴极保护系统等工业电源系统和中大型太阳能光伏电站，往往要求对更多的参数进行测量，如太阳辐射、环境气温、充放电电量等，有时甚至要求具有远程数据传输、数据打印和遥控功能，这就要求为太阳能电池发电系统配备数据采集系统和微机监控系统。

3.2联网型太阳能发电系统的组成

联网型太阳能光伏发电系统可分为集中式大型联网光伏系统（以下简称大型联网光伏电站）和分散式小型联网光伏系统（以下简称住宅联网型光伏系统）两大类型。大型联网光伏电站的主要特点是所发电能被直接输送到电网上，由电网统一调配向用户供电。建设这种大型联网光伏电站，投资巨大，建设期长，需要复杂的控制和配电设备，并要占用大片土地，同时其发电成本目前要比市电贵8~10倍，因而发展不快。而住宅型联网光伏系统，特别是与建筑结合的住宅屋顶联网型光伏系统，由于具有许多优越性，建设容易，投资不大，许多国家又相继出台了一系列激励政策，因而在各发达国家备受青睐，发展迅速，成为主流。

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住宅联网型光伏系统的主要特点，是所发的电能直接分配到住宅（用户）的用电负载上，多余或不足的电力通过联接电网来调节。根据联网型光伏系统是否允许通过供电区变压器向主电网馈电，分为可逆流与不可逆流联网型光伏发电系统。

可逆流系统，是在光伏系统产生剩余电力时将该电能送入电网，由于是同电网的供电方向相反，所以称为逆流；当光伏系统电力不够时，则由电网供电（见图3-2）。这种系统，一般是为光伏系统的发电能力大于负载或发电时间同负荷用电时间不相匹配而设计的。住宅联网型光伏系统由于输出的电量受天气的季节的制约，而用电又有时间的区分，为保障电力平衡，一般均设计成可逆流系统。 电网 ~ 太阳能电池方阵

联网逆变器

—/~

负载 图3-2 可逆流系统 不可逆流系统，则是指光伏系统的发电量始终小于或等于负荷用电量，电量不够时由电网提供，即光伏系统与电网形成并联向负载供电。这种系统，即使当光伏系统由于某种特殊原因产生剩余电能，也只能通过某种手段加以处理或放弃。由于不会出现光伏系统向电网输电的情况，所以称为不可逆流系统（见图3-3）。 电网 ~ 太阳能电池方阵

联网逆变器

—/~

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图3-2 不可逆流系统 负载

住宅联网型光伏系统又有家庭系统和小区系统之分。家庭系统，装机容量较小，一般为1~5kWp，为自家供电，自由家管理，独立计量电量。小区系统，装机容量较大，一般为50~300kWp，为一小区或一栋建筑物供电，统一管理，集中分表计量电量。

根据联网型光伏系统是否配置贮能装置，分为有贮能装置和无贮能装置联网型光伏发电系统。配置少量蓄电池的系统，称为有贮能系统（见图3-4）。不配置蓄电池的系统，称为无贮能系统（见图3-5）。有贮能系统主动性较强，当出现电网限电、掉电、停电等情况时仍可正常供电。

太阳能电池方阵 交流电网

输出电度输入电度 防雷系统 表（kW/h） 表（kW/h）

控制器 联网逆变器 配电屏

联网控制器 蓄电池 交流负载 交流电网 太阳能电池方阵 输出 输入 防雷系统 电度表 电度表

控制器 联网逆变器 配电屏

联网控制器

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图3-5 无贮能（不带蓄电池）系统 交流负载

第四章太阳能光伏发电系统操作使用

4.1光伏电站供电的操作使用 ⑴直流控制柜的操作使用：开机前应先观察控制柜上蓄电池的电压是否正常，即蓄电池组的电压应在280V以上。如蓄电池组电压正常，即将直流控制柜机柜内的输出空气开关打到“ON开”位置。注意：在平时不用柴油发电机组充电的情况下，直流柜可以始终处于开机状态，不关机。

⑵逆变器的操作使用：将逆变器机柜内蓄电池组空气开关和主电路空气开关按顺序先后打到“ON开”位置。按前面板上的“MENU”键两次，使LCD（液晶显示屏）跳到主画面上；选着数字“8”，按回车键，显示屏上显示“输入密码”，选择数字“66”，再按回车键，显示屏上显示“系统开机”，约23s后，面板上“BYPASS”灯灭，“DC/AC”灯亮，逆变器正常输出。此时，将机柜内的输出空气开关打到“ON开”位置。

⑶交流配电柜和配电箱的操作使用：先将交流输出配电箱内的3个空气开关打到“ON开”位置。然后按下交流配电柜上“主逆变器”一路的绿色“开”按钮，观察三相指示灯（黄、绿、红）是否全亮，如全亮，说明不缺相，可以将配电柜内的输出空气开关打到“ON开”位置，观察前面板上的交流电压表数值。如果三相指示灯有不亮的，严禁开机，应及时查找原因。当使用备用逆变器或柴油发电机组供电时。与上述程序相同。在使用柴油发电机组供电时，还应注意等到柴油发电机组输出电压稳定后再输出供电。

⑷电站送电后，应随时观察逆变器显示屏上的电流值，逆变器各相最大输出电流不应超过70A。如发现电流过大，则应及时关机，并找出过载和短路的原因。

⑸送完电，应按顺序关机。光机顺序为：交流配电柜→逆变器→直流控制柜。

在上述操作中应注意如下各项：①如设备不能正常工作，则应按说明书查找原因并排除故障。②逆变器如需白天开机，应特别注意直流输入电压不能超过315V。③当发生欠电压告警后，应及时停止使用逆变器供电，关闭直流控制柜。经太阳能电池方阵或启动柴油发电机组充电后，蓄电池组电压回升到DC272V以上，欠电压告警解除。这时，仍不能恢复使用逆变器供电，必须等到直流控制柜面板上的充

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满指示灯（充满1~充满16）全亮，即蓄电池组电压回升到DC312V以上时，再恢复使用逆变器供电。④逆变器、直流控制柜和交流配电柜的开机、关机必须安操作程序进行。严禁非正常程序开机、关机。 4.2启动柴油发电机组补充充电的操作使用

由于连续阴雨天气或冬季日照不足等原因造成蓄电池组电压低于DC240V时，则需启动柴油发电机组经整流充电柜对蓄电池进行补充充电，其操作程序如下：

⑴首先应将面板上的“调节”旋钮逆时针转到0。

⑵将直流控制柜内的输出空气开关打到“OFF关”位置，关掉直流控制柜。

⑶启动柴油发电机组。此时三相的三色指示灯均亮，如有任何一灯不亮，则说明缺相，应检查线路和柴油发电机组。

⑷将充电柜内的输入空气开关打到“ON开”位置，观察三相电压是否平衡、正常。

⑸如三相电压平衡、正常，则按下充电柜面板上绿色“开机”按钮。 ⑹顺时针缓慢旋转慢板中的“调节”旋钮，同时注意面板中输出电流和输出电压指示。当输出电流值已经达到预定的充电电流（50~100A）时，停止调节。充电柜会稳定在这个电流值上进行充电。

⑺随着充电时间的延长，充电电流会逐渐减小，应随时调整“调节”旋钮，保持充电电流，直到蓄电池组电压（可从直流控制柜面板上观察到）达到315V。当蓄电池组电压达到315V时，将自动切断充电回路。

⑻当充电柜充满自动断电后，应将面板中“调节”旋钮逆时针转到0，然后断开主回路空气开关QF。

⑼需要手动关机时，首先应逆时针将面板中的“调节”扭转到0，然后按动“关机”按钮，最后关断柜内的空气开关QF并关闭柴油发电机组即可。

在上述操作中应注意如下各项：①在开机前或关机后一定要将面板上的“调节”扭逆时针旋转到０。②充电电流最大不应超过150A。若失控，应及时将输入空气开关关断。③在用柴油发电机组给蓄电池组充电时，注意关闭直流控制柜输出空气开关和逆变器的输入空气开关。直流控制柜和逆变器绝对禁止开机。此时如需供电，只需按下交流配电柜上柴油发电机组供电一路的绿色“开”按钮，即可由柴油发电机组直接供电。

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第五章 太阳能光伏发电系统管理维护

5.1太阳能电池方阵维护管理

⑴应保持太阳能电池方阵采光面的清洁，如积有灰尘，应先用清水冲洗，然后用干净的纱布将水迹擦干，切勿用有腐蚀性的溶剂冲洗或用硬物擦拭。遇风沙和积雪后，应及时进行清扫。一般应至少每月清扫1次。

⑵值班人员应注意太阳能电池方阵周围有没有新生长的树木、新立的电杆等遮挡太阳光的物体，以免影响太阳能电池组件充分地接受太阳光。一经发现，要报告电站负责人，及时加以处理。 ⑶带有向日葵跟踪装置的电池方阵，应定期检查跟踪装置的机械和电性能是否正常。

⑷太阳能电池方阵的支架，可以固定安装，也可以按季节的变化调整电池方阵与表面的夹角，以便太阳能电池组件更充分地接收太阳光。通常的调整角度是：①春分以后的接收角是当地的纬度－11°48′；②秋分以后的接收角是当地的纬度+11°48′；③全年平均的接收角是当地纬度+5°。

⑸要定期检查太阳能电池方阵的金属支架有无腐蚀，并根据当地具体条件定期进行油漆。方阵支架应良好接地。

⑹在使用中应定期对太阳能电池方阵的光电参数包括其输出功率进行检测，以保证方阵不间断地正常供电。 ⑺遇有大雨、冰雹、大雪等情况，太阳能电池方阵一般不会受到损坏，但应对电池组件表面及时进行清扫、擦拭。

⑻应每月检查一次各太阳能电池组件的封装及接线接头，如发现有封装开胶进水、电池变色及接头松动、脱线、腐蚀等，应及时进行处理。不能处理的及时向领导报告。 5.2蓄电池组的维护管理 ㈠蓄电池室环境要求

蓄电池室应经常保持适当的室内温度（10~30℃），并保持良好的通风和照明。在没有取暖设备的地区，已考虑了蓄电池允许的降低容量，最低温度可接近0℃；否则，应将蓄电池室建成被动式太阳房，以保温防冻，或采取其他保温措施。（这所说的蓄电池是铅酸蓄电池） ㈡电池安装

⑴电池应按照图纸的要求进行安装。安装电池的平台或机架，应采用耐酸材料或涂抹耐酸材料，台架上并应有绝缘设施。

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⑵电池与墙壁之间的距离，一般不小于30cm；平台或机架的间距（即中间过道的宽度），要根据电池外形尺寸的大小来确定，一般不小于80cm。

㈢电解液配制及灌注

⑴配制电解液用的浓硫酸、净化水以及配制好的电解液，应符合所选用蓄电池使用维护说明书规划的标准。

⑵新电池用的电解液密度为1.200（25℃）。在配制时，如浓硫酸的密度为1.835，则与水的体积比为1：4.5，与水的重量比为1;2.7。浓硫酸与净化水的配比，可查所选用蓄电池使用维护说明书中参考表。 ⑶电解液的密度岁其温度的变化而变化，所以电解液的密度应注明温度才算准确。如被测电解液的温度不是25℃时，可按下面公式换算为25℃的密度：D25=Dt+a(t－25)。 D25——换算为25℃时的密度

Dt——电解液温度为t℃时测的的实际温度 t——测量密度时电解液的实际温度 a——温度系数 ⑷配制电解液时，先将所需要的净化水到人耐酸、耐温的干净容器内，再将一定数量的浓硫酸缓缓倒入水中，并用耐酸棒不断的搅拌至均匀。切不可将水倒入硫酸中，以免溅出伤人。 ⑸灌注电解液

①如果是固定用干荷电密闭防酸雾蓄电池，要先将电池盖与防酸雾帽之间的防潮塑料膜去掉，再拧紧防酸雾帽。如果是固定用干荷电消氢铅酸蓄电池，要先将消氢帽拧下，把下部密封4个小孔的胶带纸和注液盖小孔上的胶带纸全部去掉，再拧上消氢帽。②待配好的电解液的温度下降到30℃以下时，即可向电池内灌注。液面高度应保持在最高和最低液面线之间。③非干荷电电池在灌注电解液后应静置4~6h，待温度下降至30℃以下时，即可进行初充电。电池从注入电解液开始充电，其间隔时间不得超过12h。干荷电电池在灌注电解液后应静置30min，在用直流电压表逐只测量电池的极性无误后，即可投入运行。

㈣电池初充电

非干荷电电池在灌注电解液后，须对电池进行初充电。初充电是否良好十分重要，将直接影响蓄电池的容量和使用寿命。因此，应严格按照所选用蓄电池使用维护说明书的规定进行。

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⑴用直流电源对蓄电池进行充电。充电设备的输出电压应比电池组的额定电压高50%左右。

⑵充电时，电池的正极必须与电源的正极相接，电池的负极必须与电源的负极相接，绝对不能接错，一面损坏电池。

⑶充电电流和时间，应按照所选用蓄电池使用维护说明书规定办理。初充电分两个阶段进行，在第一阶段充电至单体电池的端电压普遍升到2.4V时，应转为第二阶段充电，至充入电量为10小时率额定容量的5倍左右，并且具备下面特征时，则充电完毕：①各单体电池的端电压升至2.5V以上，并且稳定3h以上不变；②电解液密度稳定3~6③极板上下均充分冒出气泡，电解液呈近似乳白色。 ㈤电池的正常充电和半浮充电

电池在正常充电之后的再充电称电池的正常充电。正常充电的方法与初充电的方法基本相同，其充电的电流值和充电时间，按所选用蓄电池使用维护说明书的规定办理。所充入的电量主要根据电池前次放出电量的多少而定。一般充入的电量应约为前次放出电量的1.2~ 1.3倍左右；但前5次正常充电，其充入电量约为放出电量的1.5倍左右。电池放电前后应及时进行充电，一般不宜超过24h，否则将影响电池的性能和使用寿命。

太阳能光伏电站的储能蓄电池一般采用半浮充电方式进行，即太阳能电池方阵在有阳光时不断的向蓄电池充电，负荷的用电由蓄电池输出的直流电压经过逆变器变换为交流电压供给。在连续阴雨天气较长，太阳能电池方阵向蓄电池充电不足时，可启动备用电源柴油发电机组经整流器整流后向蓄电池充电。

被半浮充的单体电池的电压一般应保持在2.16~2.18V。电压太高，半浮充电流过大，将使电池长期处于过充状态。因此，应根据情况认真选择半浮充电压，以使电池经常保持充足电的状态。 ㈥电池的均衡充电

⑴由于电池组在使用过程中各单体电池有时会产生端电压、电解液密度和容量等不均衡现象，为使各单体电池都达到均衡一致的良好状态，在下列情况之一时，应及时进行均衡充电：①经常充电不足或很少进行全充放电的电池；②长期搁置或极板经过检修的电池；③放电后在24h以内未及时进行充电或使用已达到3个月以上的电池；④因故障使电池组放出近一半的容量，持续时间达半个月以上时；⑤放电电流值经常过大或放电终止电压经常低于规定时。

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⑵均衡充电的方法为：在正常充电完毕后静置1h，再用初充电第二阶段的电流继续充电，直到电解液发生剧烈的气泡时，再停充1h，如此反复2~3次，直至各电池的端电压、电解液密度已保持3h不变，而且间隔1h再行充电时，一接通电源，电池的电解液便立即产生强烈的气泡，即可停止。 ㈦日常检查与维护

⑴值班人员或蓄电池专责人员要定期进行外部检查。一般应每班或全天检查1次。检查项目包括：①室内温度、通风和照明；②蓄电池壳和盖的完整性；③电解液液面的高度，有无漏出壳外；④典型蓄电池的电解液比重和电压，电解液温度是否正常；⑤母线与极板的连接是否完好，有无腐蚀，有无凡士林油；⑥室内清洁情况；⑦充电电流值是否适当；⑧各种工具、仪表及安装工具是否完整。

⑵蓄电池专责人员应每月进行1次较详细的检查，检查内容包括：①每个电池的电压及电解液比重；②每个电池的液面高度；③极板有无硫化、弯曲和短路；④沉淀物的厚度；⑤极板、极柱等是否完好；⑥蓄电池绝缘是否良好。检查结果应记录在蓄电池运行记录薄中。 ⑶蓄电池日常维护工作的项目是：①清扫灰尘，保持室内清洁；②清除漏出的电解液；③定期给连接端子涂凡士林；④充注蒸馏水或电解液，调整电解液液面高度和密度；⑤及时检修不合格的“落后”电池（即电池组中充电慢、放电快的电池）；⑥记录蓄电池的运行状况。 ㈧停用处理

预计蓄电池将停用3个月以下时，在停用前应先充电，并每隔1个月充电1次停用期间应保持电解液液面高出极板10mm以上，并每月测量1次电解液的密度。如停用超过3个月以上时，应将电解液密度将至1.06，使用前再恢复正常值。 ㈨技术保安

⑴蓄电池室内禁止点火、吸烟和安装能发生电器火花的器具。在蓄电池室门上应有“火灾危险”、“严禁点火”等标识。

⑵在配制电解液和向蓄电池注入电解液时，必须遵守下列规定：①配制电解液时，应将硫酸缓缓注入蒸馏水中，同时用玻璃棒不断的搅拌，以便混合均匀，迅速散热；严禁把水向硫酸内倾倒，以免产生剧烈反应而爆炸；②要戴防护眼镜和口罩，以防止硫酸溅到脸部；③要戴胶皮手套，用胶皮围裙，穿胶皮靴子，以防止酸液腐蚀衣物和皮肤；④硫酸飞沫落到衣物上、脸上或手上时，应立即用5%的碳酸钠溶液清

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洗，然后再用清水冲洗，并并及时用清水擦干溢出蓄电池的硫酸电解液；⑤硫酸应保存在玻璃瓶中，玻璃瓶要放在筐内，筐上要有提耳，以便搬运。

⑶在蓄电池室内进行焊接工作时，须遵守下列规定：①在充电完毕后2h以上方可进行焊接工作；②焊接时必须有充分连接的通风；③应用石棉板将焊接地点与其他蓄电池隔离开来，以防止火星飞向蓄电池；④在蓄电池充电期间，严禁在蓄电池室内进行焊接极板工作。 5.3逆变器维护管理 ㈠逆变器操作使用

⑴应严格按照逆变器使用维护说明书的要求进行设备的连接和安装。在安装时，应认真检查：线径是否符合要求；各部件及端子在运输中有否松动；应绝缘处是否绝缘良好；系统的接地是否符合规定。 ⑵应严格按照逆变器使用维护说明书的规定操作使用。尤其是：在开机前注意输入电压是否正常；在操作是要注意开关机的顺序是否正确，各表头的指示灯的指示是否正常。

⑶逆变器一般均有断路、过电流、过电压、过热等项目的自动保护，因此在发生这些现象时，无需人工停机；自动保护的保护点一般在出厂时已经设定好，无需进行调整。

⑷逆变器机柜内有高压，操作人员一般不得打开柜门，柜门平时应锁死。

⑸在室温超过30℃时，应采取散热降温措施，以防止设备发生故障，延长设备使用寿命。 ㈡逆变器维护检修

⑴应定期检查逆变器各部分的接线是否牢固，有无松动现象，尤其应认真检查风扇、功率模块、输入端子、输出端子以及接地等。

⑵一旦告警停机，不准马上开机，应先检查原因并修复后再行开机，检查应严格按逆变器维护手册的规定步骤进行。 ⑶操作人员必须经过专门培训，并应达到能判断一般故障的产生原因并能进行排除，如能熟练地更换熔丝、组件以及损坏的电路板等。未经培训的人员，不得上岗操作使用设备。

⑷如发生不易排除的事故或事故的原因不清，应做好事故的详细记录，并及时通知生产工厂给予解决。 5.4配电柜和测量控制柜的维护管理

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⑴配电柜和测量控制柜的具体操作及维护检查，按设备使用维护说明书和技术说明书要求进行。

⑵值班人员对佩配电柜的巡回检查内容为：①仪表、开关和熔断器有无损伤；②各部件接点有无松动。发热和烧损现象；③触电保安器动作是否灵敏；④接触开关的触点是否有损伤；⑤检查接地情况，用兆欧表测试外壳接地电阻应小于10Ω；⑥柜体有无锈斑。 ⑶配电柜检修内容为：①清扫配电柜，修理、更换损坏的部件和仪表；②更换和紧固各部件接线端子；③修理损坏的引线绝缘；④箱体如有锈斑，应清除锈斑并涂防锈漆。检修后，必须检查接线和极性完全正确后方可通电试验。

⑷值班人员应定时记录测量控制柜指示的有关数据。

⑸测量控制柜的维护管理应注意以下几点：①各种仪表显示是否正常，按钮是否起作用。②各处接点有无松动、发热和烧损现象。③各参量控制限是否准确，如控制限不准确，说明门限值偏离了原设定值，应及时纠正。门限值不得任意调整，以防调乱，使控制失灵。只有在出现严重偏离门限值的情况下，才允许进行调整。④接地是否良好。 ⑹由于测量控制柜内有直流高压，非值班人员不经允许不得打开机柜。

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结束语

世界各国之所以重视光伏发电，主要是其技术发展的可预见性、应用成本的竞争性、环境问题的可控性。在过去30多年的发展中，光伏产业积累了丰富的经验，已经是一个趋于成熟的产业，许多能源战略科学家认为，也许有一天某种新的能源技术可能出现，但是在目前人类所掌握的技术面前，太阳能光伏发电是最具有发展前途的技术。因此发展光伏技术不是一个权宜之计，更不是心血来潮，而是低碳发展的必然选择。在激烈的国际市场竞争中，我国光伏产业应共同努力，加强技术研发、加快技术进步、消除贸易壁垒、扩大光伏发电应用市场。

我国太阳能资源非常丰富，理论储量每年17000亿t标准煤。太阳能开发利用的潜力非常广阔。我国光伏电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年增加。经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏发电市场的有力拉动下，尤其是《可再生能源中长期发展规划》以及“太阳能屋顶计划”、“金太阳工程”的出台，我国的光伏发电产业获得了迅猛发展：2007年我国的太阳能电池产量超过欧洲和日本，称为世界第一；2008年全球太阳能电池的产量约7GW，同年我国的太阳能电池产量约2.6GW，所占份额超过30%；2009年全球太阳能电池的产量约10GW，而同年我国产量超过４GW，所占份额的40%。2009年我国的太阳能市场安装容量为228MW，年增长率高达552%。在我国政府对新能源产业发展的大力推动下，到2020年，我国光伏产业规模将超过20GW。

由于太阳能光伏发电具有独特的优点。其应用与普遍越来越受到人们的重视。我国的太阳能资源十分丰富，为太阳能的利用创造了有力的自然条件，近年来得到了飞速的发展。尽管目前太阳能光伏发电在能源结构中所占比例不大，但是随着社会的发展和技术的进步，其份额将会逐年增加。有关专家预测，到21世纪中叶，太阳能光伏发电将成为世界能源供应的主体，一个光辉灿烂的太阳能时代即将到来。

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致谢

经过数月的艰辛论文终于完成了，在论文完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！

感谢我身在远方的父母！你们给我生活上的关怀和精神上的鼓励是我学习的动力。

另外，我还要感谢我的同学给予我的关心和无私的帮助。谢谢你们陪我走过这样的一段青葱岁月，在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此致以诚挚的谢意。谢谢你们一路给我的支持和帮助。

在学校的学习生活即将结束，回顾两年多来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向母校表达由衷的敬意和谢意。

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参考文献

[1] S．R Wenham M.A.Green M .E.Watt R. Corkish 译作者 狄大伟 高兆利等：《应用光伏学》，上海交通大学出版社，2008年4月第1版。

[2] 杨贵恒、强生泽、张颖超、邓勇：《太阳能光伏发电系统及其应用》，化学工业出版社，2011年5月北京第1版。

[3] 冯垛生、王飞：《太阳能光伏发电技术图解指南》，人民邮电出版社，2011年5月第1版。

[4] 罗玉峰、陈裕先、李玲：《太阳能光伏发电技术》，江西高校出版社，200年2月第1版。

[5] 张兴、曹仁贤：《太阳能并网发电及其逆变控制》，机械工业出版社，2011年1月第1版。

[6] 王长贵、王斯成：《太阳能光伏发电实用技术》，化学工业出版社，2010年10月北京第2版。

[7] 王东：《太阳能光伏发电技术与系统集成》，化学工业出版社，2011年8月北京第1版。

[8] 王长贵、周篂：《光伏发电技术资料选编》，北京：国家计委交通能源局，1998。

[9] 赵富鑫、魏彦章：《太阳电池及其应用》，北京，国防工业出版社，1985。 [10] 王长贵、崔容强、周篂：《新能源发电技术》，北京，中国电力出版社，2003。

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