1、第第9 9章章 太阳能光伏通信电源太阳能光伏通信电源1第1页，共20页。一、太阳能光伏通信电源系统的组成及工作原理一、太阳能光伏通信电源系统的组成及工作原理二、太阳能电池的特性及主要参数二、太阳能电池的特性及主要参数三、太阳能电池组件三、太阳能电池组件四、储能单元（蓄电池）四、储能单元（蓄电池）五、风五、风-光互补型发电系统光互补型发电系统本章内容提要本章内容提要2第2页，共20页。一、太阳能光伏通信电源系统的组成一、太阳能光伏通信电源系统的组成v 光伏阵列、光伏控制器、蓄电池、直流配电设备、转换器光伏阵列、光伏控制器、蓄电池、直流配电设备、转换器（DC/DC，DC/AC，AC/DC）、柴油发
2、电机、风电控制）、柴油发电机、风电控制器等组成。器等组成。3第3页，共20页。v 太阳能光伏阵列：太阳能光伏阵列：为直流通信设备、机房交流用电设备、为直流通信设备、机房交流用电设备、储能蓄电池储能蓄电池供电供电的重要的重要光电转换部件光电转换部件。v 光伏控制器：光伏控制器：是电源系统中是电源系统中重要的控制单元重要的控制单元，具有蓄电池，具有蓄电池充、放电管理功能，保护功能及必要的告警功能。充、放电管理功能，保护功能及必要的告警功能。v 蓄电池：蓄电池：储能设备。储能设备。一、太阳能光伏通信电源系统的工作原理4第4页，共20页。二、太阳能电池的特性及主要参数二、太阳能电池的特性及主要参数n太
3、阳能利用的巨大潜力太阳能利用的巨大潜力 我国太阳能资源丰富，陆地每年接受的太阳辐射能，我国太阳能资源丰富，陆地每年接受的太阳辐射能，相当于相当于1.7万亿万亿tce，2/3国土面积的太阳能总辐射量超过国土面积的太阳能总辐射量超过6000MJ/m2。n太阳能的主要利用形式太阳能的主要利用形式 目前，太阳能利用主要有两个途径，即目前，太阳能利用主要有两个途径，即光热光热和和光电技光电技术术。光电技术指的是。光电技术指的是光伏发电光伏发电，是根据，是根据光生伏特效应原光生伏特效应原理，利用理，利用太阳能电池太阳能电池将太阳光能直接转化为电能将太阳光能直接转化为电能。光伏发电更高端，前景更好光伏发电更
4、高端，前景更好，在太阳能利用上将是主，在太阳能利用上将是主流，将成为代表太阳能应用最尖端、最先进、最有潜力流，将成为代表太阳能应用最尖端、最先进、最有潜力的一种技术。的一种技术。5第5页，共20页。v太阳能电池发电的基本原理太阳能电池发电的基本原理n基本原理基本原理 太阳能电池发电的原理主要是太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应半导体的光电效应，即一些半导体材料受到光照时，载流子数量会剧增，导即一些半导体材料受到光照时，载流子数量会剧增，导电能力随之增强，也就是半导体的光敏特性。电能力随之增强，也就是半导体的光敏特性。根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：根据所用材料的不同，太阳能电池
5、还可分为：硅太硅太阳能电池阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修聚合物多层修饰电极型饰电极型太阳能电池、太阳能电池、纳米晶太阳能电池纳米晶太阳能电池四大类，其中四大类，其中硅太阳能电池硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。位。二、太阳能电池的特性及主要参数6第6页，共20页。v 当外接负载电阻无穷大时（开路），输出电流为零，输当外接负载电阻无穷大时（开路），输出电流为零，输出电压就是太阳能电池的开路电压出电压就是太阳能电池的开路电压Voc。v 当太阳能电池正负极短路时，短路导线上的光电压为零，当太阳能电池正负极
6、短路时，短路导线上的光电压为零，这时输出电流达到最大值，也就是短路电流这时输出电流达到最大值，也就是短路电流ISC。二、太阳能电池的特性及主要参数2.太阳能电池的伏安（太阳能电池的伏安（V-I）特性）特性7第7页，共20页。v 输出功率：输出功率：太阳能电池的伏安特性曲线上的任何一点，其对应的电压与电流太阳能电池的伏安特性曲线上的任何一点，其对应的电压与电流的乘积。的乘积。v 最大功率输出点：最大功率输出点：特性曲线上特性曲线上MPP点对应的输出功率最大。点对应的输出功率最大。v 峰值功率：峰值功率：在规定条件下，及光的辐照强度为在规定条件下，及光的辐照强度为1000W/m2，大气的质量为，大
7、气的质量为1.5单位，太阳能电池的温度为单位，太阳能电池的温度为25oC时，测量的最大功率就是太阳能电池的时，测量的最大功率就是太阳能电池的峰值功率，用峰值功率，用Wp表示。表示。二、太阳能电池的特性及主要参数3.太阳能电池的峰值功率太阳能电池的峰值功率最大功率输出点最大功率输出点8第8页，共20页。二、太阳能电池的特性及主要参数4.太阳能电池的峰值功率太阳能电池的峰值功率v 不同辐照强度下，太阳能电池的输出特性曲线的变化趋势不同辐照强度下，太阳能电池的输出特性曲线的变化趋势如图所示。如图所示。v 光照强度的变化将明显影响太阳能的短路电流。随着辐照光照强度的变化将明显影响太阳能的短路电流。随着
8、辐照强度的降低，短路电流将成比例下降。强度的降低，短路电流将成比例下降。v 开路电压值的变化比较小。开路电压值的变化比较小。ISCVoc9第9页，共20页。三、太阳能电池组件单体太阳能电池单体太阳能电池太阳能电池组件太阳能电池组件太阳能电池阵列太阳能电池阵列（光伏阵列）（光伏阵列）单体太阳能电池单体太阳能电池太阳能电池组件太阳能电池组件10第10页，共20页。v 一只一只100cm2的单体太阳能电池的输出电压一般约为的单体太阳能电池的输出电压一般约为0.5V左右，短路电流一般为左右，短路电流一般为3A，输出功率只有，输出功率只有12W。三、太阳能电池组件v单体太阳能电池单体太阳能电池11第11
9、页，共20页。v 将将多个单体太阳能电池多个单体太阳能电池通过一定的连接方法（串、并联）通过一定的连接方法（串、并联）而而组合成大功率的太阳能电池组件组合成大功率的太阳能电池组件。v 连接方法：主要采用串联、并联。也可以串、并联混合连连接方法：主要采用串联、并联。也可以串、并联混合连接方式。接方式。v 太阳能电池组件的封装质量要好，满足防风、防尘、防潮、太阳能电池组件的封装质量要好，满足防风、防尘、防潮、防腐蚀等户外工作的要求。防腐蚀等户外工作的要求。v 目前，国内外制造的太阳能电池组件的输出功率有目前，国内外制造的太阳能电池组件的输出功率有10200W，输出电压分别有，输出电压分别有17.4
10、V，23.4V和和26.1V等。等。v 太阳能电池组件便于存储、运输，太阳能电池组件便于存储、运输，是组成太阳能电池阵列是组成太阳能电池阵列的基本单元。的基本单元。三、太阳能电池组件v太阳能电池组件太阳能电池组件12第12页，共20页。v 太阳能电池阵列：由多太阳能电池阵列：由多个太阳能电池组件个太阳能电池组件按按系统电压及功系统电压及功率混合连接率混合连接而成的具有较高电压（几十伏至几百伏），大而成的具有较高电压（几十伏至几百伏），大功率（几千瓦至几百千瓦）功率（几千瓦至几百千瓦）的太阳能电池系统的太阳能电池系统。v 输出电压输出电压Vs：决定于组件的串联数量决定于组件的串联数量Ns及每个组
11、件的输出及每个组件的输出电压电压Vu，即，即Vs=VuNs。v 输出电流输出电流Is：决定于组件的并联数量决定于组件的并联数量Np及每个组件的最大及每个组件的最大输出电流输出电流Iu，即，即Is=IuNp。v 输出功率：输出功率：Ps=VsIs，即，即 Ps=VuIuNsNp 等于阵等于阵列中所有组件输出功率之和。列中所有组件输出功率之和。三、太阳能电池组件v太阳能电池阵列太阳能电池阵列13第13页，共20页。v 解决方法：解决方法：在太阳能组件的输出端在太阳能组件的输出端反向并联一只大功率旁反向并联一只大功率旁路二极管。路二极管。三、太阳能电池组件v太阳能电池阵列的太阳能电池阵列的“热斑热斑
12、”效应效应v 当大面积的太阳能电池阵列在运行时，当其中某个组件的当大面积的太阳能电池阵列在运行时，当其中某个组件的光照面受到遮挡时，其内阻将会明显增加，输出电流随之光照面受到遮挡时，其内阻将会明显增加，输出电流随之下降，下降，这将影响阵列的输出电流和输出功率这将影响阵列的输出电流和输出功率。v 由于组件的内阻增大由于组件的内阻增大，当负载所需要的，当负载所需要的大电流强行通过被大电流强行通过被遮挡的组件时将产生较大的功耗，并全部转换成热量，使遮挡的组件时将产生较大的功耗，并全部转换成热量，使被遮挡的组件温度升高，形成被遮挡的组件温度升高，形成“热斑热斑”效应。效应。14第14页，共20页。三、
13、太阳能电池组件v太阳能电池阵列的太阳能电池阵列的“热斑热斑”效应效应v正常无遮挡时，电池组件内阻较小，输出电流全部流过组正常无遮挡时，电池组件内阻较小，输出电流全部流过组件内部的电池片，二极管中无电流通过。件内部的电池片，二极管中无电流通过。v当组件受到遮挡或由于其它原因内阻增大或损坏无输出时，当组件受到遮挡或由于其它原因内阻增大或损坏无输出时，电流不流过这只组件，而使通过与它并联的二极管，从而使电流不流过这只组件，而使通过与它并联的二极管，从而使负载正常工作，同时避免了在阵列中产生局部的负载正常工作，同时避免了在阵列中产生局部的“热斑热斑”效效应。应。15第15页，共20页。一、太阳能光伏通
14、信电源系统的组成及工作原理一、太阳能光伏通信电源系统的组成及工作原理二、太阳能电池的特性及主要参数二、太阳能电池的特性及主要参数三、太阳能电池组件三、太阳能电池组件四、储能单元（蓄电池）四、储能单元（蓄电池）五、风五、风-光互补型发电系统光互补型发电系统本章内容提要本章内容提要16第16页，共20页。v太阳能通信电源系统的储能单元一般采用太阳能通信电源系统的储能单元一般采用阀控式铅酸密封蓄电池组成的电阀控式铅酸密封蓄电池组成的电池组。池组。v太阳能电源系统的蓄电池与在电网供电状态下工作的蓄电池相比，工作太阳能电源系统的蓄电池与在电网供电状态下工作的蓄电池相比，工作方式有很大差异：方式有很大差异
15、：通信局站内的蓄电池组通信局站内的蓄电池组与高频开关电源以并联浮充方式工作，与高频开关电源以并联浮充方式工作，交流电网的可用性越高，则蓄电池单独供电的时间就越短。交流电网的可用性越高，则蓄电池单独供电的时间就越短。例如：交流电网的可用性为例如：交流电网的可用性为99.9%，计算出每年中由蓄电池，计算出每年中由蓄电池单独供电的累积时间只有单独供电的累积时间只有8.8个小时。个小时。太阳能电源系统中的蓄电池太阳能电源系统中的蓄电池每天工作在充放电循环状态每天工作在充放电循环状态下。下。白天，有日照的时间内，光伏阵列以最大电流对蓄电池充电，白天，有日照的时间内，光伏阵列以最大电流对蓄电池充电，同时还
16、要为通信设备及其他用电设备供电；夜晚，阴天，没同时还要为通信设备及其他用电设备供电；夜晚，阴天，没有日照的时间内，蓄电池要为所有用电设备供电一直到第二有日照的时间内，蓄电池要为所有用电设备供电一直到第二天有光照时，蓄电池才得以再充电。天有光照时，蓄电池才得以再充电。四、储能单元（蓄电池）v蓄电池组的类型、特点蓄电池组的类型、特点17第17页，共20页。v 蓄电池组的电压与容量的确定：蓄电池组的电压与容量的确定：取决于通信设备及其他负载的容量取决于通信设备及其他负载的容量 根据所在地区的单位面积年平均日照能量、每天日照小时数等，根据所在地区的单位面积年平均日照能量、每天日照小时数等，考虑不利的气
17、象因素考虑不利的气象因素 对一些在较长时间（如几十小时）无日照光照射条件下能正常对一些在较长时间（如几十小时）无日照光照射条件下能正常工作的电源系统，要求其配备较大容量的蓄电池组。工作的电源系统，要求其配备较大容量的蓄电池组。四、储能单元（蓄电池）v蓄电池组容量的确定蓄电池组容量的确定18第18页，共20页。v 为了使蓄电池组的电量得到及时足够的补充，对光伏阵列为了使蓄电池组的电量得到及时足够的补充，对光伏阵列的输出电流有一定的要求。的输出电流有一定的要求。v 在有光照的时间内，光伏阵列的输出电流要满足：在有光照的时间内，光伏阵列的输出电流要满足：一方面，提供所有用电设备的用电；一方面，提供所
18、有用电设备的用电；另一方面，还要有足够的电流对蓄电池组充电。另一方面，还要有足够的电流对蓄电池组充电。四、储能单元（蓄电池）v对光伏阵列的要求对光伏阵列的要求19第19页，共20页。v 在我国的东南沿海和西部（包括西藏）除了具有丰富的太在我国的东南沿海和西部（包括西藏）除了具有丰富的太阳能资源外，还有丰富的风力资源可与太阳能光伏发电综阳能资源外，还有丰富的风力资源可与太阳能光伏发电综合利用。合利用。五、风光互补型发电系统v 在阳光和风力具有较好互补性（如季节互补、昼夜互补）在阳光和风力具有较好互补性（如季节互补、昼夜互补）的地区，不但可减小蓄电池组的容量和光伏阵列的功率，的地区，不但可减小蓄电池组的容量和光伏阵列的功率，而且还可以很少或者不用启动备用柴油发电机组而获得较而且还可以很少或者不用启动备用柴油发电机组而获得较高的供电稳定性和运行经济性。高的供电稳定性和运行经济性。20第20页，共20页。
