光伏發電電路

A. 光伏發電原理

原理：

光伏發電的主要原理是半導體的光電效應。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。

硅原子有4個外層電子，如果在純硅中摻入有5個外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導體；若在純硅中摻入有3個外層電子的原子如硼原子，形成P型半導體。

當P型和N型結合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到P－N結後，空穴由P極區往N極區移動，電子由N極區向P極區移動，形成電流。

(1)光伏發電電路擴展閱讀：

優點：

①無枯竭危險；

②安全可靠，無雜訊，無污染排放外，絕對干凈（無公害）；

③不受資源分布地域的限制，可利用建築屋面的優勢；例如，無電地區，以及地形復雜地區；

④無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電；

⑤能源質量高；

⑥使用者從感情上容易接受；

⑦建設周期短，獲取能源花費的時間短。

缺點：

①照射的能量分布密度小，即要佔用巨大面積；

②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。

③目前相對於火力發電，發電機會成本高。

④光伏板製造過程中不環保。

B. 光伏的原理

1.光伏發電原理--簡介

光伏發電，就是我們通常說的太陽能發電，簡稱「光電」，它主要是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件就是太陽能電池，太陽能電池經過串聯後進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。

C. 光伏發電的原理

光伏發電的原理：

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯後進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。

光伏發電的主要具體原理是半導體的光電效應。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。硅原子有4個外層電子，如果在純硅中摻入有5個外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導體；若在純硅中摻入有3個外層電子的原子如硼原子，形成P型半導體。當P型和N型結合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到P－N結後，空穴由P極區往N極區移動，電子由N極區向P極區移動，形成電流。

上面所說的光電效應就是光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現象。它首先是由光子(光波)轉化為電子、光能量轉化為電能量的過程；其次，是形成電壓過程。

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D. 光伏發電工作原理

光伏發電工作原理

太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結內建電場的作用下，空穴由n區流向p區，電子由p區流向n區，接通電路後就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。

太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發電、核能發電相比，太陽能電池不會引起環境污染。

E. 光伏發電 原理

光伏效應
如果光線照射在太陽能電池上並且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激發，以致產生電子－空穴對。界面層附近的電子和空穴在復合之前，將通過空間電荷的電場作用被相互分離。電子向帶正電的N區和空穴向帶負電的P區運動。

通過界面層的電荷分離，將在P區和N區之間產生一個向外的可測試的電壓。此時可在矽片的兩邊加上電極並接入電壓表。對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數值為0.5～0.6V。通過光照在界面層產生的電子－空穴對越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流也越大。

原理
太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結內建電場的作用下，空穴由n區流向p區，電子由p區流向n區，接通電路後就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。

太陽能發電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。

（1） 光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程；後一個過程是熱—電轉換過程，與普通的火力發電一樣.太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。

（2） 光—電直接轉換方式該方式是利用光伏效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由於光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極體，當太陽光照到光電二極體上時，光電二極體就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或並聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發電、核能發電相比，太陽能電池不會引起環境污染。

F. 光伏發電原理示意圖

光伏發電原理是太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，
在p-n結內建電場的作用下，空穴由n區流向p區，電子由p區流向n區，
接通電路後就形成電流。

G. 光伏發電站的電路結構

逆變電源將直流電轉化為交流，功率晶體管T1、T3和T2、T4交替開通得到交流電力，若直流電壓較低，則通過交流變壓器升壓，即得到標准交流電壓和頻率。對大容量的逆變電源，由於直流母線電壓較高，交流輸出一般不需要變壓器升壓即能達到220V，在中、小容量的逆變電源中，由於直流電壓較低，如12V、24V，就必須設計升壓電路。
中、小容量逆變電源一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種主電路。推挽電路，將升壓變壓器的中性抽頭接於正電源，兩只功率管交替工作，輸出得到交流電力，由於功率晶體管共地，驅動及控制電路簡單，另外由於變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。其缺點是變壓器利用率低，帶動感性負載的能力較差。
圖3所示的全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點，功率晶體管T1、T4和T2、T3反相，T1和T2相位互差180度。調節T1和T2的輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。四隻功率晶體管的控制信號和輸出波形，由於該電路具有能使T2和T4共同導通的功能，因而具有續流迴路，即使對感性負載，輸出電壓波形也不會畸變。該電路的缺點是上、下橋臂的功率晶體管不共地，因此必須採用專門驅動電路或採用隔離電源。另外，為防止上、下橋臂發生共同導通，在T1、T4及T2、T3之間必須設計先關斷後導通電路，即必須設置死區時間，其電路結構較復雜。
推挽電路和全橋電路的輸出都必須加升壓變壓器，由於工頻升壓變壓器體積大，效率低，價格也較貴，隨著電力電子技術和微電子技術的發展，採用高頻升壓變換技術實現逆變，可實現高功率密度逆變，這種逆變電路的前級升壓電路採用推挽結構，但工作頻率均在20KHZ以上，升壓變壓器採用高頻磁芯材料，因而體積小/重量輕，高頻逆變後經過高頻變壓器變成高頻交流電，又經高頻整流濾波電路得到高壓直流電（一般均在300V以上）再通過工頻逆變電路實現逆變。
採用該電路結構，使逆變虯路功率密度大大提高，逆變電源的空載損耗也相應降低，效率得到提高，該電路的缺點是電路復雜，可靠性比上述兩種電路低。

H. 光伏發電站的控制電路

上述幾種逆變電源的主電路均需要有控制電路來實現，一般有方波和正弦波兩種控制方式，方波輸出的逆變電 源電路簡單，成本低，但效率低，諧波成份大。正弦波輸出是逆變電源的發展趨勢，隨著微電子技術的發展，有PWM功能的微處理器也已問世，因此正弦波輸出的逆變技術已經成熟。
1、方波輸出的逆變電源目前多採用脈寬調制集成電路，如SG3525，TL494等。實踐證明，採用SG3525集成電路，並採用功率場效應管作為開關功率元件，能實現性能價格比較高的逆變電源，由於SG3525具有直接驅動功率場效應管的能力並具有內部基準源和運算放大器和欠壓保護功能，因此其外圍電路很簡單。
2、正弦波輸出的逆變電源控制集成電路
正弦波輸出的逆變電源，其控制電路可採用微處理器控制，如INTEL公司生產的80C196MC、摩托羅拉公司生產的MP16以及MI－CROCHIP公司生產的PIC16C73等，這些單片機均具有多路PWM發生器，並可設定上、下橋臂之間的死區時間，採用INTEL公司80C196MC實現正弦波輸出的電路，80C196MC完成正弦波信號的發生，並檢測交流輸出電壓，實現穩壓。

I. 光伏發電電壓

具體數值可以參考產品相應的工作電壓參數。不同規格的光伏板，電壓也不同，單個硅太陽能電池片的輸出電壓約0.4伏，必須把若干太陽能電池片經過串聯後才能達到可供使用的電壓，並聯後才能輸出較大的電流。多個太陽能電池片串並聯進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，太陽電池組件是太陽能發電系統的基本組成單元。另外在實際的應用中，光伏板不直接連接負載，而是通過太陽能控制器連接光伏板、儲能電池和用電設備，來實現對太陽能的綜合管理。因此，整個光儲系統以蓄電池為參考，提供給負載的電壓值來自於蓄電池工作電壓。
大型光伏電站一般採用多級升壓模式（一般為兩級），集中式逆變器交流輸出電壓一般為315V左右，組串式逆變器交流輸出一般為380/400V左右，這么低的電壓不可能直接並網發電。原因一：對於大型太陽能項目有很多逆變器，低壓直接並網導致並網點特別多，不利於電能計量和電網的穩定；原因二：對於MW級的太陽能項目，如果採用低壓並網，電流特別大，不利於原則輕型的開關設備。
但是大型的並網太陽能項目並網電壓一般選擇110kV或者220kV，考慮到設備的製造水平和製造成本，不會採用一次直接升壓。
所以，就有了中壓集電線路。
一般來講，中壓集電線路的電壓等級可以任意確定，但是要和國內現有配電系統的電壓等級相匹配，比如10kV,24kV,35kV，這是為了方便設備選型和降低設備本身的生產成本，一般常用的是10kV和35kV。
具體採用10kV，還是35kV需要綜合比較，總的來講，集電電路選用35kV時，整個系統的電流會降低，導線截面會變小，而10kV和35kV系統絕緣的成本差不多，如果採用非環形集電線路，35kV系統一路可以匯集20~25MW，10kV系統只能匯集7~9MW，10kV集電線路系統電纜的長度會遠遠大於35kV集電線路系統。
所以，計及電纜敷設成本、電纜及電纜頭的采購成本、中壓開關櫃的采購成本、無功補償裝置采購成本、運輸和儲存等因素，大型光伏發電系統的中壓電壓等級一般選用35kV，而不是10kV。
10MWp以下的太陽能項目也有選用的10kV並網的，所以需要綜合考慮各方面因素。