《光伏》行业培训教材资料（太阳能光伏电源系统应用技术）

太阳能光伏电源系统应用技术 培训教材 胡新:15824805586 2007年3月

太阳能光伏电源系统应用技术 培 训 教 材 胡新：15824805586 2007 年 3 月

前言 我国研制太阳能电池始于一九五八年,中国的光伏技术经过四十年的努力 已具有一定的水平和基础。过去我国边远地区的光伏发电市场主要由国家投资项 目和多边援助项目支撑。90年代以来,随着边远地区经济发展和农牧民收入水 平的提高,边远地区的光伏发电市场也开始向商业化发展。根据世界银行/全球 环境基金可再生能源商业化项目准备硏究过程中的资料显示,我国西部地区经营 太阳能光伏发电系统的各类公司和团体由80年代的不足10家,发展到1997年 底的50多家,其中大多数公司以商业化赢利为目的。这从侧面表明,我国的光 伏发电技术已经具有了一定的市场潜力和市场吸引力。 光伏电池发电有离网(独立电站)和并网(市电并网电站)两种工作方式。过 去,由于太阳电池的生产成本居高不下,所以光伏电池多用于工业部门(邮电、 电力、石油、铁路等)和偏远无电地区的中小功率离网用户。随着光伏产品成本 的降低和农牧民收入水平的提高,太阳能光伏市场近年来发生了很大变化,开始 向较大功率的交流系统和村庄供电系统发展;并且逐步向并网发电以及和建筑相 结合(屋顶发电系统)的常规发电方向发展,开始由补充能源向替代能源过渡。太 阳能光伏电源的应用领域十分广阔,从数十瓦的户用照明系统到电信、电力、铁 路、石油、部队等部门通讯设备数千瓦的备用电源系统,甚至在西藏阿里、安多 等地区还建成几个数十千瓦的集中型太阳能光伏电站。 随着我国光伏事业的高速发展和应用领域的拓宽,从事太阳能光伏电源系统 集成设计和安装的技术人员不断增加。由于太阳能光伏电源技术属于跨多学科的 新兴学科,它涉及到气象、光学、半导体、电力、电子、计算机和机械等多种学 科技术,要求从业的技术人员应掌握广泛而深入的技术知识,才能合理设计使用 和充分发挥价格较昂贵的光伏系统设备的作用。但是,目前国内有关光伏技术的 书籍和资料大多是介绍太阳电池、蓄电池等器件原理和应用方面的基本知识,而 系统阐述太阳能光伏电源系统集成设计和配套电子设备(光伏电源控制器、方波 或正弦波逆变器及系统检测仪器等)应用的专业资料却很少。因此,北京市计科 能源新技术开发公司根据多年来从事光伏电源系统集成设计、工程安装和配套电 子设备生产的经验,组织编写了这本培训教材,试图帮助广大从事太阳能光伏行 业的技术人员系统学习掌握光伏系统集成设计和配套电子设备的应用,更好地发 展我国的光伏事业。 由于水平有限,时间仓促,对本培训教材中不当和错误之处敬请专家和读者 批评指正

1 前 言 我国研制太阳能电池始于一九五八年，中国的光伏技术经过四十年的努力， 已具有一定的水平和基础。过去我国边远地区的光伏发电市场主要由国家投资项 目和多边援助项目支撑。90 年代以来，随着边远地区经济发展和农牧民收入水 平的提高，边远地区的光伏发电市场也开始向商业化发展。根据世界银行/全球 环境基金可再生能源商业化项目准备研究过程中的资料显示，我国西部地区经营 太阳能光伏发电系统的各类公司和团体由 80 年代的不足 10 家，发展到 1997 年 底的 50 多家，其中大多数公司以商业化赢利为目的。这从侧面表明，我国的光 伏发电技术已经具有了一定的市场潜力和市场吸引力。 光伏电池发电有离网(独立电站)和并网(市电并网电站)两种工作方式。过 去，由于太阳电池的生产成本居高不下，所以光伏电池多用于工业部门（邮电、 电力、石油、铁路等）和偏远无电地区的中小功率离网用户。随着光伏产品成本 的降低和农牧民收入水平的提高，太阳能光伏市场近年来发生了很大变化，开始 向较大功率的交流系统和村庄供电系统发展；并且逐步向并网发电以及和建筑相 结合(屋顶发电系统)的常规发电方向发展，开始由补充能源向替代能源过渡。太 阳能光伏电源的应用领域十分广阔，从数十瓦的户用照明系统到电信、电力、铁 路、石油、部队等部门通讯设备数千瓦的备用电源系统，甚至在西藏阿里、安多 等地区还建成几个数十千瓦的集中型太阳能光伏电站。 随着我国光伏事业的高速发展和应用领域的拓宽，从事太阳能光伏电源系统 集成设计和安装的技术人员不断增加。由于太阳能光伏电源技术属于跨多学科的 新兴学科，它涉及到气象、光学、半导体、电力、电子、计算机和机械等多种学 科技术，要求从业的技术人员应掌握广泛而深入的技术知识，才能合理设计使用 和充分发挥价格较昂贵的光伏系统设备的作用。但是，目前国内有关光伏技术的 书籍和资料大多是介绍太阳电池、蓄电池等器件原理和应用方面的基本知识，而 系统阐述太阳能光伏电源系统集成设计和配套电子设备（光伏电源控制器、方波 或正弦波逆变器及系统检测仪器等）应用的专业资料却很少。因此，北京市计科 能源新技术开发公司根据多年来从事光伏电源系统集成设计、工程安装和配套电 子设备生产的经验，组织编写了这本培训教材，试图帮助广大从事太阳能光伏行 业的技术人员系统学习掌握光伏系统集成设计和配套电子设备的应用，更好地发 展我国的光伏事业。 由于水平有限，时间仓促，对本培训教材中不当和错误之处敬请专家和读者 批评指正

目录 绪论 我国的太阳能资源概况 2.太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式 3.太阳能光伏技术的发展及前景 二.太阳能光伏电源系统的原理及组成 1.太阳能电池方阵 2.充放电控制器 6700 3.直流/交流逆变器 4.蓄电池组 5.测量设备 6.太阳能光伏电源系统的设计 三.光伏电源充放电控制器 1.控制器的功能 2.控制器的基本技术参数 3.控制器的分类: u55566 4.控制器的基本电路和工作原理 5.小型单路充放电控制器产品实例 18 6.普通型柜式充放电控制器产品实例 7.智能型壁挂式充放电控制器产品实例 四.直流一交流逆变器 1.逆变器的功能 2.光伏发电系统对逆变器的技术要求 3.逆变器的分类和电路结构 4.逆变器的控制电路 88038 5.逆变器功率器件的选择: 6.逆变器的主要技术性能指标 7.PWM方波逆变器产品实例 8.SPWM正弦波逆变器产品实例 9.3kW可调度型并网逆变器 错误!未定义书签 五.光伏电源系统数据采集器 1.数据采集器的主要技术指标 2.数据采集器的基本功能 3.数据采集器的硬件结构 4.数据采集器的操作 六.蓄电池组: 1.铅酸蓄电池的结构及工作原理. 2.铅酸蓄电池的工作原理 3.蓄电池的电压、容量和型号 4.电解液的配制 5.蓄电池的安装 6.蓄电池的充电 7.固定型铅酸蓄电池的管理和维护

2 目 录 一．绪 论........................................................................................................................ 3 1．我国的太阳能资源概况 ............................................................................................... 4 2．太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式 ............................................................ 4 3．太阳能光伏技术的发展及前景..................................................................................... 5 二．太阳能光伏电源系统的原理及组成............................................................................ 6 1．太阳能电池方阵.......................................................................................................... 7 2．充放电控制器 ........................................................................................................... 10 3．直流/交流逆变器....................................................................................................... 10 4．蓄电池组 5．测量设备 6．太阳能光伏电源系统的设计 .......................................................................................11 三．光伏电源充放电控制器............................................................................................ 15 1．控制器的功能：........................................................................................................ 15 2．控制器的基本技术参数 ............................................................................................. 15 3．控制器的分类：........................................................................................................ 16 4．控制器的基本电路和工作原理： ............................................................................... 16 5．小型单路充放电控制器产品实例 ............................................................................... 18 6．普通型柜式充放电控制器产品实例............................................................................ 20 7．智能型壁挂式充放电控制器产品实例 ........................................................................ 23 四．直流－交流逆变器................................................................................................... 28 1．逆变器的功能：........................................................................................................ 28 2．光伏发电系统对逆变器的技术要求............................................................................ 28 3．逆变器的分类和电路结构.......................................................................................... 30 4．逆变器的控制电路 .................................................................................................... 33 5．逆变器功率器件的选择：.......................................................................................... 38 6．逆变器的主要技术性能指标 ...................................................................................... 29 7．PWM方波逆变器产品实例 ........................................................................................ 41 8．SPWM正弦波逆变器产品实例................................................................................... 43 9．3kW 可调度型并网逆变器..............................................................错误!未定义书签。 五．光伏电源系统数据采集器........................................................................................ 45 1．数据采集器的主要技术指标 ...................................................................................... 45 2．数据采集器的基本功能 ............................................................................................. 45 3．数据采集器的硬件结构 ............................................................................................. 46 4．数据采集器的操作 .................................................................................................... 47 六．蓄电池组：............................................................................................................. 50 1．铅酸蓄电池的结构及工作原理................................................................................... 50 2．铅酸蓄电池的工作原理 ............................................................................................. 50 3．蓄电池的电压、容量和型号 ...................................................................................... 51 4．电解液的配制 ........................................................................................................... 52 5．蓄电池的安装 ........................................................................................................... 54 6．蓄电池的充电：........................................................................................................ 54 7．固定型铅酸蓄电池的管理和维护 ............................................................................... 56

七.备用柴油发动机和交流充电设备 1.柴油发电机组 2.交流充电设备产品实例JKZH-60K-3CH整流充电柜 绪论 在人类文明的历史长河中,人类不断地从自然界索取、探求适合生存和发 展所需的各种能源,能源的利用水平折射出人类文明的进步步伐。从原始社会开

3 七．备用柴油发动机和交流充电设备.............................................................................. 58 1．柴油发电机组 ........................................................................................................... 58 2．交流充电设备产品实例JKZH-60K-3CH整流充电柜 .................................................... 61 一．绪 论 在人类文明的历史长河中，人类不断地从自然界索取、探求适合生存和发 展所需的各种能源，能源的利用水平折射出人类文明的进步步伐。从原始社会开

始,由地球在长达50万年的历史中积累下来的化石矿物能源,即常规能源(煤、 石油、天然气等)一直是人类所用能源的基础。但是常规能源的储量正随着人类 文明的高度发展而迅速枯竭。从资源的角度看,地球的矿物能源储量是有限的, 按目前消耗的速度计,石油还可供开采40年左右,天然气约60年,煤可望达 200年。全球能源消耗的年增长率约为2%,近35年来世界能源消费量已经翻 了一番。人们预计,到2025年全球能源消耗还将再増加一倍。这些都提醒人们 注意到必须开发新的能源 常规能源的大量利用对人类生存环境也有着日趋严重的破坏作用。到20 世纪末人们开始意识到:由于每年燃烧常规能源所产生的CO排放量约210亿 吨左右,已经使地球严重污染,而且目前CO2的年排放量还在呈上升趋势。CO 造成了地球的温室效应,使全球气候变暖。经过较为准确的推算,如果全球变暖 1.5~4.5℃,最严重的后果是海平面将上升25~145cm,沿海低洼地区将被淹 没,这将严重影响到许多国家的经济、社会和政治结构。此外,大量燃烧矿物燃 料,会在大范围内形成酸雨,将严重损害森林和农田,目前全球已有数以千计的 湖泊酸性度不断提髙,并已接近鱼类无法生存的地步;酸雨还损坏石造建筑、破 坏古迹、腐蚀金属结构,甚至进入饮用水源,释放出潜在的毒性金属(如镉、铅、 汞、锌、铜等),威胁人类健康。因此,人类文明的高度发展与生存环境的极度 恶化,形成了强烈的反差。 针对以上情况开发和使用新能源(可再生能源和无污染绿色能源)已是人类 目前迫切需要解决的重要问题。虽然目前人类可利用的新能源,如太阳能、风能、 地热能、水能、海洋能等能源形式都是可以满足要求的。但从能源的稳定性、可 持久性、数量、设备成本、利用条件等诸多因素考虑,太阳能将成为最为理想的 可再生能源和无污染能源。 1.我国的太阳能资源概况: 2.太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式 太阳能电池发电与火力、水力、柴油发电比较具有许多优点,如安全可靠

4 始，由地球在长达 50 万年的历史中积累下来的化石矿物能源，即常规能源(煤、 石油、天然气等)一直是人类所用能源的基础。但是常规能源的储量正随着人类 文明的高度发展而迅速枯竭。从资源的角度看，地球的矿物能源储量是有限的， 按目前消耗的速度计，石油还可供开采 40 年左右，天然气约 60 年，煤可望达 200 年。全球能源消耗的年增长率约为 2%，近 35 年来世界能源消费量已经翻 了一番。人们预计，到 2025 年全球能源消耗还将再增加一倍。这些都提醒人们 注意到必须开发新的能源。 常规能源的大量利用对人类生存环境也有着日趋严重的破坏作用。 到 20 世纪末人们开始意识到：由于每年燃烧常规能源所产生的 CO2 排放量约 210 亿 吨左右，已经使地球严重污染，而且目前 CO2 的年排放量还在呈上升趋势。CO2 造成了地球的温室效应，使全球气候变暖。经过较为准确的推算，如果全球变暖 1.5～4.5℃,最严重的后果是海平面将上升 25～145cm，沿海低洼地区将被淹 没，这将严重影响到许多国家的经济、社会和政治结构。此外，大量燃烧矿物燃 料，会在大范围内形成酸雨，将严重损害森林和农田，目前全球已有数以千计的 湖泊酸性度不断提高，并已接近鱼类无法生存的地步；酸雨还损坏石造建筑、破 坏古迹、腐蚀金属结构，甚至进入饮用水源，释放出潜在的毒性金属（如镉、铅、 汞、锌、铜等），威胁人类健康。因此，人类文明的高度发展与生存环境的极度 恶化，形成了强烈的反差。 针对以上情况开发和使用新能源(可再生能源和无污染绿色能源)已是人类 目前迫切需要解决的重要问题。虽然目前人类可利用的新能源，如太阳能、风能、 地热能、水能、海洋能等能源形式都是可以满足要求的。但从能源的稳定性、可 持久性、数量、设备成本、利用条件等诸多因素考虑，太阳能将成为最为理想的 可再生能源和无污染能源。 1． 我国的太阳能资源概况: 2． 太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式: 太阳能电池发电与火力、水力、柴油发电比较具有许多优点，如安全可靠