光伏模塊

光伏模塊的工作原理是光伏效應(yīng)，“光伏效應(yīng)”全稱“光生伏特效”，是指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與全屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子(光波)轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過(guò)程，其次是形成電壓過(guò)程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流的回路。太陽(yáng)能發(fā)電，其基本原理就是“光伏效應(yīng)”。太陽(yáng)能專家的任務(wù)就是要完成制造電壓的工作，因?yàn)橐圃祀妷?，所以完成光電轉(zhuǎn)化的太陽(yáng)能電池是陽(yáng)光發(fā)電的關(guān)鍵。太陽(yáng)能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、水能等都來(lái)自太陽(yáng)能，廣義地說(shuō)，太陽(yáng)能包含以上各種可再生能源。太陽(yáng)能作為可再生能源的種，則是指太陽(yáng)能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽(yáng)能熱利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱為太陽(yáng)能熱發(fā)電，也屬于這一技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽(yáng)能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽(yáng)能光伏技術(shù) 。

光伏模塊是一種光電轉(zhuǎn)換裝置，只要存在太陽(yáng)光照，光伏模塊就會(huì)發(fā)電，如果它們?cè)诘谝荒曛行阅芰己茫敲丛谝院蠛荛L(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，它們很有可能繼續(xù)維持良好性能。然而，有一個(gè)問(wèn)題可能并不可靠，系統(tǒng)性能上報(bào)較差的原因是制造商對(duì)于模塊發(fā)電量的過(guò)高估計(jì)。迄今為止，還沒(méi)有光伏模塊運(yùn)行時(shí)間超過(guò)其使用壽命的案例。如果會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，那很有可能是在模塊的匯流箱。因?yàn)閰R流箱基本直接暴露在自然環(huán)境中并安裝在玻璃表面背面，它們所承受的溫度比周圍環(huán)境更高。在運(yùn)行10-15年以后，會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。如果電纜總是從底部引出的，而且有冷凝水排水設(shè)施，則有可能減緩腐蝕。

光伏模塊的可靠性問(wèn)題的完整敘述應(yīng)包括從蓄意破壞到被盜竊等問(wèn)題。光伏模塊因其固有功能的緣故，必定是要暴露在外的。在非建筑構(gòu)筑物上安裝光伏的案例(如街道路燈)中，它們通常是獨(dú)立安裝的。因此，它們易受到蓄意破壞者的損壞。蓄意破壞和盜竊的可能性只能在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免。光伏模塊應(yīng)該安放在人們難以接近的地方并加裝防盜鎖 。

本研究基于分布式最大功率跟蹤的概念，提出并探索一種嵌入式光伏發(fā)電模塊的一體化技術(shù)。所提方案利用并聯(lián)型的電力電子開關(guān)網(wǎng)絡(luò)替代傳統(tǒng)光伏板接線盒中的旁路二極管，通過(guò)功率差額補(bǔ)償?shù)脑硐K內(nèi)部各個(gè)光伏電池組之間因失配現(xiàn)象造成的功率失衡問(wèn)題，提高模塊的抗擾性和運(yùn)行效率；同時(shí)在模塊輸出側(cè)通過(guò)最大功率控制實(shí)現(xiàn)恒功率的輸出特性，提高基于該模塊的光伏陣列電產(chǎn)率。研究?jī)?nèi)容從嵌入式光伏模塊的拓?fù)溲莼f(xié)同控制策略優(yōu)化、數(shù)學(xué)模型建立和級(jí)聯(lián)特性分析幾方面依次展開，旨在尋求嵌入式電路和光伏電池板一體化的解決思路，構(gòu)造高抗擾性、高效率的緊湊型、模塊化光伏發(fā)電單元，力爭(zhēng)為光伏系統(tǒng)的無(wú)擾發(fā)電、高效饋電、穩(wěn)定消納提供一條具有指導(dǎo)意義的新思路。

太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合中，常常因?yàn)槭洮F(xiàn)象造成光伏系統(tǒng)的輸出特性曲線呈現(xiàn)多個(gè)峰值，導(dǎo)致傳統(tǒng)最大功率跟蹤算法失效；另一方面，由于光伏組件之間串、并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的控制策略無(wú)法使每個(gè)光伏組件在失配條件下均工作在各自的最大功率點(diǎn)。上述問(wèn)題廣泛存在于不同功率等級(jí)的光伏系統(tǒng)中，嚴(yán)重影響系統(tǒng)電產(chǎn)率，是目前光伏發(fā)電領(lǐng)域亟待解決的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。因此，研究失配條件下光伏系統(tǒng)的最優(yōu)功率控制策略，實(shí)現(xiàn)光伏組件功率的盡限輸出具有重要的意義。 本項(xiàng)目首先從最大功率跟蹤算法角度出發(fā)，對(duì)全局最大功率跟蹤算法進(jìn)行研究和優(yōu)化。論文首先比較了現(xiàn)有全局最大功率跟蹤算法的優(yōu)劣，并提出了一種基于改進(jìn)型模擬退火法的人工智能全局最大功率跟蹤算法。該算法可以快速、準(zhǔn)確地在任意失配條件下找到多峰值曲線上的全局最大功率點(diǎn)，同時(shí)相比較現(xiàn)有算法，具備了應(yīng)對(duì)環(huán)境突變的自重啟能力，自適應(yīng)的終止條件和智能化的鄰域調(diào)節(jié)機(jī)制，在追蹤精度、收斂速度和算法穩(wěn)定性等方面都取得了改進(jìn)。 其次，為了更好地消除失配問(wèn)題帶來(lái)的影響，本研究從電路拓?fù)浼翱刂撇呗缘慕嵌妊芯苛饲度胄凸夥K。結(jié)合目前的研究成果，針對(duì)全功率控制型結(jié)構(gòu)和差額功率控制型結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了深入的探討和分析。 本研究先研究了基于全功率控制結(jié)構(gòu)的光伏模塊，提出了一種基于單電感-單傳感器結(jié)構(gòu)的光伏模塊拓?fù)浼胺謺r(shí)控制策略。該方案僅用一組無(wú)源器件、一個(gè)電流傳感器和一個(gè)控制芯片就能完全消除光伏模塊內(nèi)由失配問(wèn)題造成的功率損失，使所有光伏子模塊均能輸出各自的最大功率。相比較現(xiàn)有的工業(yè)界方案，本結(jié)構(gòu)在保證理想最大功率輸出的基礎(chǔ)上，大大減少了嵌入式全功率結(jié)構(gòu)光伏模塊的器件數(shù)量和控制復(fù)雜度，進(jìn)一步提高了模塊的可集成度。 與此同時(shí)，本研究針對(duì)全功率控制型光伏模塊中變換器處理功率高、損耗大、效率低的自身固有缺陷，就差額功率控制型光伏模塊進(jìn)行了分析和探討，在掌握基于該結(jié)構(gòu)的嵌入式光伏模塊運(yùn)行機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了一種多級(jí)分時(shí)自適應(yīng)的最大功率跟蹤控制策略，在不影響電產(chǎn)率的情況下，減少了模塊運(yùn)行所需的器件數(shù)量，降低了成本，提高了系統(tǒng)的集成度。 最后，本研究針對(duì)基于光伏優(yōu)化模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)級(jí)特性也進(jìn)行了深入的分析和量化的評(píng)估，通過(guò)所搭建的能效模型可以對(duì)失配問(wèn)題帶來(lái)的能量損失進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估。同時(shí)針對(duì)不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本研究也展開了詳細(xì)的討論。

光伏是光生伏特的簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是光轉(zhuǎn)變成電的一種現(xiàn)象。也就是利用太陽(yáng)能的最佳方式是光伏轉(zhuǎn)換，就是利用光伏效應(yīng)，使太陽(yáng)光射到硅材料上產(chǎn)生電流直接發(fā)電。以硅材料的應(yīng)用開發(fā)形成的產(chǎn)業(yè)鏈條稱之為“光伏產(chǎn)業(yè)”，包括高純多晶硅原材料生產(chǎn)、太陽(yáng)能電池生產(chǎn)、太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的制造等。

根據(jù)這種效應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)該都可以算得上光伏產(chǎn)品了。太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品：光伏模塊及組件、光伏模塊及組件生產(chǎn)設(shè)備、農(nóng)村光伏發(fā)電系統(tǒng)、光伏設(shè)備安裝及配件、并網(wǎng)光伏系統(tǒng)及光伏輸配電器材等；光伏電源/電池、充電器、控制器、逆變器、水泵、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備、燃料電池、硅太陽(yáng)電池、薄膜太陽(yáng)電池、多晶硅單晶硅電池/原材料、光伏幕墻玻璃、電池板切割機(jī)、檢測(cè)設(shè)備、各種爐子；風(fēng)-光-柴-蓄互補(bǔ)電站系統(tǒng)、光伏海水淡化系統(tǒng)、太陽(yáng)能電動(dòng)車、光伏制氫系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件；光伏發(fā)電系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備。