本發(fā)明涉及配電與用電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電力網(wǎng)絡(luò)用于各種用途的電力輸送和配電。電力網(wǎng)絡(luò)包括互相互連以產(chǎn)生，傳輸和分配電力的多個裝置。電力網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行期間經(jīng)歷由不同發(fā)電裝置的有功和無功功率的產(chǎn)生的變化以及在電力網(wǎng)絡(luò)中的不同負(fù)載下的有功和無功功率的可變消耗引起的電壓變化。連接大量可再生能源的電力網(wǎng)絡(luò)在互連點(diǎn)及其附近可能會產(chǎn)生大的和快速的電壓變化，導(dǎo)致電壓調(diào)節(jié)裝置（例如有載分接變換變壓器和電容器）的過度運(yùn)行。由于電壓調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)行速度有限，電力網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)絡(luò)總線上不能始終保持恒定的電壓。機(jī)械開關(guān)變壓器水龍頭和電容器的過度運(yùn)行導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備的維護(hù)和使用壽命的減少。減輕上述電壓變化的一種方法是提供具有或不具有電壓下降特性的閉環(huán)控制器?？刂破髡{(diào)節(jié)無功電源，以使用機(jī)械開關(guān)電抗器和電容器以及諸如靜態(tài)var補(bǔ)償器（svc）和靜態(tài)同步補(bǔ)償器（statcom）等動態(tài)裝置來補(bǔ)償電壓變化。更具體地說，在一些可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，閉環(huán)控制器調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器的工作功率因數(shù)，以調(diào)節(jié)無功功率以減輕電壓變化。然而，在該過程中，閉環(huán)控制器可能不期望地與電力網(wǎng)絡(luò)中的其它電壓控制器相互作用。此外，閉環(huán)控制器傾向于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和連接負(fù)載的無功功率需求，這導(dǎo)致無功電源中的損耗增加，并且其動態(tài)能力的次優(yōu)化利用。

用于減輕電力網(wǎng)絡(luò)中的電壓變化的替代方法是單獨(dú)地補(bǔ)償每個發(fā)電裝置的自感應(yīng)電壓變化。基于導(dǎo)致恒定功率因數(shù)運(yùn)算的近似電壓降方程來計(jì)算用于補(bǔ)償自感應(yīng)電壓變化所需的無功功率的量。然而，這種方法在高功率條件下往往不準(zhǔn)確，并且可能導(dǎo)致電力網(wǎng)絡(luò)中的過度補(bǔ)償，導(dǎo)致不期望的電壓變化和增加的損耗。另一種方法是基于準(zhǔn)確的電壓降方程來計(jì)算無功功率量，這導(dǎo)致可變的功率因數(shù)運(yùn)算。然而，這種方法在計(jì)算上是復(fù)雜的并且需要額外的數(shù)據(jù)。因此，需要一個改進(jìn)的系統(tǒng)來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種具有無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括：多個用于產(chǎn)生直流電的光伏組件；多個用于將所述直流電轉(zhuǎn)換為交流電的功率轉(zhuǎn)換器；多個無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)；

所述無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)執(zhí)行如下操作:

1)基于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的至少一個功率轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)來計(jì)算無功功率的所需值;

2)基于所述無功功率的所需值生成無功功率指令;

3)將所述無功功率指令發(fā)送到產(chǎn)生所述無功功率的所需值的所述功率轉(zhuǎn)換器中，以補(bǔ)償由所述光伏發(fā)電系統(tǒng)中的所述功率轉(zhuǎn)換器引起的電壓變化；

所述光伏組件包括多個呈陣列排布的太陽能電池片，所述太陽能電池片為硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池，所述硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池按照如下步驟制備：

（a）對p型硅片進(jìn)行清洗；

（b）采用金屬離子輔助化學(xué)刻蝕法在所述p型硅片的上表面制備p型硅納米線陣列；

（c）將含有所述p型硅納米線陣列的所述p型硅片浸入硫化氨的水溶液中，作為陽極，并在硫化氨的水溶液中放置鉑電極，作為陰極，進(jìn)行電鍍硫化處理，以得到硫化鈍化層；

（d）在所述p型硅納米線陣列的表面通過化學(xué)氣相沉積法制備鐵電鈍化薄膜；

（e）隨后在所述鐵電鈍化薄膜的表面通過pecvd法制備n型非晶硅薄膜；

（f）在所述n型非晶硅薄膜表面通過化學(xué)氣相沉積法制備鐵電薄膜隧穿層；

（g）在所述鐵電薄膜隧穿層的表面沉積ito透明導(dǎo)電層，在所述ito透明導(dǎo)電層表面沉積銀柵電極；

（h）在p型硅片的背面依次沉積氟化鋰層和金屬鋁電極層。

作為優(yōu)選，所述無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)包括卡爾曼濾波器；所述卡爾曼濾波器包括系統(tǒng)模塊和觀測模塊。

作為優(yōu)選，所述無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)包括直接無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)、無功電流補(bǔ)償系統(tǒng)或功率因數(shù)補(bǔ)償系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，每個光伏組件耦合到相應(yīng)的一個功率轉(zhuǎn)換器，每個功率轉(zhuǎn)換器耦合到相應(yīng)的一個無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，所述p型硅納米線陣列中硅納米線的長度為1-2微米，相鄰硅納米線之間的間距為300-400nm，所述硅納米線的直徑為600-800nm。

作為優(yōu)選，所述鐵電鈍化薄膜和所述鐵電薄膜隧穿層的材質(zhì)為pzt、bto、bfo或bst，所述鐵電鈍化薄膜和所述鐵電薄膜隧穿層的厚度為1-3納米。

作為優(yōu)選，所述n型非晶硅薄膜的厚度為60-80納米。

作為優(yōu)選，所述ito透明導(dǎo)電層的厚度為50-80納米。

作為優(yōu)選，所述氟化鋰層的厚度為1-3納米，所述金屬鋁電極層的厚度為80-100納米。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明的光伏發(fā)電系統(tǒng)具有無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)，該無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，可以降低電能損耗，同時提供了一種更有效和可靠的光伏發(fā)電系統(tǒng)，該光伏發(fā)電系統(tǒng)可以降低電壓變化并提高其整體效率。

(2)本發(fā)明采用硅納米線陣列作為光活性層，提高了對太陽能光的吸收效率，同時異質(zhì)結(jié)界面面積增加，提高了電子空穴對的分離及傳輸效率，有效地提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。

(3)本發(fā)明通過金屬離子輔助化學(xué)刻蝕法形成硅納米線陣列，通過控制刻蝕時間得到了長度和密度合適的硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，有利于徑向異質(zhì)結(jié)的形成。

(4)本發(fā)明對硅納米線陣列表面進(jìn)行鈍化改性，通過硫化鈍化以及鐵電薄膜鈍化的配合作用，有效鈍化了硅納米線陣列表面的懸空鍵，降低了硅納米線陣列表面的缺陷態(tài)密度，提高了異質(zhì)結(jié)界面的穩(wěn)定性。同時在p型硅納米線陣列與n型非晶硅之間設(shè)置鐵電薄膜隧穿層，利用隧穿效應(yīng)，提供了空穴的傳輸效率，鐵電薄膜同時作為鈍化層和隧穿層，有效降低的制作成本。

(5)本發(fā)明在鋁電極與p型硅片之間設(shè)置了氟化鋰層，氟化鋰層的存在調(diào)節(jié)了鋁電極的功函數(shù)，進(jìn)而降低了鋁電極與p型硅片之間接觸電阻，提高了p型硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的內(nèi)建電場，抑制了電子與空穴的復(fù)合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的具有無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本發(fā)明的硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-2所示，光伏發(fā)電系統(tǒng)包括第一、第二、第三功率轉(zhuǎn)換器21、22、23。每個功率轉(zhuǎn)換器21、22、23在互連點(diǎn)41、42、43處連接到電網(wǎng)6。第一、第二、第三無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)31、32、33分別耦合到第一、第二、第三功率轉(zhuǎn)換器21、22、23。光伏發(fā)電系統(tǒng)包括生成直流電的第一、第二、第三光伏組件11、12、13。第一、第二、第三功率轉(zhuǎn)換器21、22、23分別耦合到第一、第二、第三光伏組件11、12、13并將從它們產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并將交流電傳輸?shù)诫娋W(wǎng)6。第一、第二、第三功率轉(zhuǎn)換器21、22、23中的每一個都將互連點(diǎn)41、42、43處的電壓變化引入電力網(wǎng)6。第一、第二、第三無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)31、32、33中的每一個耦合到相應(yīng)的第一、第二、第三功率轉(zhuǎn)換器21、22、23，用于補(bǔ)償由各個功率轉(zhuǎn)換器的功率輸出引起的電壓變化。

各個功率轉(zhuǎn)換器21、22、23中的每一個的無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)31、32、33測量互連點(diǎn)41、42、43處的交流電的電壓。每個無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)31、32、33基于每個功率轉(zhuǎn)換器21、22、23的狀態(tài)產(chǎn)生無功功率指令51、52、53，將所述無功功率指令51、52、53發(fā)送到產(chǎn)生相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器中，以補(bǔ)償由所述光伏發(fā)電系統(tǒng)中的所述功率轉(zhuǎn)換器引起的電壓變化。在一個實(shí)施例中，所述無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)包括卡爾曼濾波器；所述卡爾曼濾波器包括系統(tǒng)模塊和觀測模塊。無功功率指令51、52、53可以包括用于產(chǎn)生無功功率或無功電流的所需值的命令或者在操作期間調(diào)整功率轉(zhuǎn)換器21、22、23的功率因數(shù)。

所述光伏組件11、12、13包括多個呈陣列排布的太陽能電池片，所述太陽能電池片為硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池，所述硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池按照如下步驟制備：

（a）對p型硅片111進(jìn)行清洗；

（b）采用金屬離子輔助化學(xué)刻蝕法在所述p型硅片111的上表面制備p型硅納米線陣列112；

（c）將含有所述p型硅納米線陣列112的所述p型硅片111浸入硫化氨的水溶液中，作為陽極，并在硫化氨的水溶液中放置鉑電極，作為陰極，進(jìn)行電鍍硫化處理，以得到硫化鈍化層113；

（d）在所述p型硅納米線陣列112的表面通過化學(xué)氣相沉積法制備鐵電鈍化薄膜114；

（e）隨后在所述鐵電鈍化薄膜114的表面通過pecvd法制備n型非晶硅薄膜115；

（f）在所述n型非晶硅薄膜115表面通過化學(xué)氣相沉積法制備鐵電薄膜隧穿層116；

（g）在所述鐵電薄膜隧穿層116的表面沉積ito透明導(dǎo)電層117，在所述ito透明導(dǎo)電層117表面沉積銀柵電極118；

（h）在p型硅片111的背面依次沉積氟化鋰層119和金屬鋁電極層120。

其中，所述p型硅納米線陣列112中硅納米線的長度為1-2微米，相鄰硅納米線之間的間距為300-400nm，所述硅納米線的直徑為600-800nm。所述鐵電鈍化薄膜114和所述鐵電薄膜隧穿層116的材質(zhì)為pzt、bto、bfo或bst，所述鐵電鈍化薄膜114和所述鐵電薄膜隧穿層116的厚度為1-3納米。所述n型非晶硅薄膜115的厚度為60-80納米。所述ito透明導(dǎo)電層117的厚度為50-80納米。所述氟化鋰層119的厚度為1-3納米，所述金屬鋁電極層120的厚度為80-100納米。

在一個具體的實(shí)施例中，所述硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池按照如下步驟制備：

所述硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池按照如下步驟制備：

（a）對p型硅片111進(jìn)行清洗；

（b）采用金屬離子輔助化學(xué)刻蝕法在所述p型硅片111的上表面制備p型硅納米線陣列112；

（c）將含有所述p型硅納米線陣列112的所述p型硅片111浸入硫化氨的水溶液中，作為陽極，并在硫化氨的水溶液中放置鉑電極，作為陰極，進(jìn)行電鍍硫化處理，以得到硫化鈍化層113；

（d）在所述p型硅納米線陣列112的表面通過化學(xué)氣相沉積法制備鐵電鈍化薄膜114；

（e）隨后在所述鐵電鈍化薄膜114的表面通過pecvd法制備n型非晶硅薄膜115；

（f）在所述n型非晶硅薄膜115表面通過化學(xué)氣相沉積法制備鐵電薄膜隧穿層116；

（g）在所述鐵電薄膜隧穿層116的表面沉積ito透明導(dǎo)電層117，在所述ito透明導(dǎo)電層117表面沉積銀柵電極118；

（h）在p型硅片111的背面依次沉積氟化鋰層119和金屬鋁電極層120。

其中，所述p型硅納米線陣列112中硅納米線的長度為1.5微米，相鄰硅納米線之間的間距為350nm，所述硅納米線的直徑為700nm。所述鐵電鈍化薄膜114為pzt，所述鐵電鈍化薄膜114的厚度為1.5納米，所述鐵電薄膜隧穿層116的材質(zhì)為bto，所述鐵電薄膜隧穿層116的厚度為2納米。所述n型非晶硅薄膜115的厚度為70納米。所述ito透明導(dǎo)電層117的厚度為60納米。所述氟化鋰層119的厚度為1.5納米，所述金屬鋁電極層120的厚度為90納米。通過各層的配合作用，該條件下的硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池片具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)19.5%。

對比例：

為了突出本發(fā)明硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池的優(yōu)異效果，作為對比，一種硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

（a）對p型硅片進(jìn)行清洗；

（b）采用金屬離子輔助化學(xué)刻蝕法在所述p型硅片的上表面制備p型硅納米線陣列；

（c）將所述p型硅片的所述p型硅納米線陣列進(jìn)行常規(guī)甲基化鈍化處理；

（d）隨后在所述p型硅納米線陣列的表面通過pecvd法制備n型非晶硅薄膜；

（e）在所述n型非晶硅薄膜的表面沉積ito透明導(dǎo)電層，在所述ito透明導(dǎo)電層表面沉積銀柵電極；

（f）在p型硅片的背面沉積金屬鋁電極層。

其中，所述p型硅納米線陣列中硅納米線的長度為1.5微米，相鄰硅納米線之間的間距為350nm，所述硅納米線的直徑為700nm。所述n型非晶硅薄膜的厚度為70納米。所述ito透明導(dǎo)電層的厚度為60納米，所述金屬鋁電極層的厚度為90納米。該硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池片的光電轉(zhuǎn)換效率為16.6%。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。