太阳能光伏系统的组成


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1、太阳能光伏系统的组成和原理

太阳能光伏系统由以下三部分组成:

    太阳能电池组件;充放电控制器、逆变器、测试仪器和计算机监控等电力电子设备,以及蓄电池或其他储能和辅助发电设备

太阳能光伏系统具有以下特点:

-无转动部件,无噪音;

-无空气污染,无废水排放;

-没有燃烧过程,不需要燃料;

-维护简单,维护成本低;

-良好的运行可靠性和稳定性;

-太阳能电池作为关键部件,使用寿命长,晶硅太阳能电池的使用寿命可达25年以上;

-很容易根据需要扩大发电规模。

    光伏系统应用广泛。光伏系统应用的基本形式可以分为两类:独立发电系统和并网发电系统。主要应用领域为航天飞机、通信系统、微波中继站、电视转播车、光伏水泵、无电缺电地区的家用电源。随着技术的发展和世界经济可持续发展的需要,发达国家开始有计划地推进城市光伏并网发电,主要建设家庭屋顶光伏发电系统和兆瓦级集中式大规模并网发电系统,大力推广太阳能光伏发电系统在交通和城市照明中的应用。

    光伏系统的规模和应用形式各不相同,如0.3 ~ 2瓦的太阳能庭院灯,兆瓦级的太阳能光伏电站,如3.75千瓦的家用屋顶发电设备和敦煌10兆瓦项目。它的应用形式也多种多样,可以广泛应用于家居、交通、通讯、空间应用等诸多领域。光伏系统虽然规模不同,但其组成、结构和工作原理基本相同。图4-1是为DC负载供电的典型光伏系统的示意图。它包含光伏系统中的几个主要组件:

2.光伏组件阵列:

由太阳能电池组件(也称光伏电池组件)和并联根据系统要求串联而成,将太阳能转化为电能在阳光下输出。它是太阳能光伏系统的核心部件。


电池:储存太阳能电池组件产生的电能,在光线不足或夜间,或负载需求大于太阳能电池组件产生的电能时,释放储存的电能以满足负载的能量需求。它是太阳能光伏系统的储能元件。目前太阳能光伏系统普遍采用铅酸电池。对于要求较高的系统,通常采用深放电阀控密封铅酸蓄电池和深放电吸液铅酸蓄电池。


控制器:调节和控制蓄电池的充放电情况,根据负载的功率需求控制太阳能电池组件和蓄电池对负载的功率输出,是整个系统的核心控制部分。随着太阳能光伏产业的发展,控制器的功能越来越强大,传统的控制部件、逆变器和监控系统有集成的趋势。比如AES公司的SPP和SMD系列控制器,集成了以上三种功能。


逆变器:在太阳能光伏供电系统中,如果有交流负载,应使用逆变器设备将太阳能电池组件产生的DC或蓄电池释放的DC转换成负载所需的交流。


    太阳能光伏供电系统的基本工作原理是在控制器的控制下,用太阳能电池组件产生的电能给电池充电,或者在太阳光的照射下,在满足负载需求的情况下,直接给负载供电。如果阳光不足或在夜间,电池将在控制器的控制下向DC负载供电。对于有交流负载的光伏系统,需要增加一个逆变器将DC转换为交流。光伏系统的应用有多种形式,但其基本原理是相似的。对于其他类型的光伏系统,只有控制机制和系统组件根据实际需要不同,不同类型的光伏系统将在下面描述

    一般来说,光伏系统分为独立系统、并网系统和混合系统。根据光伏系统的应用形式、应用规模和负载类型,光伏供电系统可分为以下六种类型:小DC;简单的DC系统;大型太阳能供电系统(大DC);交流/DC电源系统;电网连接系统(公用电网连接);混合供电系统(Hybrid);并网混合系统。

    光伏发电是利用半导体界面的光伏效应,将光能直接转化为电能的电子元器件技术。这项技术的关键组成部分是太阳能电池。太阳能电池串联封装保护,形成大面积太阳能电池模块,配合功率控制器等部件,形成光伏发电装置。光伏发电的优点是受地域限制少,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、就地发电、不消耗燃料、不架设输电线路、建设周期短等优点。

    光伏发电是基于光伏效应原理,利用太阳能电池直接将太阳能转化为电能。无论是独立使用还是并联发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器组成,主要由电子元件组成,不涉及机械部分。因此,光伏发电设备极其精细、可靠、稳定、寿命长、易于安装和维护。从理论上讲,光伏发电技术可以用在任何需要供电的场合,从航天器到家用电源,从兆瓦级电站到玩具,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电最基本的组件是太阳能电池,包括单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池。目前使用最多的是单晶和多晶电池,一些小型系统和计算器辅助电源使用的是非晶电池。


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