光伏系統(tǒng)類型及組成分析概述目錄TOC\o"1-2"\h\u1271光伏系統(tǒng)類型及組成分析概述 1285971.1光伏系統(tǒng)類型 1293111.2家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及工作原理 21.1光伏系統(tǒng)類型1.1.1并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)式和離網(wǎng)式兩種光伏發(fā)電系統(tǒng)不同之處在于，以并網(wǎng)方式運(yùn)行的系統(tǒng)，可在公用電網(wǎng)上集成其用電。系統(tǒng)總發(fā)電量，一方面，可直接應(yīng)用于負(fù)荷，另一部分可在電力市場(chǎng)中使用。由于該系統(tǒng)不使用蓄電池，從而可以極大地減少貯存電力所帶來的損失，并且占地面積小，造價(jià)低。這種系統(tǒng)也能向電力公司及相關(guān)企業(yè)出售多余電能。在系統(tǒng)生成電量供不應(yīng)求的情況下，可通過買電量的方式，讓它恢復(fù)正常的供電狀態(tài)。無論是買的，還是賣的電，多數(shù)時(shí)候，統(tǒng)計(jì)和計(jì)算借助于電力測(cè)量設(shè)備，電力測(cè)量設(shè)備一般為兩臺(tái)互相獨(dú)立。目前國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)主要有兩種方式：分布式并網(wǎng)與集中并網(wǎng)相結(jié)合。由于該系統(tǒng)模塊化，因此，它的能力可達(dá)100萬千瓦。在用為家用系統(tǒng)提供電力的情況下，則系統(tǒng)裝機(jī)容量不大，系統(tǒng)發(fā)電量多用于自發(fā)自用。如住宅，公用設(shè)施等需安裝系統(tǒng)，那么，系統(tǒng)的裝機(jī)容量就比較大，一般可達(dá)50kWp至300kWp，如此系統(tǒng)設(shè)置，可以便捷地提供電能、統(tǒng)一管理，分表計(jì)量等。（1）集中型并網(wǎng)：這類系統(tǒng)是針對(duì)大型光電裝置的，通過向大電網(wǎng)送電，然后通過大電網(wǎng)為用戶供電。這就能借助先進(jìn)手段進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，運(yùn)行和管理，從而減少發(fā)電成本。（2）分散型并網(wǎng)：即分布式光伏發(fā)電，小型光電系統(tǒng)宜采用分散型并網(wǎng)方式，城市普遍供電，或?yàn)楣怆姶髽羌晒╇姟Ｖ苯訛橛脩艄╇姡俳尤氪笠?guī)模電網(wǎng)，調(diào)節(jié)過剩或者不足電量，從而實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的均衡。這類系統(tǒng)一般裝設(shè)于用戶現(xiàn)場(chǎng)，也可設(shè)在發(fā)電裝置的附近，本實(shí)用新型能夠高效地利用太陽能，以及向電力能源的轉(zhuǎn)換。使用該系統(tǒng)，本實(shí)用新型能夠大大提高市區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和可靠性。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控；電能損耗小，可減少修建變電所所費(fèi)用；維修方便，啟停迅速。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成結(jié)構(gòu)見圖1.1。圖1.1并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1.1.2離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)也稱為獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)，它可安裝在大部分地方，包括野外和偏遠(yuǎn)地區(qū)，區(qū)別于柴油發(fā)電機(jī)，綠色潔凈，造價(jià)低。該發(fā)電系統(tǒng)既可直接應(yīng)用于負(fù)載用電，也可在負(fù)載用電完畢時(shí)儲(chǔ)存電能至蓄電池，從而便于晚上或者陰雨天的供電使用。一般蓄電池內(nèi)貯存的電量，可用于一般家庭3天，圖1.2是離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成。圖1.2離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1.2家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及工作原理1.2.1光伏電池（1）工作原理太陽能電池通過光化學(xué)作用，把太陽光中的光能變成電能。太陽光光線入射半導(dǎo)體時(shí)，由于電場(chǎng)作用，正，負(fù)電荷在極板之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生空穴-電子對(duì)隨即，接通電路，輸出電能。光伏電池也有很多種。不同型號(hào)光伏電池比較見表1.1。表1.1各類型電池主要參數(shù)電池類型商用效率實(shí)驗(yàn)室效率使用壽命特點(diǎn)應(yīng)用范圍種類單晶硅15-18%24.90%25年效率很高，技術(shù)成熟中央發(fā)電系統(tǒng)、民用市場(chǎng)晶體電池多晶硅13-15%20.20%25年效率較高，技術(shù)成熟中央發(fā)電系統(tǒng)非晶硅7-9%14%25年成本較低，弱光效應(yīng)好中央發(fā)電系統(tǒng)、民用市場(chǎng)薄膜電池硫化鎘9-12%16%25年成本較低，弱光效應(yīng)好民用市場(chǎng)從表中可以看出單晶硅電池?zé)o論從效率還是技術(shù)發(fā)展方面均是相對(duì)較優(yōu)的。所以我們現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的就是硅型光伏電池了，硅型光伏電池根據(jù)制造材料的不同可分為三大類：1）單晶體硅光伏電池：既是研制和投入運(yùn)行較早的光伏電池，也是使用最為成熟的光伏電池之一、光電轉(zhuǎn)換效率是最高的。然而，它在生產(chǎn)工藝上卻使用了高純度單晶硅拉制法，所以它的使用成本很高。2）多晶體硅光伏電池：因其晶體運(yùn)動(dòng)的方向無規(guī)律，所以，相對(duì)單晶硅光電器件而言，光電轉(zhuǎn)換效率較低等。與單晶硅電池相比，制造方法還更為簡(jiǎn)便，從而大幅度降低生產(chǎn)成本。3）非晶體硅光伏電池：該電池是以非晶態(tài)硅為材料制成的，可以大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，因此其費(fèi)用很低。此外，其所用硅材料較少，因此，各機(jī)組電能損失大大降低。美中不足的是這類電池穩(wěn)定性能并不理想，光電轉(zhuǎn)換效率亦遠(yuǎn)低于晶體光伏電池，一般應(yīng)用于微光電源。（2）光伏電池方陣單晶體硅等半導(dǎo)體器件均能組成一片光伏電池，但光伏電池不可能是直接提供電能的設(shè)備，因此，以適應(yīng)特定供電要求，太陽能電池須采用串聯(lián)方式，或平行并聯(lián)組成光伏組件。把光伏電池打包好，是最小供電裝置，可輸出直流、直流電流與功率。最后將太陽能電池采用串并聯(lián)連接，以此滿足光伏系統(tǒng)在功率方面的要求。如圖1.3。圖1.3光伏電池單體，電池板和光伏模塊的結(jié)構(gòu)圖太陽電池方陣接法：負(fù)載負(fù)荷要求決定太陽能電池陣列需采用光伏組件模塊數(shù)及其串并聯(lián)方式：1）在太陽能光伏組件均采用串聯(lián)方式接入時(shí)，然后在所串電池內(nèi)，在正常工作情況下，最小工作電流為太陽能電池方陣整體工作輸出電流。2）在太陽能光伏組件均采用并聯(lián)方式進(jìn)行接入時(shí)，然后在被并聯(lián)電池上，在正常工作情況下，工作電流之和為太陽能電池方陣整體工作輸出電流。1.2.2逆變器太陽能光伏組件輸出電流是直流電流，并且用戶家的負(fù)荷大多是交流負(fù)荷，然后這時(shí)逆變器起著將直流變換成交流。該逆變器具有工作效率高，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，所以應(yīng)用的面尤其廣泛。對(duì)小型逆變器來說，須使用限流器或軟啟動(dòng)模式，才能實(shí)現(xiàn)充分可靠的安全性能。并網(wǎng)逆變器在運(yùn)行過程中，其能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)太陽能光伏電池出力，就電力系統(tǒng)而言，只要它的輸出功率符合所需，即可達(dá)到連續(xù)運(yùn)行的目的。所以目前僅有并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)MPPT控制，以此使太陽能光伏模塊處于最大功率點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)。圖1.4是逆變器的實(shí)物圖。圖1.4逆變器實(shí)物圖1.2.3控制器光伏控制系統(tǒng)作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要控制管理系統(tǒng)。確定控制器和系統(tǒng)功能，任務(wù)、負(fù)荷容量之間均存在較大的聯(lián)系。該控制器主要有以下幾個(gè)作用：（1）能較好地進(jìn)行充放電控制，投入低壓后自動(dòng)切斷，在電壓滿足安全操作的情況下重新接通，從而提高了電池的使用壽命。（2）控制器在監(jiān)控太陽能發(fā)電電能無法滿足負(fù)載需求，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為外部電網(wǎng)或者備用電源進(jìn)行供電。（3）一般家用系統(tǒng)，該控制器同時(shí)解決了負(fù)載短路問題，甚至負(fù)載內(nèi)部短路故障，還能起保護(hù)作用。此外，在多雷區(qū)域適用，同時(shí)具有擊穿保護(hù)功能。（4）溫控性能好。所述控制器能夠基于蓄電池工作溫度，給它充電，讓它順利完成充電的全過程。1.2.4匯流箱與配電柜匯流箱在整個(gè)系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，其可以與光伏組件相連，匯流通過逆變器的電流。在系統(tǒng)正常檢修的情況下，匯流箱能及時(shí)斷線，減小了系統(tǒng)故障停電面積。匯流箱的箱體由不銹鋼材料制成，外表美觀，結(jié)實(shí)耐用，防水性好，防塵性能優(yōu)于IP65，可以在戶外長(zhǎng)時(shí)間使用。對(duì)大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電站來說，僅僅一個(gè)匯流箱已經(jīng)無法滿足大型太陽能光伏發(fā)電站對(duì)光伏發(fā)電的要求，此時(shí)，可在原有基礎(chǔ)上加設(shè)直流配電柜，將余流經(jīng)二次匯流，再經(jīng)逆變器送入電力系統(tǒng)。直流配電網(wǎng)絡(luò)包括涌電保護(hù)器和測(cè)量設(shè)備等，直流斷路器、防反二極管等構(gòu)成。如室外設(shè)配電箱等，要保證它們的防護(hù)級(jí)別在IP65以上。圖1.5為某直流配電箱示意圖及實(shí)物圖。圖1.5（a）直流配電柜原理圖圖1.5（b）直流配電柜實(shí)物圖1.2.5其他輔助元件（1）線纜。光伏發(fā)電專用線纜可以作為線纜但，它造價(jià)不低，兼顧了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，而且當(dāng)距離很短時(shí)，BV線纜可供選擇。（2）防雷裝置。內(nèi)部防雷裝置可以避免系統(tǒng)內(nèi)部電流過大或者電磁效應(yīng)帶來的傷害。外部裝置能把外界雷電，包括直擊雷，導(dǎo)入大地。特殊光伏防雷裝置，其工作電壓僅能達(dá)到DC1000V。（