光伏发电系统简介(20180724124700)

光伏发电系统简介光伏发电系统（ PV System ）是将太阳能转换成电能的发电系统，利用的是光生伏特效应。 光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统、 并网太阳能光伏发电系统和分布式太阳能光伏发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。其特点是可靠性高、使用寿命长、 不污染环境、 能独立发电又能并网运行，受到各国企业组织的青睐， 具有广阔的发展前景。据智研咨询统计 2012 年全球光伏发电累计装机达到 97GW,2012 年全球新增装机30GW ，中国新增装机占全球总量的 16 以上 ，随着国家对清洁能源产业的大力扶持，我国光伏发电系统产业将迎来发展高峰期。是指利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统，包括光伏组件和配套部件 BOS 。光伏发电系统技术背景据预测， 太阳能光伏发电在 21 世纪会占据世界能源消费的重要席位， 不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到 2030 年，可再生能源在总能源结构中将占到 30 以上， 而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到 10 以上 ;到 2040年，可再生能源将占总能耗的 50 以上，太阳能光伏发电将占总电力的 20 以上 ;到 21 世纪末，可再生能源在能源结构中将占到 80 以上，太阳能发电将占到 60 以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出 “ 太阳能先导计划 ” 意在降低太阳能光伏发电的成本，使其 2015 年达到商业化竞争的水平 ;日本也提出了在 2020 年达到 28GW 的光伏发电总量 ;欧洲光伏协会提出了 “ setfor2020 ”规划， 规划在2020 年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。 [1]光伏发电系统系统形式主要有三种 1.独立光伏发电系统（离网系统） 2.并网光伏发电系统 3.分布式光伏发电系统独立光伏发电系统主要组成部分1. 光伏阵列 2. 光伏 3. 蓄电池组 4. 逆变器 5. 监控系统 6. 负载并网光伏发电系统主要组成部分1. 光伏阵列 2. 并网逆变器 3. 公共电网4. 监控系统分布式光伏发电系统主要组成部分1. 光伏阵列 2. 直流汇流箱 3. 直流配电柜 4. 并网逆变器 5. 交流配电柜 6. 负载7. 公共电网 8. 监控系统独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，典型特征为需要用蓄电池来存储夜晚用电的光伏发电系统能量。独立太阳能光伏发电在民用范围内主要用于边远的乡村，如家庭系统、村级太阳能光伏电站； 在工业范围内主要用于电讯、 卫星广播电视、 太阳能水泵， 在具备风力发电和小水电的地区还可以组成混合发电系统，如风力发电 /太阳能发电互补系统等。并网太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式，成为电网的补充， 典型特征为不需要蓄电池。 民用太阳能光伏发电多以家庭为单位， 商业用途主要为企业、政府大楼、公共设施、安全设施、夜景美化景观照明系统等的供电，工业用途如太阳能农场。分布式太阳能光伏发电又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统， 以满足特定用户的需求， 支持现存配电网的经济运行， 或者同时满足这两个方面的要求。 其运行模式是在有太阳辐射的条件下， 光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能， 经过直流汇流箱集中送入直流配电柜， 由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接公共电网来调节。光伏发电系统特点与现有的主要发电方式相比较，光伏发电系统的特点有工作点变化较快，这是由于光伏发电系统受光照、 温度等外界环境因素的影响很大； 输入侧的一次能源功率不能主动在技术范围内进行调控， 只能被动跟踪当时光照条件下的最大功率点， 争取实现发电系统的最大输出；光伏发电系统的输出为直流电，需要将直流电优质地逆变为工频交流才能带负荷。光伏发电系统发电原理太阳光照在半导体 p-n 结上，形成新的空穴 -电子对，在 p-n 结电场的作用下，空穴由n 区流向 p 区， 电子由 p 区流向 n 区， 接通电路后就形成电流。 这就是光电效应太阳能电池的工作原理。光伏发电方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光 电转换的基本装置就是太阳能电池。 太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件， 是一个半导体光电二极管， 当太阳光照到光电二极管上时， 光电二极管就会把太阳的光能变成电能， 产生电流。 当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。 太阳能电池是一种大有前途的新型电源， 具有永久性、 清洁性和灵活性三大优点 .太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。光伏发电系统设置原理光伏发电系统的设计需要考虑的因素1、 光伏发电系统需要考虑安装的环境条件以及当地的日光辐射情况；2、 考虑系统需要承受的负载总功率的大小；3、 系统应设计的输出电压的大小以及考虑使用直流还是交流；4、 系统每天需要工作的小时数；5、 如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续工作的天数；6、 系统设计，还需要了解负载的情况，电器是纯电阻性、电容性还是电感性，以及瞬间启动最大电流的流通量。光伏发电系统系统组成太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）和太阳跟踪控制系统组成。如输出电源为交流 220V 或 110V ，还需要配置逆变器。光伏发电系统太阳能电池板太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳太阳能电池板的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。原材料特点电池片采用高效率（ 16.5 以上）的单晶硅太阳能片封装，保证太阳能电池板发电功率充足。玻璃 采用低铁钢化绒面玻璃 又称为白玻璃 ， 厚度 3.2mm, 在太阳电池光谱响应的波长范围内 320-1100nm 透光率达 91 以上， 对于大于 1200 nm 的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。EVA 采用加有抗紫外剂、 抗氧化剂和固化剂的厚度为 0.78mm 的优质 EVA 膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、 TPT 之间的连接剂。具有较高的透光率和抗老化能力。TPT 太阳电池的背面覆盖物 氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高， 并因其具有较高的红外发射率， 还可降低组件的工作温度， 也有利于提高组件的效率。 当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、 耐腐蚀、不透气等基本要求。边框所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。光伏发电系统太阳能控制器太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。 在温差较大的地方， 合格的控制器还应具备温度补偿的功能。 其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。主要特点太阳能控制器图1、使用了单片机和专用软件，实现了智能控制；2、 利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。 放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点， 消除了单纯的电压控制过放的不准确性， 符合蓄电池固有的特性， 即不同的放电率具有不同的终了电压。3、具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制；以上保护均不损坏任何部件，不烧保险；4、 采用了串联式 PWM 充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非 PWM 高 3-6 ，增加了用电时间；过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命；同时具有高精度温度补偿；5、直观的 LED 发光管指示当前蓄电池状态，让用户了解使用状况；6、所有控制全部采用工业级芯片（仅对带 I 工业级控制器），能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制，定时控制精确。7、 取消了电位器调整控制设定点， 而利用了 E 方存储器记录各工作控制点， 使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素。光伏发电系统蓄电池一般分为铅酸电池和胶体电池， 小微型系统中， 也可用镍氢电池、 镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。光伏发电系统逆变器在很多场合，都需要提供 220VAC 、 110VAC 的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是 12VDC 、 24VDC 、光伏逆变器48VDC 、 96VDC 、 192VDC 。为能向 220VAC 的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用 DC-AC 逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到 DC-DC 逆变器，如将 24VDC 的电能转换成 5VDC 的电能（注意，不是简单的降压）。光伏发电系统系统优劣光伏发电系统优点1、太阳能取之不尽，用之不竭，地球表面接受的太阳辐射能，能够满足全球能源需求的 1 万倍。只要在全球 4 沙漠上安装太阳能光伏系统，所发电力就可以满足全球的需要。太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击。2、太阳能随处可取，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路的损失；3、太阳能不用燃料，运行成本很低；4、太阳能发电没有运动部件，不易用损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下使用；5、太阳能发电不会产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源；6、太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，而且可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵容量，避免浪费。光伏发电系统缺点1、地面应用时有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关，在晚上或阴雨天就不能或很少发电；2、能量密度较低，标准条件下，地面上接收到的太阳辐射强度为 1000W/M2 。大规格使用时，需要占用较大面积；3、价格比较贵，为常规发电的 315 倍，初始投资高。4、后期投资较大，储能的蓄电池平均每 2-3 年要更换一次。光伏发电系统中国现状光伏发电系统发展现状中国光伏发电产业于 20 世纪 70 年代起步， 90 年代中期进入稳步发展时期。 太阳电池及组件产量逐年稳步增加。 经过 30 多年的努力， 已迎来了快速发展的新阶段。 在 “ 光明工程 ”先导项目和 “ 送电到乡 ” 工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，我国光伏发电产业迅猛发展。到 2007 年年底，全国光伏系统的累计装机容量达到 10 万千瓦（ 100MW ），从事太阳能电池生产的企业达到 50 余家，太阳能电池生产能力达到 290 万千瓦（ 2900MW ），太阳能电池年产量达到 1188MW ，超过日本和欧洲，并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的完整产业链， 特别是多晶硅材料生产取得了重大进展， 突破了年产千吨大关， 冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约， 为我国光伏发电的规模化发展奠定了基础。 2007 年是我国太阳能光伏产业快速发展的一年。受益于太阳能产业的长期利好，整个光伏产业出现了前所未有的投资热潮。“ 十二五 ” 时期我国新增太阳能光伏电站装机容量约 1000 万千瓦， 太阳能光热发电装机容量 100 万千瓦， 分布式光伏发电系统约 1000 万千瓦， 光伏电站投资按平均每千瓦 1 万元测算，分布式光伏系统按每千瓦 1.5 万元测算，总投资需求约 2500 亿元。尽管我国是太阳能产品制造大国， 不过我国太阳能产品只用于出口。 在 2010 年时， 全球太阳能光伏电池年产量 1600 万千瓦，其中我国年产量 1000 万千瓦。而到 2010 年，全球光伏发电总装机容量超过 4000 万千瓦，主要应用市场在德国、西班牙、日本、意大利，其中德国 2010 年新增装机容量 700 万千瓦。不过，我国太阳能资源十分丰富，适宜太阳能发电的国土面积和建筑物受光面积也很大，其中，青藏高原、黄土高原、冀北高原、内蒙古高原等太阳能资源丰富地区占到陆地国土面积的三分之二，具有大规模开发利用太阳能的资源潜力。太阳能资源丰富、 分布广泛， 是 21 世纪最具发展潜力的可再生能源。 随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。在此背景下，全球光伏发电产业增长迅猛，产业规模不断扩大，产品成本持续下降。我国光伏发电产业也得到迅速发展， 已成为我国为数不多的、 可以同步参与国际竞争、 并有望达到国际领先水平的行业。崛起了以尚德电力、英利绿色能源、江西赛维 LDK 、保利协鑫为代表的一批著名企业和以江苏、 河北、 四川、 江西四大光伏强省为代表的一批产业基地。因此，企业以往以 “ 年度 ” 为单位进行战略以及策略调整的传统做法，在行业快速变化的今天显得有些力不从心甚至被动。所以，企业以 “ 月度 ” 为单位，根据行业最新发展动向适时进行策略乃至战略调整的经营手段， 正日益受到许多大型企业管理者尤其是外资企业管理层的高度重视。光伏发电系统相关政策国家能源局于 2013 年 11 月 18 日发布分布式光伏发电项目管理暂行办法第一章 总 则第一条 为规范分布式光伏发电项目建设管理，推进分布式光伏发电应用，根据中华人民共和国可再生能源法 、 中华人民共和国电力法 、 中华人民共和国行政许可法 ，以及国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见，制定本办法。第二条 分布式光伏发电是指在用户所在场地或附近建设运行， 以用户侧自发自用为主、多余电量上网且在配电网系统平衡调节为特征的光伏发电设施。第三条 鼓励各类电力用户、投资企业、专业化合同能源服务公司、个人等作为项目单位，投资建设和经营分布式光伏发电项目。第四条 国务院能源主管部门负责全国分布式光伏发电规划指导和监督管理； 地方能源主管部门在国务院能源主管部门指导下， 负责本地区分布式光伏发电规划、 建设的监督管理；国家能源局派出机构负责对本地区分布式光伏发电规划和政策执行、 并网运行、 市场公平及运行安全进行监管。第五条 分布式光伏发电实行 “ 自发自用、 余电上网、 就近消纳、 电网调节 ” 的运营模式。电网企业采用先进技术优化电网运行管理， 为分布式光伏发电运行提供系统支撑， 保障电力用户安全用电。 鼓励项目投资经营主体与同一供电区内的电力用户在电网企业配合下以多种方式实现分布式光伏发电就近消纳。第二章 规模管理第六条 国务院能源主管部门依据全国太阳能发电相关规划、 各地区分布式光伏发电发展需求和建设条件， 对需要国家资金补贴的项目实行总量平衡和年度指导规模管理。 不需要国家资金补贴的项目不纳入年度指导规模管理范围。第七条 省级能源主管部门根据本地区分布式光伏发电发展情况， 提出下一年度需要国家资金补贴的项目规模申请。 国务院能源主管部门结合各地项目资源、 实际应用以及可再生能源电价附加征收情况， 统筹协调平衡后， 下达各地区年度指导规模， 在年度中期可视各地区实施情况进行微调。第八条 国务院能源主管部门下达的分布式光伏发电年度指导规模， 在该年度内未使用的规模指标自动失效。 当年规模指标与实际需求差距较大的， 地方能源主管部门可适时提出调整申请。第九条 鼓励各级地方政府通过市场竞争方式降低分布式光伏发电的补贴标准。 优先支持申请低于国家补贴标准的分布式光伏发电项目建设。第三章 项目备案第十条 省级及以下能源主管部门依据国务院投资项目管理规定和国务院能源主管部门下达的本地区分布式光伏发电的年度指导规模指标， 对分布式光伏发电项目实行备案管理。具体备案办法由省级人民政府制定。第十一条 项目备案工作应根据分布式光伏发电项目特点尽可能简化程序， 免除发电业务许可、规划选址、土地预审、水土保持、环境影响评价、节能评估及社会风险评估等支持性文件。第十二条 对个人利用自有住宅及在住宅区域内建设的分布式光伏发电项目， 由当地电网企业直接登记并集中向当地能源主管部门备案。 不需要国家资金补贴的项目由省级能源主管部门自行管理。第十三条 各级管理部门和项目单位不得自行变更项目备案文件的主要事项， 包括投资主体、建设地点、项目规模、运营模式等。确需变更时，由备案部门按程序办理。第十四条 在年度指导规模指标范围内的分布式光伏发电项目， 自备案之日起两年内未建成投产的，在年度指导规模中取消，并同时取消享受国家资金补贴的资格。第十五条 鼓励地市级或县级政府结合当地实际， 建立与电网接入申请、并网调试和验收、 电费结算和补贴发放等相结合的分布式光伏发电项目备案、 竣工验收等一站式服务体系，简化办理流程，提高管理效率。第四章 建设条件第十六条 分布式光伏发电项目所依托的建筑物及设施应具有合法性， 项目单位与项目所依托的建筑物、 场地及设施所有人非同一主体时， 项目单位应与所有人签订建筑物、 场地及设施的使用或租用协议，视经营方式与电力用户签订合同能源服务协议。第十七条 分布式光伏发电项目的设计和安装应符合有关管理规定、设备标准、建筑工程规范和安全规范等要求。承担项目设计、咨询、安装和监理的单位，应具有国家规定的相应资质。第十八条 分布式光伏发电项目采用的光伏电池组件、 逆变器等设备应通过符合国家规定的认证认可机构的检测认证，符合相关接入电网的技术要求。第五章 电网接入和运行第十九条 电网企业收到项目单位并网接入申请后，应在 20 个工作日内出具并网接入意见，对于集中多点接入的分布式光伏发电项目可延长到 30 个工作日。第二十条 以 35 千伏及以下电压等级接入电网的分布式光伏发电项目，由地市级或县级电网企业按照简化程序办理相关并网手续， 并提供并网咨询、 电能表安装、 并网调试及验收等服务。第二十一条 以 35 千伏以上电压等级接入电网且所发电力在并网点范围内使用的分布式光伏发电项目， 电网企业应根据其接入方式、 电量使用范围， 本着简便和及时高效的原则做好并网管理，提供相关服务。第二十二条 接入公共电网的分布式光伏发电项目， 接入系统工程以及因接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设。 接入用户侧的分布式光伏发电项目， 用户侧的配套工程由项目单位投资建设。因项目接入电网引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设。第二十三条 电网企业应采用先进运行控制技术， 提高配电网智能化水平， 为接纳分布式光伏发电创造条件。 在分布式光伏发电安装规模较大、 占电网负荷比重较高的供电区， 电网企业应根据发展需要建设分布式光伏发电并网运行监测、 功率预测和优化运行相结合的综合技术体系，实现分布式光伏发电高效利用和系统安全运行。第六章 计量与结算第二十四条 分布式光伏发电项目本体工程建成后， 向电网企业提出并网调试和验收申请。 电网企业指导和配合项目单位开展并网运行调试和验收。 电网企业应根据国家有关标准制定分布式光伏发电电网接入和并网运行验收办法。第二十五条 电网企业负责对分布式光伏发电项目的全部发电量、上网电量分别计量，免费提供并安装电能计量表， 不向项目单位收取系统备用容量费。 电网企业在有关并网接入和运行等所有环节提供的服务均不向项目单位收取费用。第二十六条 享受电量补贴政策的分布式光伏发电项目， 由电网企业负责向项目单位按月转付国家补贴资金，按月结算余电上网电量电费。第二十七条 在经济开发区等相对独立的供电区统一组织建设的分布式光伏发电项目，余电上网部分可向该供电区内其他电力用户直接售电。第七章 产业信息监测第二十八条 组织地市级或县级能源主管部门按月汇总项目备案信息。 省级能源主管部门按季分类汇总备案信息后报送国务院能源主管部门。第二十九条 各省级能源主管部门负责本地区分布式光伏发电项目建设和运行信息统计，并分别于每年 7 月、次年 1 月向国务院能源主管部门报送上半年和上一年度的统计信息，同时抄送国家能源局及其派出监管机构、国家可再生能源信息中心。第三十条 电网企业负责建设本级电网覆盖范围内分布式光伏发电的运行监测体系， 配合本级能源主管部门向所在地的能源管理部门按季报送项目建设运行信息，包括项目建设、发电量、上网电量、电费和补贴发放与结算等信息。第三十一条 国务院能源主管部门委托国家可再生能源信息中心开展分布式光伏发电行业信息管理， 组织研究制定工程设计、 安装、验收等环节的标准规范，统计全国分布式光伏发电项目建设运行信息， 分析评价行业发展现状和趋势， 及时提出相关政策建议。 经国务院能源主管部门批准，适时发布相关产业信息。第八章 违规责任第三十二条 电网企业未按照规定收购分布式光伏发电项目余电上网电量， 造成项目单位损失的，应当按照中华人民共和国可再生能源法的规定承担经济赔偿责任。第九章 附 则第三十三条 本办法由国家能源局负责解释，自发布之日起施行。