太阳能光伏系统基本知识

太阳能光伏系统基本知识一、太阳能光伏系统组成1、太阳电池组件方阵：它是太阳能光伏系统的核心，在太阳光的照射下把太阳能转化成电能输出。2、充放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备：它们是整个系统中的核心控制部件。3、蓄电池或其他蓄能和辅助发电设备：蓄电池是太阳能光伏系统的储能部件；辅助发电设备再混合系统中使用，与太阳电池方阵一起供电；联网系统以电网为储能装置。二、光伏系统的分类及应用（一） 、独立光伏系统1、直流系统 ：系统中负载全部为直流负载。应用：对于只在白天使用的小功率负载且负载对输入电能参数要求不高时， 则可以不需要蓄电池和控制器。常用于光伏水泵系统、白天临时设备用电和旅游设施中；光伏方阵控制器蓄电池直流负载独立光伏系统直流系统 交流系统 交、直流混合系统光伏系统独立光伏系统 联网光伏系统 混合系统白天用太阳能小设备对于负载功率较大的情况， 为了保证可靠地给负载提供稳定地电力供应， 需要配备较大地太阳电池组件阵列和较大地蓄电池， 同时采用控制器实行检测和控制供电过程。 其常用于通信、路灯以及农村集中供电等领域。太阳能路灯太阳能通信基站2、交流系统 ：系统中负载全部为交流负载。应用：交流系统一般的负载都比较大，与大型直流系统相比，要加装一个直流、交流逆变器，把方阵输出的直流电转换成交流电以供给交流负载使用。集中供电及户用系统3、交、直流混合系统 ：系统中负载既有交流负载又有直流负载。光伏方阵控制器蓄电池交流负载逆变器直流负载光伏方阵控制器蓄电池交流负载逆变器应用：通常这种系统的负载量较大， 从而系统规模页较大。 在一些同时具有交、 直流负载的通信基站和其它一些含有交、直流负载的光伏电站中得到应用。太阳能海上淡水处理装置 无人职守光伏通信站（二） 、联网光伏系统1、大型光伏系统 ：光伏阵列产生的电能通过联网逆变器转换后被直接输送到电网上，由电网统一调配向用户供电。光伏方阵控制器 联网逆变器与电网联网联网光伏系统 （按规模分类）大型联网光伏系统 户用型联网光伏系统可逆流系统 不可逆流系统应用：集中型的大型太阳能光伏电站建设项目。投资大、建设周期长、设备复杂、成本高，一般为国家投资建设。阿特斯常熟 30KW 联网电站 西班牙 MAHORA 15MW 联网电站2、户用型联网 ：所发的电能直接分配到住户的用电负载上，多余或不足的电力通过联接电网来调节。应用：住宅供电，与建筑结合得光伏发电（ BIPV ） 。建设容易， 投资不大， 在许多国家因相关政策的激励而备受青睐，因此它发展迅速， 成为主流。可逆流系统： 太阳电池组件方阵发出得多余电量可以输送到电网， 向主电网馈电。 这种系统一般是为光伏系统发电能力大于负载或发电时间同负载用电时间不匹配时而设计的。 住宅系统由于输出的电量受天气和季节的制约， 而用电又有时间区别， 为保证电力平衡， 一般均采用可逆流的设计。不可逆流系统：光伏系统的发电量始终小于或等于负荷电量，电量不够时由电网提供，光伏方阵控制器 联网逆变器与电网联网直流负载蓄电池交流负载即光伏系统与电网并联向负载供电。出现得剩余电量只能通过某种手段加以处理和放弃。国家体育馆 100KW 光伏发电工程 洛阳中硅 14KW BIPV 奥林匹克公园太阳能灯柱 日本公交站台 BIPV （三） 、混合系统1、油电 /光伏混合系统 ：系统主要由太阳电池组件阵列提供电能，辅助发电设备为燃油发电机。2、风电 /光伏混合系统 ：系统由太阳电池组件阵列和风力发电机联合供电。气候监测站 太阳能汽车混合系统油电 /光伏混合系统 风电 /光伏混合系统三、光伏系统各部件介绍（一） 、太阳电池方阵结构1、方阵是由若干个组件按一定方式组装在一起；2、安装时要倾斜，在北半球向正南；3、方阵工作电压通常设计成与蓄电池地标称电压相一致，如 6V， 12V， 36V， 48V—；4、对于较大的交流系统和并网系统，电池组件阵列工作电压常用 110V， 220V 等。5、太阳电池组件方阵连接原则：将工作电流相近的组件串联在一起，最好每个组件上并联旁路二极管； 将工作电压相近的组件并联在一起， 最好在每条并联电路上串联阻塞二极管；在串并联数目较多时，采用混合式连接方式。混合连接 旁路二极管（二） 、阻塞二极管1、防反充（阻塞）二极管串联在蓄电池和光伏方阵之间， 起单向导通的作用。 防止夜间或阴雨天方阵所发电压低于其供电的直流母线电压时， 蓄电池或逆变器反向向光伏方阵倒送电而消耗能力和导致方阵发热。串联时，一般使用硅整流二极管，管压降达 0.6-0.8 V，大容量硅整流二极管管压降达1-2 V ；如用肖特基二极管，其管压降可以降低到 0.2-0.3 V ，但其耐压和电流容量较小，选用时要加以注意。有些控制器具有防反接功能，这时不接阻塞二极管。2、旁路二极管并联在较大方阵中每个太阳电池组件两端，起电流旁路流通作用。当某个组件故障时，实现电流旁路， 不阻碍其它正常组件的发电； 保护太阳电池组件因 “热斑效应” 发热而损坏。光伏方阵中一般也用硅整流二极管， 在选用型号时要有一定的裕量， 以防止击穿损坏。通常其耐压容量应该达到最大反向工作电压的 2 倍，电流也要达到最大预期运行电流 2 倍。当所有组件并联时， 就可以不接旁路二极管。 实际中考虑到成本和损耗， 对于组件数目不多的场合，也可不用旁路二级管。（三） 、储能装置（蓄电池）1、在光伏发电系统中，蓄电池处于伏充状态下。目前最常用的是铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池。2、传统铅酸蓄电池会发生电解水现象，电解液逐渐减少，增加了维护工作；但其性能稳定，价格较低，容量较大，所以得到广泛使用。3、密封铅酸蓄电池与传统铅酸蓄电池相比，抗过充电能力强，电储存时间长，不泄漏酸液，运输和维护简单，在小型光伏系统中普遍使用。4、镍镉蓄电池具有耐过充放，低温性能好，循环寿命长等特点，但价格高，一般只在为重要负载供电的系统中使用。5、胶体蓄电池自放电减少，抗极板硫酸化能力强，再充电性能良好，维护少，寿命长。是一种性能优越的蓄电池。6、蓄电池自放电指蓄电池放置一段时间后储电量会自动减少的现象。原因为：电解液中的杂质或污垢构成放电回路；负极板自溶和正极板二氧化铅自动还原；硫酸下沉形成电位差及温度变化引起的自放电。7、蓄电池电压铅酸蓄电池每隔的标称电压是 2 V，实际电压随充放电情况而有变化。充电结束时有2.5-2.7 V ，以后缓慢降到 2.05 V 左右的稳定状态。其终止放电电压为 1.7 V。镍镉蓄电池的标称电压是 1.25 V，放电终止电压为 1.1 V。8、蓄电池容量（安时 Ah）指出厂时规定的该蓄电池再一定的电流和电解液温度下，单格电池的电压降到规定值时，所提供的电量。目前铅酸蓄电池的容量从 1 Ah 到几千甚至上万 Ah。蓄电池标称容量不仅取决于蓄电池本身， 还与使用条件有关。 主要受放电率和工作温度的影响。9、蓄电池使用寿命在独立光伏系统中， 通常蓄电池是使用寿命最短的部件。 对于可再生能源领域使用的蓄电池主要有两个寿命指标。充放电循环寿命：充放电的次数多少。固定性铅酸蓄电池规定不得低于 100 次。使用寿命：使用年限。固定性铅酸蓄电池规定不得低于 10 年。10、蓄电池输出效率蓄电池使用中存在一定的损耗，一般用两种标度来衡量它的效率。能量效率： 蓄电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比。 主要影响因素是蓄电池的内阻。安时效率： 蓄电池放电时输出的电量与充电时输入的电量之比。 主要影响因素时蓄电池内部的各种负反应。（四） 、控制器1、在小型系统中，主要防止蓄电池过放电和过充电，即输入充满和容量不足时断开或恢复连接功能。标准设计的蓄电池 12 V 时充满断开和恢复连接电压参考值为：起动型铅酸蓄电池充满断开为： 15.0-15.2 V ；恢复连接为： 13.7 V 。固定型铅酸蓄电池充满断开为： 14.8-15.0 V ；恢复连接为： 13.7 V 。密封型铅酸蓄电池充满断开为： 14.1-14.5 V ；恢复连接为： 13.2 V 。2、在大、中型系统中，平衡、管理光伏系统能量、保护蓄电池及整个系统正常工作和显示系统运行状态等重要作用。具体有如下几种功能：（ 1）蓄电池充放电管理和最优充电控制；（ 2）设备保护；（ 3）系统工作状态显示；（ 4）系统数据及信息储存；（ 5）系统故障报警；（ 6）系统遥测、遥控、遥信等。3、其主要指标，国标 GB/T 19064-2003 有具体要求。（ 1）控制器最大自身耗电不超过其额定充电电流的 1％。（ 2）控制器充电或放电的电压降不超过系统额定电压的 5％。（ 3）控制器应该具有温度补偿功能。温度系数在 -3－ 7 mV/ ℃。（五） 、逆变器1、分类（ 1）按输出能力去向分，分为有源逆变器和无源逆变器。（ 2）按相数分，分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。（ 3）按输出交流电波形分，分为正弦波逆变器和非正弦波逆变器（方波、阶梯波） 。方波逆变器：线路简单，价格便宜，维护简单；含高次谐波，产生附加损耗，对通信设备有干扰。正弦波逆变器：综合技术性能好，效率高，失真度低，噪声小，不干扰通信设备；线路复杂，维护技术要求高，价格较贵。阶梯波逆变器：性能、价格介于前两者之间。2、技术性能（ 1）额定输出电压单相为 220 V，三相为 380 V。在稳定运行时，电压波动偏差不超过额定值的 3％－ 5％。在负载突变时，电压偏差不超过额定值的 8％－ 10％。（ 2）输出电压不平衡度正常工作时，输出的三相电压不平衡度不超过 5％－ 8％。（ 3）输出电压波形失真度当输出为正弦波时，一般要求电压波形失真度不超过 5％。（ 4）额定输出频率逆变器输出频率应相对稳定。如工频 50 Hz，正常工作时偏差不超过 1％。（ 5）负载功率因素表征逆变器带动感性负载的能力。在正弦波条件下，负载功率因素应为 0.7-0.9。（ 6）额定输出容量当输出功率因素为 1 时，额定输出电压和额定输出电流的乘积。（ 7）额定输出效率在规定工作条件下，其输出功率与输入功率之比。通常逆变器效率在 70％以上，但是负载率低于 20％和高于 80％时，效率要低一些。国标 GB/T 19064-2003 也有具体要求。标准规定输出频率在 49－ 50 Hz 之间；逆变器输出功率大于额定功率 75％时，效率应大于等于 80％；逆变器在特定输出功率条件下具有一定的持续工作时间。带载能力标准规定：输入电压与输出功率为额定值时，连续可靠工作 4 h 以上。输入电压与输出功率为额定值 125％时，连续可靠工作 1 min 以上。输入电压与输出功率为额定值 150％时，连续可靠工作 10 s 以上。