太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

通過太陽電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)稱為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，也可簡稱為光伏發(fā)電系統(tǒng)。盡管太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用形式多種多樣，應(yīng)用規(guī)模也跨度很大（從小到不足1W的太陽能草坪燈應(yīng)用，到幾百千瓦甚至幾十兆瓦的大型光伏電站應(yīng)用），但系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理卻基本相同，主要由太陽電池組件（或方陣）、儲能蓄電池（組）、光伏控制器、光伏逆變器（在有需要輸出交流電的情況下使用）等，和直流匯流箱、直流配電柜、交流匯流箱或配電柜、升壓變壓器、光伏支架以及一些測試、監(jiān)控、防護(hù)等附屬設(shè)施構(gòu)成。

1. 太陽電池組件

   
   

太陽電池組件也叫光伏電池板，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心部件，也是光伏發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)換為直流電能，送往蓄電池中存儲起來，也可以直接用于推動直流負(fù)載工作，或通過光伏逆變器轉(zhuǎn)換為交流電為用戶供電或并網(wǎng)發(fā)電。當(dāng)發(fā)電容量較大時，需要用多塊電池組件串、并聯(lián)構(gòu)成太陽電池方陣。目前應(yīng)用的太陽電池組件主要分為晶硅組件和薄膜組件。晶硅組件分為單晶硅組件、多晶硅組件；薄膜組件包括非晶硅組件、微晶硅組件、銅銦鎵硒（CIGS）組件、碲化鎘（CdTe）組件等幾種。

2. 儲能蓄電池

儲能蓄電池主要用于離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和帶儲能裝置的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其作用主要是存儲太陽電池發(fā)出的電能，并可隨時向負(fù)載供電。光伏發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池的基本要求是，自放電率低，使用壽命長，充電效率高，深放電能力強(qiáng)，工作溫度范圍寬，少維護(hù)或免維護(hù)以及價格低廉。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)配套使用的主要是鉛酸電池、鉛碳電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池等，在小型、微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池或超級電容器等。當(dāng)有大容量電能存儲時，就需要將多只蓄電池串、并聯(lián)起來構(gòu)成蓄電池組。

3. 光伏控制器

光伏控制器是離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的主要部件，其作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，保護(hù)蓄電池；防止蓄電池過充電、過放電、系統(tǒng)短路、系統(tǒng)極性反接和夜間防反充等。在溫差較大的地方，控制器還具有溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ａ硗?，光伏控制器還有光控開關(guān)、時控開關(guān)等工作模式，以及對充電狀態(tài)、用電狀態(tài)、蓄電池電量等各種工作狀態(tài)的顯示功能。光伏控制器一般分為小功率、中功率、大功率、風(fēng)光互補(bǔ)控制器等。

4. 光伏逆變器

光伏逆變器的主要功能是把電池組件或者儲能蓄電池輸出的直流電能盡可能多地轉(zhuǎn)換成交流電能，提供給電網(wǎng)或者用戶使用。光伏逆變器按運(yùn)行方式不同，可分為并網(wǎng)逆變器和離網(wǎng)逆變器。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。離網(wǎng)逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。由于在一定的工作條件下，光伏組件的功率輸出將隨著光伏組件兩端輸出電壓的變化而變化，并且在某個電壓值時組件的功率輸出最大，因此光伏逆變器一般都具有最大功率點跟蹤（MPPT）功能，即逆變器能夠調(diào)整電池組件兩端的電壓使得電池組件的功率始終輸出最大。

5. 直流匯流箱

直流匯流箱主要是用在幾十千瓦以上的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，其用途是把電池組件方陣的多路直流輸出電纜集中輸入、分組連接到直流匯流箱中，并通過直流匯流箱中的光伏專用熔斷器、直流斷路器、電涌保護(hù)器及智能監(jiān)控裝置等的保護(hù)和檢測后，匯流輸出到光伏逆變器。直流匯流箱的使用，大大簡化了電池組件與逆變器之間的連線，提高了系統(tǒng)的可靠性與實用性，不僅使線路連接井然有序，而且便于分組檢查和維護(hù)。當(dāng)組件方陣局部發(fā)生故障時，可以局部分離檢修，不影響整體發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)工作，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)揮最大效能。

6. 直流配電柜

在大型的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，除了采用許多個直流匯流箱外，還要用若干個直流配電柜作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中二、三級匯流之用。直流配電柜主要是將各個直流匯流箱輸出的直流電纜接入后再次進(jìn)行匯流，然后輸出與并網(wǎng)逆變器連接，有利于光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝、操作和維護(hù)。

7. 交流配電柜與匯流箱

交流配電柜是在光伏發(fā)電系統(tǒng)中連接逆變器與交流負(fù)載或公共電網(wǎng)的電力設(shè)備，它的主要功能是對電能進(jìn)行接受、調(diào)度、分配和計量，保證供電安全，并顯示各種電能參數(shù)和監(jiān)測故障。交流匯流箱一般用在組串式逆變器系統(tǒng)中，主要作用是把多個逆變器輸出的交流電經(jīng)過二次集中匯流后送入交流配電柜中。

8. 升壓變壓器

升壓變壓器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要用于將逆變器輸出的低壓交流電（0.4kV）升壓到與并網(wǎng)電壓等級相同的中高壓（如10kV、35kV、110kV、220kV等），通過高壓并網(wǎng)實現(xiàn)電能的遠(yuǎn)距離傳輸。小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)基本都是在用戶側(cè)直接并網(wǎng)，自發(fā)自用、余電直接饋入0.4kV低壓電網(wǎng)，故不需要升壓環(huán)節(jié)。

9. 光伏支架

光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的光伏支架主要有固定傾角支架、傾角可調(diào)支架和自動跟蹤支架幾種。自動跟蹤支架又分為單軸跟蹤支架和雙軸跟蹤支架。其中單軸跟蹤支架又可以細(xì)分為平單軸跟蹤、斜單軸跟蹤和方位角單軸跟蹤支架三種。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，目前以固定傾角支架和傾角可調(diào)支架的應(yīng)用最為廣泛。

10. 光伏發(fā)電系統(tǒng)附屬設(shè)施

光伏發(fā)電系統(tǒng)的附屬設(shè)施包括系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控和檢測系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)等。監(jiān)控檢測系統(tǒng)全面監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，包括電池組件串或方陣的運(yùn)行狀況，逆變器的工作狀態(tài)，光伏方陣的電壓、電流數(shù)據(jù)，發(fā)電輸出功率、電網(wǎng)電壓頻率、太陽輻射數(shù)據(jù)等，并可以通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程連接進(jìn)行監(jiān)控，通過電腦、手機(jī)等終端設(shè)備獲得數(shù)據(jù)。