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太陽能光伏發(fā)電的組成、原理及其特性

返回列表 來源：國際新能源網(wǎng) 發(fā)布日期： 2020.06.05 瀏覽次數(shù)：

太陽能光伏系統(tǒng)的組成和原理

太陽能光伏系統(tǒng)由以下三部分組成：太陽電池組件;充、放電控制器、逆變器、測試儀表和電腦監(jiān)控等電力電子設(shè)備和蓄電池或其他蓄能和輔助發(fā)電設(shè)備。

太陽能光伏系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：

沒有轉(zhuǎn)動部件，不產(chǎn)生噪音;

沒有空氣污染、不排放廢水;

沒有燃燒過程，不需要燃料;

維修保養(yǎng)簡單，維護(hù)費(fèi)用低;

運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性好;

作為關(guān)鍵部件的太陽電池使用壽命長，晶體硅太陽電池壽命可達(dá)到25年以上;根據(jù)需要很容易擴(kuò)大發(fā)電規(guī)模。

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光伏系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，光伏系統(tǒng)應(yīng)用的基本形式可分為兩大類：獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。應(yīng)用主要領(lǐng)域主要在太空航空器、通信系統(tǒng)、微波中繼站、電視差轉(zhuǎn)臺、光伏水泵和無電缺電地區(qū)戶用供電。隨著技術(shù)發(fā)展和世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始有計(jì)劃地推廣城市光伏并網(wǎng)發(fā)電，主要是建設(shè)戶用屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和 MW級集中型大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等，同時在交通工具和城市照明等方面大力推廣太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。

光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，如系統(tǒng)規(guī)?？缍群艽?，小到0.3～2W的太陽能庭院燈，大到MW級的太陽能光伏電站，如3.75kWp家用型屋頂發(fā)電設(shè)備、敦煌10MW專案。其應(yīng)用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應(yīng)用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。圖4-1是一個典型的供應(yīng)直流負(fù)載的光伏系統(tǒng)示意圖。其中包含了光伏系統(tǒng)中的幾個主要部件：

光伏組件方陣：由太陽電池元件(也稱光伏電池組件)按照系統(tǒng)需求串、并聯(lián)而成，在太陽光照射下將太陽能轉(zhuǎn)換成電能輸出，它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心部件。

蓄電池：將太陽電池元件產(chǎn)生的電能儲存起來，當(dāng)光照不足或晚上、或者負(fù)載需求大于太陽電池元件所發(fā)的電量時，將儲存的電能釋放以滿足負(fù)載的能量需求，它是太陽能光伏系統(tǒng)的儲能部件。目前太陽能光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池，對于較高要求的系統(tǒng)，通常采用深放電閥控式密封鉛酸蓄電池、深放電吸液式鉛酸蓄電池等。

控制器：它對蓄電池的充、放電條件加以規(guī)定和控制，并按照負(fù)載的電源需求控制太陽電池元件和蓄電池對負(fù)載的電能輸出，是整個系統(tǒng)的核心控制部分。隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來越強(qiáng)大，有將傳統(tǒng)的控制部分、逆變器以及監(jiān)測系統(tǒng)集成的趨勢，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三種功能。

光伏逆變器：在太陽能光伏供電系統(tǒng)中，如果含有交流負(fù)載，那么就要使用逆變器設(shè)備，將太陽電池元件產(chǎn)生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉(zhuǎn)化為負(fù)載需要的交流電。

太陽能光伏供電系統(tǒng)的基本工作原理就是在太陽光的照射下，將太陽電池元件產(chǎn)生的電能通過控制器的控制給蓄電池充電或者在滿足負(fù)載需求的情況下直接給負(fù)載供電，如果日照不足或者在夜間則由蓄電池在控制器的控制下給直流負(fù)載供電，對于含有交流負(fù)載的光伏系統(tǒng)而言，還需要增加逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。光伏系統(tǒng)的應(yīng)用具有多種形式，但是其基本原理大同小異。對于其他類型的光伏系統(tǒng)只是在控制機(jī)理和系統(tǒng)部件上根據(jù)實(shí)際的需要有所不同，下面將對不同類型的光伏系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)地描述。

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光伏系統(tǒng)的分類與介紹

一般將光伏系統(tǒng)分為獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。如果根據(jù)光伏系統(tǒng)的應(yīng)用形式、應(yīng)用規(guī)模和負(fù)載的類型，對光伏供電系統(tǒng)進(jìn)行比較細(xì)致的劃分，可將光伏系統(tǒng)分為如下六種類型：小型太陽能供電系統(tǒng)(SmallDC);簡單直流系統(tǒng)(SimpleDC);大型太陽能供電系統(tǒng)(LargeDC);交流、直流供電系統(tǒng)(AC/DC);并網(wǎng)系統(tǒng)(UtilityGridConnect);混合供電系統(tǒng)(Hybrid);并網(wǎng)混合系統(tǒng)。

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體介面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N電子元件技術(shù)，這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池元件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是較少受地域限制，因?yàn)殛柟馄照沾蟮?光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無雜訊、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期短的優(yōu)點(diǎn)。

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理,利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電,光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板(元件)、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件,所以,光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉,可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護(hù)簡便。理論上講,光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場合,上至航天器,下至家用電源,大到兆瓦級電站,小到玩具,光伏電源無處不在。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池(片)，有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源等。