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:太陽能電池組件;充放電控制器、逆變器、測試儀器、計(jì)算機(jī)監(jiān)控等電力電子設(shè)備以及蓄電池或其他存儲(chǔ)和輔助發(fā)電設(shè)備。
太陽能光伏系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):
無運(yùn)動(dòng)部件，無噪音;
無空氣污染，無廢水排放;
無需燃燒過程，無需燃料;
維護(hù)簡單，維護(hù)成本低;
運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性好;
作為太陽能電池的關(guān)鍵部件，晶體硅太陽能電池的壽命可達(dá)25年以上。根據(jù)需要，可以很容易地?cái)U(kuò)大發(fā)電規(guī)模。
光伏系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。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)。主要應(yīng)用領(lǐng)域有航天飛機(jī)、通信系統(tǒng)、微波中繼站、電視差動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)、光伏水泵、不缺電地區(qū)的家用電源。隨著技術(shù)的發(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)開始系統(tǒng)地促進(jìn)城市光伏(pv)電網(wǎng)發(fā)電,家庭屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和主要建設(shè)兆瓦級(jí)集中大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),等等,同時(shí)在運(yùn)輸和城市照明大力推進(jìn)太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。
光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各不相同，如系統(tǒng)規(guī)模跨度大，小到0.3 ~ 2W的太陽能庭院燈，大到MW的太陽能光伏電站，如3.75kwp的家庭屋頂發(fā)電設(shè)備，敦煌10MW項(xiàng)目。它的應(yīng)用形式也多種多樣，在家庭、交通、通信、空間應(yīng)用等許多領(lǐng)域都可以得到廣泛的應(yīng)用。雖然光伏系統(tǒng)的大小不同，但它們在結(jié)構(gòu)和工作原理上基本相同。圖4-1是一個(gè)典型的光伏系統(tǒng)供電直流負(fù)載的示意圖。它包含了光伏系統(tǒng)的幾個(gè)主要組件:
光伏組件方陣:太陽能電池組件(又稱光伏電池組件)按照系統(tǒng)要求并聯(lián)，將太陽能轉(zhuǎn)化為陽光照射下的電能輸出。它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心部件。
電池:儲(chǔ)存太陽能電池組件產(chǎn)生的電能。當(dāng)光照不足或在夜間，或負(fù)荷需求大于太陽能電池組件產(chǎn)生的功率時(shí)，釋放存儲(chǔ)的電能以滿足負(fù)荷的能量需求。它是太陽能光伏系統(tǒng)的儲(chǔ)能組件。目前，太陽能光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池，對于要求較高的系統(tǒng)，通常采用深放閥控制密封鉛酸蓄電池，深放液吸式鉛酸蓄電池。
控制器:指定并控制電池的充放電條件，根據(jù)負(fù)載的功率需求控制太陽能電池組件和電池對負(fù)載的功率輸出，是整個(gè)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。將傳統(tǒng)的控制部件、逆變器和監(jiān)控系統(tǒng)集成在一起是一種趨勢。例如AES的SPP和SMD系列控制器就集成了以上三種功能。
光伏逆變器:在太陽能光伏供電系統(tǒng)中，如果有交流負(fù)載，則需要使用逆變器設(shè)備將太陽能電池元件產(chǎn)生的直流或電池釋放的直流轉(zhuǎn)換為負(fù)載所需的交流電。
太陽能光伏供電系統(tǒng)的基本工作原理是陽光的照射下,太陽能電池組件的能量產(chǎn)生的控制器來控制電池或在滿足負(fù)載的需求直接向負(fù)載供電,如果太陽在晚上或電池控制器的控制下直流負(fù)載供電,為光伏系統(tǒng)含有交流負(fù)載,還需要增加逆變器將直流電(dc)轉(zhuǎn)換為交流電。光電系統(tǒng)有多種形式，但它們的基本原理是相似的。對于其他類型的光伏系統(tǒng)，其控制機(jī)制和系統(tǒng)組件根據(jù)實(shí)際需要有所不同。以下是對不同類型光伏系統(tǒng)的詳細(xì)描述。
光伏系統(tǒng)的分類和介紹
光伏系統(tǒng)一般分為獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。根據(jù)光伏供電系統(tǒng)的申請表、應(yīng)用規(guī)模和負(fù)荷類型，光伏供電系統(tǒng)可分為以下六種類型:小型太陽能供電系統(tǒng)(SmallDC);簡易直流系統(tǒng)(SimpleDC);大型太陽能供電系統(tǒng)(LargeDC);交直流供電系統(tǒng)(AC/DC);UtilityGridConnect系統(tǒng);混合動(dòng)力系統(tǒng);短時(shí)間混合動(dòng)力系統(tǒng)。
光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光伏效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種電子元件技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵元素是太陽能電池。將太陽能電池串聯(lián)封裝保護(hù)后，形成大面積的太陽能電池元件，再與電源控制器等部件結(jié)合形成光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)勢在于它不受地域的限制，因?yàn)樘栒丈湓诘孛嫔稀９夥到y(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、不消耗燃料和安裝輸電線路可現(xiàn)場發(fā)電和供電、工期短等優(yōu)點(diǎn)。
光伏發(fā)電是基于光伏效應(yīng)的原理，利用太陽能電池直接將太陽光轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板(組件)、控制器和逆變器組成，這些組件主要由電子組件組成，不涉及機(jī)械部件。因此，光伏發(fā)電設(shè)備極其精致，使用壽命長、可靠穩(wěn)定，安裝維護(hù)方便。理論上，光伏電能可以用于任何東西，從航天器到家庭用電，從兆瓦發(fā)電廠到玩具。太陽能光伏發(fā)電最基本的元件是太陽能電池(片)，有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池。目前使用最多的是單晶和多晶電池，而非晶電池則用于小型系統(tǒng)和計(jì)算器的輔助電源。
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