清潔能源概論5太陽(yáng)能光伏發(fā)電課件

1、 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)能電池太陽(yáng)的光能 電能 輸出太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)單個(gè)太陽(yáng)能電池:輸出電壓低輸出電流不合適晶體硅電池本身較脆不能獨(dú)立抵御外界惡劣條件單個(gè)太陽(yáng)能電池串、并聯(lián)封裝接出外連電線太陽(yáng)能電池組件Solar Module或PV Module，也稱光伏組件2太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏陣列輸出功率從數(shù)瓦到數(shù)十千瓦不等。作為一個(gè)完整的光伏發(fā)電系統(tǒng)，還需有控制器、逆變器、支架、輸配電纜、開關(guān)、熔斷器等一整套“平衡系統(tǒng)”（BOS系統(tǒng)，Balance of System，有時(shí)也稱“配套系統(tǒng)”）與太陽(yáng)能電池組件或陣列相配才能正常工作。3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理及組成一、光伏系統(tǒng)的工

2、作原理 白天，在光照條件下，太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，通過組件的串并聯(lián)形成太陽(yáng)能電池方陣，使得方陣電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求。再通過充放電控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，將由光能轉(zhuǎn)換而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池組為逆變器提供輸入電，通過逆變器的作用，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，輸送到配電柜，由配電柜的切換作用進(jìn)行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進(jìn)行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統(tǒng)還應(yīng)有限荷保護(hù)和防雷裝置，以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的過負(fù)載運(yùn)行及免遭雷擊，維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的安全使用。4二、光伏系統(tǒng)的組成 光伏系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜等設(shè)備組成。其各部分設(shè)備的作用是：（

3、1）太陽(yáng)能電池方陣：在有光照（無論是太陽(yáng)光，還是其它發(fā)光體產(chǎn)生的光照）情況下，電池吸收光能，電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏打效應(yīng)”。在光生伏打效應(yīng)的作用下，太陽(yáng)能電池的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，將光能轉(zhuǎn)換成電能，是能量轉(zhuǎn)換的器件。太陽(yáng)能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽(yáng)能電池，多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池三種。（2）蓄電池組：其作用是貯存太陽(yáng)能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。太陽(yáng)能電池發(fā)電對(duì)所用蓄電池組的基本要求是：a.自放電率低；b.使用壽命長(zhǎng)；c.深放電能力強(qiáng)；d.充電效率高；e.少維護(hù)或免維護(hù)；f.工作溫度范圍寬；g.價(jià)格低廉。目前我國(guó)與太陽(yáng)能發(fā)電

4、系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)密封式免維護(hù)鉛酸蓄電池，每只蓄電池的額定電壓為2VDC；配套200Ah以下的鉛酸蓄電池，一般選用小型密封免維護(hù)鉛酸蓄電池，每只蓄電池的額定電壓為12VDC。（3）充放電控制器：是能自動(dòng)防止蓄電池過充電和過放電的設(shè)備。由于蓄電池的循環(huán)充放電次數(shù)及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充放電控制器是必不可少的設(shè)備。5（4）逆變器：是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽(yáng)能電池和蓄電池是直流電源，而負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是必不可少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)

5、行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對(duì)諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負(fù)載。變器保護(hù)功能：a、過載保護(hù)；b、短路保護(hù)；c、接反保護(hù)；d、欠壓保護(hù)；e、過壓保護(hù)；f、過熱保護(hù)。交流配電柜：其在電站系統(tǒng)的主要作用是對(duì)備用逆變器的切換功能，保證系統(tǒng)的正常供電，同時(shí)還有對(duì)線路電能的計(jì)量。6太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類太陽(yáng)能電池組件和方陣貯能蓄電池直流交流逆變器控制器獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)

6、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏系統(tǒng)應(yīng)用介紹7并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)：將所發(fā)電量并入電網(wǎng)，由電網(wǎng)進(jìn)行管理和支配。系統(tǒng)與公用電網(wǎng)通過標(biāo)準(zhǔn)接口相連接，像一個(gè)發(fā)電廠連接到國(guó)家電網(wǎng)的發(fā)電方式，成為電網(wǎng)的補(bǔ)充，典型特征為不需要蓄電池。其運(yùn)行模式為在有太陽(yáng)輻照的條件下，組件陣列輸出的電能經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，經(jīng)dcac并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換后并入電網(wǎng)。整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)無需考慮儲(chǔ)能，在電網(wǎng)的支持下完全達(dá)到電能的最大利用率。根據(jù)所并入電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)不同，并網(wǎng)系統(tǒng)又可分為用戶側(cè)并網(wǎng)和配電側(cè)并網(wǎng)。用戶側(cè)并網(wǎng)是指光伏電力以用戶直接可用的電壓及相位形式(中國(guó)為單相或三相220v380v交流電)直接提供給局域網(wǎng)，接入電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)在最低一級(jí)變電

7、站的下游，負(fù)載可直接用電，而不必再經(jīng)過任何一級(jí)變壓器。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是單獨(dú)為某一業(yè)主的電力負(fù)載供電，降低了對(duì)大電網(wǎng)電力的需求，節(jié)省了電費(fèi)，即自發(fā)自用，往往裝機(jī)容量較小；配電側(cè)并網(wǎng)是指光伏電力接人電網(wǎng)中某一級(jí)變壓器的上游，只有經(jīng)過逐級(jí)降壓后，用戶負(fù)載才能使用，這種系統(tǒng)產(chǎn)生的電力經(jīng)電網(wǎng)調(diào)配后可供多業(yè)主共享，往往適合于大型光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的缺點(diǎn)：只有在晴朗的白天才能比較穩(wěn)定提供電力，一旦沒有日照會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量突降，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾。當(dāng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量與所并入電網(wǎng)的容量相比很小時(shí)，這種擾動(dòng)可以忽略不計(jì)；但當(dāng)容量相近時(shí)，就必須考慮其他措施降低干擾。目前有小規(guī)模試驗(yàn)性電站采用風(fēng)力發(fā)電彌補(bǔ)夜間光

8、伏發(fā)電的缺失，或者另外添加大型的蓄電系統(tǒng)在多云天氣下調(diào)節(jié)電網(wǎng)穩(wěn)定性。10上海地區(qū)的并網(wǎng)電站11德國(guó)火車站電站12一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類簡(jiǎn)單直流系統(tǒng)（SimpleDC）該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中的負(fù)荷為直流負(fù)荷而且對(duì)負(fù)荷的使用時(shí)間沒有特別的要求，負(fù)荷主要是在白天使用，所以系統(tǒng)中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接使用光伏組件給負(fù)荷供電，省去了能量在蓄電池中的儲(chǔ)存和釋放過程，以及控制器中的能量損失，提高了能量利用效率。16一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類大型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)（LargeDC）這種光伏系統(tǒng)仍然是適用于直流電源系統(tǒng)，但是這種太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)通常負(fù)荷功率較大，為了保證可以可靠地

9、給負(fù)荷提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，其相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)模也較大，需要配備較大的光伏組件陣列以及較大的蓄電池組.其常見的應(yīng)用形式有通信、遙測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)備電源，農(nóng)村的集中供電，航標(biāo)燈塔、路燈等。17一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類大型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)（LargeDC）我國(guó)在西部一些無電地區(qū)建設(shè)的部分鄉(xiāng)村光伏電站就是采用的這種形式，中國(guó)移動(dòng)公司和中國(guó)聯(lián)通公司在偏僻無電網(wǎng)地區(qū)建設(shè)的通訊基站也有采用這種光伏系統(tǒng)供電的。如山西萬家寨的通訊基站工程。18一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類交流、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）這種光伏系統(tǒng)能夠同時(shí)為直流和交流負(fù)荷提供電力，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上多了逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以滿足交流負(fù)荷的需求。通

10、常這種系統(tǒng)的負(fù)荷耗電量比較大，從而系統(tǒng)的規(guī)模也較大。在一些同時(shí)具有交流和直流負(fù)荷的通訊基站和其它一些含有交、直流負(fù)荷的光伏電站中得到應(yīng)用。19一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類混合供電系統(tǒng)（Hybrid）優(yōu)點(diǎn)：1.使用混合供電系統(tǒng)可以使太陽(yáng)能得到更好利用。太陽(yáng)能是變化的，不穩(wěn)定的，所以獨(dú)立系統(tǒng)必須按照能量產(chǎn)生最少的時(shí)期進(jìn)行設(shè)計(jì)。在其他的時(shí)間，系統(tǒng)的容量是過大的。在太陽(yáng)輻照最高峰時(shí)期產(chǎn)生的多余的能量沒法使用而浪費(fèi)了。如果最差月份情況和其他月份差別很大，有可能浪費(fèi)的能量等于甚至超過設(shè)計(jì)負(fù)荷的需求。23一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類混合供電系統(tǒng)（Hybrid）優(yōu)點(diǎn)：2. 具有較高的系統(tǒng)實(shí)用性。在獨(dú)立系統(tǒng)中，

11、太陽(yáng)能 的變化和不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)供電不能滿足負(fù)荷需求的情況，即存在負(fù)荷缺電情況，使用混合系統(tǒng)則會(huì)大大的降低負(fù)荷缺電率。3. 和單用柴油發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)相比，具有較少的維護(hù)和使用較少的燃料。24一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類混合供電系統(tǒng)（Hybrid）優(yōu)點(diǎn)：4.較高的燃油效率。在低負(fù)荷的情況下，柴油機(jī)的燃油利用率很低，會(huì)造成燃油的浪費(fèi)。在混合系統(tǒng)中可以進(jìn)行綜合控制使得柴油機(jī)在額定功率附近工作，從而提高燃油效率。25一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類混合供電系統(tǒng)（Hybrid）優(yōu)點(diǎn)：5.負(fù)荷匹配更佳靈活。使用混合系統(tǒng)之后，因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)可以即時(shí)提供較大的功率，所以混合系統(tǒng)可以適用于范圍更加廣泛的負(fù)荷系統(tǒng)，

12、還可以更好的匹配負(fù)荷和系統(tǒng)的發(fā)電。26一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類混合供電系統(tǒng)（Hybrid）缺點(diǎn)：1.控制比較復(fù)雜。因?yàn)槭褂昧硕喾N能源，所以系統(tǒng)需要監(jiān)控每種能源的工作情況，處理各個(gè)子能源系統(tǒng)之間的相互影響、協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，這樣就導(dǎo)致其控制系統(tǒng)比獨(dú)立系統(tǒng)復(fù)雜，現(xiàn)在多使用微處理芯片進(jìn)行系統(tǒng)管理。27一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類混合供電系統(tǒng)（Hybrid）缺點(diǎn)：2.初期工程較大?；旌舷到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝，施工工程都比獨(dú)立工程要大。3.比獨(dú)立系統(tǒng)需要更多的維護(hù)。油機(jī)的使用需要很多的維護(hù)工作，比如更換機(jī)油濾清器，燃油濾清器，火花塞等，還需要給燃油箱添加燃油等。28一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類混合供電系

13、統(tǒng)（Hybrid）缺點(diǎn)：4.污染和噪音。光伏系統(tǒng)是無噪音，無排放的潔凈能源利用，但是因?yàn)榛旌舷到y(tǒng)中使用了柴油機(jī)，這樣就不可避免的產(chǎn)生噪音和污染。 很多偏遠(yuǎn)無電地區(qū)的通信電源和民航導(dǎo)航設(shè)備電源，因?yàn)閷?duì)電源要求很高，都是采用的混合系統(tǒng)供電，以求達(dá)到最好的性價(jià)比。我國(guó)新疆、云南建設(shè)的很多鄉(xiāng)村光伏電站就是采用光/柴混合系統(tǒng)。29一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)（Hybrid）該系統(tǒng)綜合利用太陽(yáng)能光伏組件陣列，市電和備用油機(jī)，通常是控制器和逆變器集成一體化，使用電腦芯片全面控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，綜合利用各種能源達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，并還可以使用蓄電池進(jìn)一步提高系統(tǒng)的負(fù)荷供電保障率。該系統(tǒng)可以為本

14、地負(fù)荷提供合格的電源，并可以作為一個(gè)在線的UPS（不間斷電源）工作。還可以向電網(wǎng)供電或者從電網(wǎng)獲得電力。30一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)（Hybrid）系統(tǒng)的工作方式通常的是將市電和太陽(yáng)能電源并行工作。對(duì)于本地負(fù)荷而言，如果光伏組件產(chǎn)生的電能足夠負(fù)荷使用，它將直接使用光伏組件產(chǎn)生的電能供給負(fù)荷的需求。31具有外部封裝及內(nèi)部連接、能單獨(dú)提供直流電輸出的最小不可分割的太陽(yáng)能電池組合裝置，叫太陽(yáng)能電池組件等。由兩個(gè)或兩個(gè)以上的太陽(yáng)能電池組件在機(jī)械和電氣上按一定方式組裝在一起，并且有固定的支撐結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的直流發(fā)電單元，叫太陽(yáng)能電池方陣。多個(gè)單體太陽(yáng)能電池互聯(lián)封裝后成為組件，多個(gè)太陽(yáng)能電

15、池組件互聯(lián)拼裝后成為方陣。二、太陽(yáng)能組件和方陣34當(dāng)今世界實(shí)用化的太陽(yáng)能電池組件主要有單晶硅太陽(yáng)能電池組件、多晶硅太陽(yáng)能電池組件、剛性襯底薄膜太陽(yáng)能電池組件(主要是非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池組件和碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池組件)以及柔性薄膜太陽(yáng)能電池組件等。二、太陽(yáng)能組件和方陣1.晶體硅太陽(yáng)能電池組件35硅的制取順序是：二氧化硅礦石-工業(yè)硅-多晶硅-單晶硅。單晶硅是用多晶硅經(jīng)單晶爐拉制而成的，也有用區(qū)熔法制取單晶硅的。但是區(qū)熔單晶硅的位錯(cuò)密度較大。所以半導(dǎo)體器件多用拉制的單晶硅作原始材料。注意，多晶硅不是用單晶硅制取的 36單晶硅太陽(yáng)能電池和多晶硅太陽(yáng)能電池統(tǒng)稱為晶體硅太陽(yáng)能電池。由于大面積(例如2002

16、00mm2 ，200mm，厚度=0.20.3mm) 的硅片比較脆，而單體電池的輸出電壓又僅在0.450.60V之間，因而需要首先將若干個(gè)單體電池進(jìn)行串(并)聯(lián)以獲得必要的輸出電壓、電流(功率)，然后再根據(jù)實(shí)際用途的需要進(jìn)行封裝。 二、太陽(yáng)能組件和方陣1.晶體硅太陽(yáng)能電池組件37對(duì)太陽(yáng)能電池組件要求為：（1）有一定的標(biāo)稱工作電流輸出功率。 （2）工作壽命長(zhǎng)，要求組件能正常工作2030年，因此要求組件所使用的材料，零部件及結(jié)構(gòu)，在使用壽命上互相一致，避免因一處損壞而使整個(gè)組件失效。二、太陽(yáng)能組件和方陣1.晶體硅太陽(yáng)能電池組件38對(duì)太陽(yáng)能電池組件要求為：（3）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能經(jīng)受在運(yùn)輸、安裝和使

17、用過程中發(fā)生的沖突，振動(dòng)及其它應(yīng)力。 （4）組合引起的電性能損失小。 （5）組合成本低。二、太陽(yáng)能組件和方陣1.晶體硅太陽(yáng)能電池組件39太陽(yáng)能電池組件的常見結(jié)構(gòu)形式：二、太陽(yáng)能組件和方陣1.晶體硅太陽(yáng)能電池組件玻璃殼體式太陽(yáng)能電池組件示意圖1-玻璃殼體；2-太陽(yáng)能電池；3-互連條；4-粘接劑；5-襯底；6-下底板；7-邊框線；8-電極接線柱。 40二、太陽(yáng)能組件和方陣1.晶體硅太陽(yáng)能電池組件底盒式太陽(yáng)能電池組件示意圖1-玻璃蓋板；2-太陽(yáng)能電池；3-盒式下底板；4-粘接劑；5-襯底；6-固定絕緣膠；7-電極引線；8-互連條。41二、太陽(yáng)能組件和方陣1.晶體硅太陽(yáng)能電池組件平板式太陽(yáng)能電池組件示

18、意圖1邊框；2邊框封裝膠；3上玻璃蓋板；4粘接劑；5下底板；6太陽(yáng)能電池；7互連條；8引線護(hù)套；9電極引線42二、太陽(yáng)能組件和方陣1.晶體硅太陽(yáng)能電池組件全膠密封太陽(yáng)能電池組件示意圖1太陽(yáng)能電池；2粘接劑；3電極引線；4下底板；5互連條。43實(shí)用的太陽(yáng)能電池組件還要配備邊框、接線盒等。二、太陽(yáng)能組件和方陣1.晶體硅太陽(yáng)能電池組件太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)剖面圖44二、太陽(yáng)能組件和方陣2.太陽(yáng)能電池組件封裝材料的要求組件的封裝結(jié)構(gòu)、封裝材料和封裝工藝與組件的工作壽命、可靠性和成本，有著密切的關(guān)系。45二、太陽(yáng)能組件和方陣2.太陽(yáng)能電池組件封裝材料的要求上蓋板 上蓋板覆蓋在太陽(yáng)能電池組件的正面，構(gòu)成組件的

19、最外層，它既要透光率高，又要堅(jiān)固，起到長(zhǎng)期保護(hù)電池的作用。 作上蓋板的材料有：鋼化玻璃、聚丙烯酸類樹脂、氟化乙烯丙烯、透明聚酯、聚碳酯等。目前，低鐵鋼化玻璃為最為普遍的上蓋板材料。46二、太陽(yáng)能組件和方陣2.太陽(yáng)能電池組件封裝材料的要求粘結(jié)劑要求： （1）在可見光范圍內(nèi)具有高透光性；（2）具有彈性；（3）具有良好的電絕緣性能； （4）能適用自動(dòng)化的組件封裝。47二、太陽(yáng)能組件和方陣2.太陽(yáng)能電池組件封裝材料的要求底板 一般為鋼化玻璃、鋁合金、有機(jī)玻璃、TPF復(fù)合膜。 要求: （1）具有良好的耐氣候性能；（2）層壓溫度下不起任何變化；（3）與粘接材料結(jié)合牢固。48二、太陽(yáng)能組件和方陣2.太陽(yáng)能電

20、池組件封裝材料的要求邊框平板組件必須有邊框，以保護(hù)組件和組件與方陣的連接固定。邊框?yàn)檎辰Y(jié)劑構(gòu)成對(duì)組件邊緣的密封。主要材料有不銹鋼，鋁合金，橡膠，增強(qiáng)塑料等。49二、太陽(yáng)能組件和方陣4.太陽(yáng)能電池方陣的結(jié)構(gòu) 太陽(yáng)能是一種低密度的平面能源，需要用大面積的太陽(yáng)能電池方陣來采集。而太陽(yáng)能電池組件的輸出電壓不高，需要用一定數(shù)量的太陽(yáng)能電池組件經(jīng)過串并聯(lián)構(gòu)成方陣。有時(shí)甚至需要數(shù)十個(gè)以至數(shù)千個(gè)方陣才能滿足大功率太陽(yáng)能光伏發(fā)電站的要求。50二、太陽(yáng)能組件和方陣4.太陽(yáng)能電池方陣的結(jié)構(gòu)平板式光伏方陣的結(jié)構(gòu)依用戶的需要而定。按電壓等級(jí)來分，獨(dú)立光伏系統(tǒng)電壓往往被設(shè)計(jì)成與蓄電池的標(biāo)稱電壓相對(duì)應(yīng)，或是它們的整數(shù)倍，而

21、且與用電器的電壓等級(jí)一致，如220、110、48、36、24、12V等等。51二、太陽(yáng)能組件和方陣4.太陽(yáng)能電池方陣的結(jié)構(gòu)交流光伏供電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，方陣的電壓等級(jí)往往為110V或220V。對(duì)電壓等級(jí)更高的光伏電站系統(tǒng)，則常用多個(gè)方陣進(jìn)行串并聯(lián)，組合成與電網(wǎng)等級(jí)相同的電壓等級(jí)，如組合成600V、l0kV等，再與電網(wǎng)連結(jié)。52二、太陽(yáng)能組件和方陣4.太陽(yáng)能電池方陣的結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池方陣除了需要支架將許多太陽(yáng)能電池組件集合在一起以外，還需要電纜、阻塞二極管和旁路二極管對(duì)太陽(yáng)能電池組件實(shí)行電氣連接，并需要配專用的、內(nèi)裝避雷器的分接線箱和總接線箱。有時(shí)為了防止鳥糞沾污太陽(yáng)能電池方陣表面而引起熱斑效應(yīng)

22、，還需在方陣頂上特別安裝驅(qū)鳥器。53二、太陽(yáng)能組件和方陣4.太陽(yáng)能電池方陣的結(jié)構(gòu)在將太陽(yáng)能電池組件進(jìn)行串并聯(lián)組裝成方陣時(shí)，應(yīng)參考太陽(yáng)能電池串并聯(lián)所需要注意的原則，應(yīng)特別注意：盡量考慮組件互聯(lián)接線最短的原則。要嚴(yán)格防止個(gè)別性能變壞的太陽(yáng)能電池組件混入太陽(yáng)能電池方陣。54二、太陽(yáng)能組件和方陣4.太陽(yáng)能電池方陣的結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池方陣電氣連接圖并聯(lián)時(shí)需要工作電壓相同的組件，并在每一條并聯(lián)線路串接阻塞二極管。串聯(lián)時(shí)需要工作電流相同的組件，并為每個(gè)組件并接旁路二極管。55阻塞二極管是用來控制光伏系統(tǒng)中的電流的，任何一個(gè)獨(dú)立光伏系統(tǒng)都必須有防止從蓄電池流向陣列的反向電流的方法或有保護(hù)失效單元的方法。如果控制器

23、沒有這項(xiàng)功能的話，就要用到阻塞二極管 56一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽(yáng)電池組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽(yáng)電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮蔽的太陽(yáng)電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)。這種效應(yīng)能嚴(yán)重的破壞太陽(yáng)電池。有光照的太陽(yáng)電池所產(chǎn)生的部分能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽(yáng)電池由于熱斑效應(yīng)而遭受破壞，最好在太陽(yáng)電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被受遮蔽的組件所消耗。57二、太陽(yáng)能組件和方陣4.太陽(yáng)能電池方陣的結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池組件方陣(a)縱聯(lián)橫并；(b)橫聯(lián)縱并圖示為同樣64塊太陽(yáng)能電池組件分別用4并8串方式組成方陣。在圖中可以看到，當(dāng)遇到有局部陰影時(shí)，(a)

24、中連接的總線電壓下降，輸出電池也大幅下降，系統(tǒng)有可能不能正常工作；而(b)中連接的總線電壓可保持不變，雖然少了一組電流，但系統(tǒng)卻能正常工作。58三、貯能蓄電池在太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能的大小受季節(jié)、天氣及每日時(shí)間的影響很大。當(dāng)太陽(yáng)能充足時(shí)，發(fā)電量會(huì)大于負(fù)荷的需求，而當(dāng)太陽(yáng)能不充足或缺少時(shí)，發(fā)電量會(huì)小于負(fù)荷要求甚至不能提供電能。因此，太陽(yáng)能供電系統(tǒng)必須要有儲(chǔ)能設(shè)備。59三、貯能蓄電池通常采用蓄電池儲(chǔ)能，當(dāng)太陽(yáng)能較充足時(shí)，多余的電能被儲(chǔ)存在蓄電池中，當(dāng)太陽(yáng)能不足時(shí)，蓄電池參與放電，而當(dāng)太陽(yáng)能短缺時(shí)，則完全由蓄電池單獨(dú)供電，即蓄電池在太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中起著儲(chǔ)能與供電的雙重作用。60三、貯能蓄電池太陽(yáng)能

25、供電系統(tǒng)中使用的蓄電池，必須具有良好的循環(huán)放電和深度放電能力，可以選用鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池。鉛蓄電池具有性能可靠、廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)；鎳鎘蓄電池自放電損失小、耐過充放電能力強(qiáng)，但價(jià)格較貴，限制了它的應(yīng)用。目前主要選擇鉛蓄電池作為太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備。61四、直流交流逆變器將交流電AC變換成直流電DC稱為整流，完成整流功能的電路稱為整流電路；而將直流電DC變換成交流電AC稱為逆變，完成逆變功能的電路稱為逆變電路。實(shí)現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變器。由于大部分用電器是按交流電路設(shè)計(jì)的，所以各種DC/AC逆變器已經(jīng)是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的常見部件。62四、直流交流逆變器逆變器分類按逆變器輸出能量的去向分類，分

26、為有源逆變器和無源逆變器。對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，在并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中需要有源逆變器，而在離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中需要無源逆變器。63四、直流交流逆變器逆變器分類按逆變器相數(shù)分類，分為單相逆變器和三相逆變器。按逆變器輸出交流電的頻率分類，分為工頻逆變器(5060Hz)、中頻逆變器(幾百Hz10kHz)和高頻逆變器(10kHz幾MHz)。按逆變器主電路形式分類，分為推挽式逆變器、半橋式逆變器和全橋式逆變器。64四、直流交流逆變器逆變器分類按逆變器主開關(guān)器件的類型分類，分為晶閘管(也稱可控硅SCR)逆變器、大功率晶體管(GTR)逆變器、可關(guān)斷晶閘管(GTO)逆變器、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(VMOS-FE

27、T)逆變器、絕緣門極晶體管(IGBT)逆變器和MOS控制晶體管(MCT)逆變器等。65四、直流交流逆變器逆變器的DC/AC轉(zhuǎn)換效率對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，逆變器的DC/AC轉(zhuǎn)換效率十分重要。通常逆變器的效率在70%-90%之間，優(yōu)質(zhì)逆變器可以達(dá)到90%-96%。66四、直流交流逆變器DC/AC變換效率與負(fù)荷率關(guān)系逆變器的效率往往隨負(fù)荷率而變化。往往在負(fù)荷率低于20%和高于80%時(shí)，DC/AC轉(zhuǎn)換效率要低一點(diǎn)。也有的逆變器在低負(fù)荷時(shí)效率不高，而在負(fù)荷率超過30%以后，DC/AC效率一直保持在較高水平上。67四、直流交流逆變器逆變器的工作溫度逆變器功率器件的工作溫度直接影響到逆變器的輸出電壓、波

28、形、頻率、相位等許多重要特性。而工作溫度又與環(huán)境溫度、工作所在地的海拔、潮濕度以及工作狀態(tài)有關(guān)。逆變器要滿足極熱和極冷地區(qū)的使用時(shí)，要預(yù)先設(shè)計(jì)其工作溫度。68四、直流交流逆變器電磁干擾和噪聲逆變器中的開關(guān)電路既容易產(chǎn)生電磁干擾，又容易因振動(dòng)在劣質(zhì)的鐵心變壓器上而產(chǎn)生噪聲。因而在設(shè)計(jì)和制造中，必須控制電磁干擾和噪聲的指標(biāo)，使之滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及用戶的要求。69四、直流交流逆變器逆變器的過載能力在某些電視機(jī)、電動(dòng)機(jī)等負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，其瞬時(shí)功率可以為正常工作時(shí)功率的3-6倍。因而要求逆變器具備瞬時(shí)過載能力，也稱峰值系數(shù)。另外，在特殊情況下，會(huì)有一些額外負(fù)載增加。這就要求逆變器有一定的額定過載能力。因此，在設(shè)

29、計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)要留有余地。70五、控制器控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，也是平衡系統(tǒng)(BOS，Balance of System)的主要組成部分。在小型光伏系統(tǒng)中，控制器也稱為充放電控制器，主要起防止蓄電池過充電和過放電的作用。71五、控制器在大、中型光伏系統(tǒng)中，控制器擔(dān)負(fù)著平衡管理光伏系統(tǒng)能量、保護(hù)蓄電池及整個(gè)光伏系統(tǒng)正常工作和顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)等重要作用。控制器可以是單獨(dú)使用的設(shè)備，也可以和逆變器制作成一體化機(jī)。72五、控制器大、中型光伏系統(tǒng)用的控制器應(yīng)具有以下功能：(1)防止蓄電池過充電和過放電，延長(zhǎng)蓄電池壽命。(2)防止太陽(yáng)能電池方陣、蓄電池極性反接。(3)防止負(fù)載、控制器、逆變器和其他設(shè)備內(nèi)部短路。(4)雷擊引起的擊穿保護(hù)。73五、控制器(5)光伏系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示。包括：蓄電池荷電狀態(tài)顯示和蓄電池端電壓顯示；負(fù)載狀態(tài)(耗量等)顯示；光伏方陣工作狀態(tài)(充電電壓、充電電流、充電量等)顯示；輔助電源工作狀態(tài)顯示；環(huán)境狀態(tài)(太陽(yáng)輻射量、溫