太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成課件

第六章太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成

第六章太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成6.1太陽能光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)6.2太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成6.3太陽電池芯片、組件及陣列6.4功率調(diào)節(jié)器6.5太陽能光伏系統(tǒng)的其他設(shè)備6.1太陽能光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)由于太陽能光伏系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是作為一種分散電源使用的。因此太陽能光伏系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):6.1太陽能光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.太陽能發(fā)電所使用的能源是太陽能。由于太陽能的總量極其巨大，因此它是一種取之不盡、用之不竭的能源。它不產(chǎn)生排放物、無公害，又是一種最清潔的能源。而且它可以在地球上的任何地方使用。但使用這種能源發(fā)電會(huì)隨季節(jié)、天氣、時(shí)刻的改變而改變。由于太陽能光伏系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是作為一

2.太陽能發(fā)電使用的是固體靜止裝置，發(fā)電時(shí)無可動(dòng)部分，無噪音，檢修維護(hù)簡便；太陽電池以模塊為單位，可根據(jù)用戶的需要方便地選擇所需容量；組件可大量生產(chǎn)，使成本降低；由于重量較輕，可安放在房頂、墻面、空地等處，可有效利用土地；不需要運(yùn)送燃料，偏遠(yuǎn)地區(qū)可方便使用；建設(shè)周期短，設(shè)計(jì)、規(guī)劃比較靈活。

3.由于太陽能光伏系統(tǒng)可作為一種分散型發(fā)電系統(tǒng)，離負(fù)荷較近，所以輸電損失以及輸電成本較低；可根據(jù)當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷情況靈活地選擇系統(tǒng)的容量；可使電源多樣化，提高電力系統(tǒng)的可靠性；可改善配電系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，如實(shí)現(xiàn)高速控制、無功功率控制等。2.太陽能發(fā)電使用的是固體靜止裝置，發(fā)電時(shí)無可動(dòng)部分，無噪太陽能光伏系統(tǒng)主要由太陽電池陣列、功率調(diào)節(jié)器、蓄電池(根據(jù)情況可不用)、負(fù)載以及控制保護(hù)裝置等構(gòu)成。6.2太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成太陽能光伏系統(tǒng)主要由太陽電池陣列、功率⑴太陽電池陣列：是系統(tǒng)的核心部件，主要接受來自太陽的光能產(chǎn)生直流電能。⑵功率調(diào)節(jié)器主要由逆變器、并網(wǎng)裝置、系統(tǒng)監(jiān)視保護(hù)裝置以及充放電控制裝置等構(gòu)成，主要用來將太陽電池所產(chǎn)生的直流電變成交流電等。⑶蓄電池根據(jù)不同的情況而用，可用也可不用，它主要是用來存儲(chǔ)電能的，一般是在緊急情況下用的，如太陽電池不發(fā)電或者供電不足時(shí)用。⑷控制保護(hù)裝置主要是用來保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)用的。⑴太陽電池陣列：是系統(tǒng)的核心部件，主要接受來自太陽的光能產(chǎn)生住宅用并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)主要由太陽電池陣列、功率調(diào)節(jié)器、端子盒、配電盤、賣電、買電用電度表以及臺(tái)架等設(shè)備構(gòu)成。住宅用并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)主要由太陽電池陣列、芯片方陣組件6.3太陽電池芯片、組件及陣列芯片方陣組件6.3太陽電池芯片、組件及陣列1、太陽能電池芯片太陽能電池芯片是太陽電池的最小單元，規(guī)格一般是10cm×10cm，12.5cm×12.5cm，15cm×15cm。一枚太陽電池芯片的出力電壓約0.5V。除了特殊情況，太陽電池芯片一般不使用。1、太陽能電池芯片單結(jié)晶硅太陽電池

SingleCrystal多結(jié)晶硅太陽電池

PolyCrystal非結(jié)晶硅太陽電池

Amorphous單結(jié)晶硅太陽電池

SingleCrystal多結(jié)晶硅太

太陽電池組件是由裝入數(shù)十枚的太陽電池芯片，根據(jù)所需的電壓、出力進(jìn)行組合而成。太陽電池組件具有外部封裝及內(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能電池組合裝置，叫太陽能電池組件，即多個(gè)單體太陽能電池互聯(lián)封裝后成為組件。2、太陽電池組件

太陽電池組件是由裝入數(shù)十枚的太陽電池芯片，根據(jù)所需單晶硅太陽能電池組件多晶硅太陽能電池組件剛性襯底薄膜太陽能電池組件柔性薄膜太陽能電池組件非晶硅薄膜碲化鎘薄膜太陽能電池組件的分類：單晶硅太陽能電池組件非晶硅薄膜碲化鎘薄膜太陽能電池組件的分類3、太陽電池陣列將太陽能電池組件通過串并聯(lián)安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽電池方陣。可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率。3、太陽電池陣列太陽電池陣列的電路構(gòu)成一般太陽電池陣列是由構(gòu)成的縱列太陽電池組件、逆流防止元件(二極管)Ds，、旁路元件(二極管)Db以及接線盒等構(gòu)成。太陽電池陣列的電路構(gòu)成一般太陽電池陣列是由構(gòu)成逆流防止元件Ds：為了防止逆流現(xiàn)象的發(fā)生，需在各縱列組件串聯(lián)逆流防止元件。+-+-+-+-逆流防止元件旁路元件+-+-+-+-當(dāng)太陽電池組件被鳥糞、樹葉、日影覆蓋的時(shí)候，太陽電池組件幾乎不能發(fā)電。此時(shí)，各縱列組件之間的電壓會(huì)出現(xiàn)不相等的情況，使縱列組件之間的電壓失去平衡，導(dǎo)致出現(xiàn)各縱列組件間以及陣列間循環(huán)電流流動(dòng)以及逆變器等設(shè)備的電流流向陣列的情況。所以太陽電池陣列各縱列組件需串連逆流防止元件。逆流防止元件Ds：+-+-+-+-逆流防止元件旁路元件+-+一般逆流防止元件裝在接線盒內(nèi)，也有安放在太陽電池組件的端了箱內(nèi)的。選用逆流防止元件時(shí)一般要考慮以下幾個(gè)問題：⑴能通過所在回路的最大電流；⑵能承受該回路的最大反向電壓；⑶由于半導(dǎo)體元件的電氣特性隨使用溫度的變化而發(fā)生變化，所以要合理地估計(jì)使用溫度并選擇合適的逆流防止元件。一般逆流防止元件裝在接線盒內(nèi)，也有安放旁路元件Db：+-+-+-+-逆流防止元件旁路元件+-+-+-+-另外，各太陽電池組件都接有旁路元件。當(dāng)太陽電池陣列的一部分被日影遮蓋或組件的某部分出現(xiàn)故障時(shí)，使電流不流過未發(fā)電的組件而流經(jīng)旁路元件，并為負(fù)載提供電力。如果不接旁路元件的話，縱列組件的輸出電壓的合成電壓將對未發(fā)電的組件形成反向電壓，出現(xiàn)過熱部分，還會(huì)使全陣列的輸出下降。旁路元件Db：+-+-+-+-逆流防止元件旁路元件+-+-+選旁路元件是需注意：⑴選擇旁路元件時(shí)應(yīng)使其能通過縱列組件的短路電流；⑵反向耐壓為縱列組件的最大輸出電壓的1.5倍以上；⑶由于使用溫度的影響，應(yīng)選擇額定電流稍大的旁路元件。選旁路元件是需注意：逆流防止元件+-+-+-+-旁路元件+-+-+-+-+-+-+-+-并網(wǎng)用逆變器以及保護(hù)裝置

太陽電池陣列構(gòu)成圖逆流防止元件+-+-+-+-旁路元件+-+-+-+-+-+-6.4功率調(diào)節(jié)器：功率調(diào)節(jié)器一般由逆變器、逆變器事故保護(hù)裝置和并網(wǎng)保護(hù)裝置構(gòu)成。6.4功率調(diào)節(jié)器：功率調(diào)節(jié)器一般由逆變器、逆變

逆變——

把直流電變成交流電；

逆變器——實(shí)現(xiàn)逆變的裝置。根據(jù)輸出電能去向，分為有源逆變電路和無源逆變電路兩種：交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變。

有源逆變過程為：直流電—>逆變器—>交流電—>交流電網(wǎng)。交流側(cè)接負(fù)載，為無源逆變。

無源逆變過程為：直流電—>逆變器—>交流電—>負(fù)載。6.4.1逆變器1、逆變器的原理逆變——把直流電變成交流電；6.以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理逆變電路及其波形舉例負(fù)載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1—S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理逆變電路及其波形舉S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正。S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正。S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)。這樣，直流電變成了交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)。圖4-3

阻抗性負(fù)載當(dāng)負(fù)載為阻感時(shí)，io相位滯后于uo，波形也不同

圖4-2阻型負(fù)載當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，io和uo的波形相同，相位也相同圖4-3阻抗性負(fù)載當(dāng)負(fù)載為阻感時(shí)，io相位滯后于uo，圖中所示為逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的過程。半導(dǎo)體元件以1/100秒的速度開關(guān)，將直流切斷，將其中一半的波形反向而得到矩形的交流波形，然后使矩形的交流波平滑，最后得到交流波形。圖中所示為逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的過程。半導(dǎo)太陽光發(fā)電站用逆變器有三個(gè)不同于其他逆變器的特點(diǎn)。⑴要求逆變器效率高。效率高現(xiàn)在常用的太陽電池矩陣的光電轉(zhuǎn)換效率<15％，非常低，如果逆變器效率低，將太陽電池好不容易轉(zhuǎn)換來的電能損耗掉，十分可惜，因此，要求逆變器效率高。否則的話勢必要增加矩陣中太陽電池組件的數(shù)量，增大矩陣所占的面積，從而大大增加了太陽光發(fā)電站的設(shè)備投資和土建費(fèi)用。所以，一般要求10kVA以下的逆變器效率要>90％，10kVA以上的逆變器效率要>95％。太陽光發(fā)電站用逆變器有三個(gè)不同于其他逆變器的特點(diǎn)。⑵要求逆變器要抑制高次諧波電流流入電力系統(tǒng)，減少對電力系統(tǒng)的配電線的影響。由于并網(wǎng)型太陽光發(fā)電站輸出要與外電網(wǎng)相聯(lián)，所以逆變器輸出波形必須與外電網(wǎng)相一致。要求波形畸變<5％，高次諧波含量<3％，功率因數(shù)接近1。獨(dú)立型太陽光發(fā)電站用逆變器的波形畸變可以大一些（<10％），但是，為了降低輸電線路損耗，也希望波形接近正弦波，功率因數(shù)接近1，減少無功功率損耗。⑵要求逆變器要抑制高次諧波電流流入電力系統(tǒng)，減少對電力系統(tǒng)的⑶要求逆變器能承受比較惡劣的使用條件，同時(shí)保證能在少維護(hù)條件下長期工作。由于大多數(shù)并網(wǎng)型太陽光發(fā)電站用于家庭，要求逆變器的電磁干擾小，不影響人的生活環(huán)境，也不妨礙其他家用電器的正常工作。而且當(dāng)剩余電能流向電力系統(tǒng)時(shí)，能對電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，維持負(fù)載端的電壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)。當(dāng)然，太陽光發(fā)電站用逆變器根據(jù)市場要求，和其他商品一樣，在滿足使用要求的前提下，追求性能價(jià)格比高，成本低，體積小，重量輕。⑶要求逆變器能承受比較惡劣的使用條件，同時(shí)保證能在少維護(hù)條件脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

太陽能光伏系統(tǒng)所用的逆變器一般使用脈沖寬度調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)將矩形波的交流電轉(zhuǎn)換成商用電力系統(tǒng)的正弦波交流電。脈沖寬度調(diào)制方式(PWM)脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“PulseWi利用高頻PWM技術(shù)，使開關(guān)在半周期間內(nèi)同方向多次地動(dòng)作，將正弦波兩端附近地方的電壓寬度變窄，中間部分寬度變寬，得到脈沖波的序列，然后通過濾波器則得到下圖中所示的正弦波交流電。利用高頻PWM技術(shù)，使開關(guān)在半周期間內(nèi)其中ei為逆變器輸出電壓，eL為電抗器的電壓。ec為系統(tǒng)電壓，ic為逆變器的輸出電流。電抗器L稱為并網(wǎng)電杭器，它也起到PWM波形的平滑電抗器的作用。系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器的輸出功率調(diào)整方法其中ei為逆變器輸出電壓，eL為電抗器逆變器始終監(jiān)視系統(tǒng)的電壓，如果要增加輸出功率，可使半導(dǎo)體元件的觸發(fā)時(shí)間提前，使逆變器的輸出電壓的相位超前系統(tǒng)側(cè)的電壓的相位。下圖是系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器的輸出矢量圖。逆變器始終監(jiān)視系統(tǒng)的電壓，如果要增加輸利用控制手段使逆變器的輸出電流ic始終與系統(tǒng)電壓ec同向，電抗器的電壓eL與逆變器的輸出電流ic始終保待90°的關(guān)系并使其超前動(dòng)作。逆變器的輸出功率為：逆變器的輸出功率為：（ωL是電抗器的阻抗）又：逆變器的輸出功率:利用控制手段使逆變器的輸出電流ic始終與系統(tǒng)電從太陽電池輸入輸出特性可知，當(dāng)電流增加時(shí)電壓會(huì)降低。因此，太陽電池特性存在最大功率時(shí)的最佳動(dòng)作點(diǎn)(太陽電池的最佳輸出電壓、最佳輸出電流)，因此有必要進(jìn)行最大功率點(diǎn)控制(MPP控制)。2、最大功率點(diǎn)跟隨控制功率調(diào)節(jié)器具有使太陽電池的出力電壓上下變動(dòng)，并監(jiān)視其功率的變化，改變電壓使功率向增加的方向變化，使太陽電池輸出最大功率的功能。從太陽電池輸入輸出特性可知，當(dāng)電流增加太陽電池溫度特性太陽電池溫度特性太陽電池日照特性太陽電池日照特性由以上兩圖可以看出，當(dāng)溫度、日照量變化時(shí)，太陽電池的輸出功率也隨之變化，所以十分有必要對太陽電池進(jìn)行最大功率點(diǎn)的控制(MPPT)。最大功率點(diǎn)的控制有登山法、dV/dI法、二值比較法以及遺傳式算法等，這里主要介紹登山法。由以上兩圖可以看出，當(dāng)溫度、日照量變化太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成課件當(dāng)太陽冉冉升起，日射強(qiáng)度不斷增大，達(dá)到可以輸出電能的條件時(shí)，逆變器開始自動(dòng)運(yùn)行，監(jiān)視太陽電池的出力，并在滿足可輸出電能的條件下連續(xù)運(yùn)行。如果出現(xiàn)陰天，太陽電池的出力變小，逆變器的出力接近0時(shí)，逆變器進(jìn)人待機(jī)狀態(tài)，日落時(shí)逆變器自動(dòng)停止運(yùn)行。3、自動(dòng)運(yùn)行停止功能當(dāng)太陽冉冉升起，日射強(qiáng)度不斷增大，達(dá)到一般的家庭所使用的電壓為220V的交流電，可以使電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定地工作。同樣，為了使配電線的電壓維持在一定的范圍之內(nèi)，有必要控制光伏系統(tǒng)配電線的電壓維持在一定的范圍內(nèi)。4、自動(dòng)電壓調(diào)整功能一般的家庭所使用的電壓為220V的交流如當(dāng)系統(tǒng)并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)與商用電力系統(tǒng)連接并處在逆潮流運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果連接點(diǎn)處的電壓超過電力系統(tǒng)的允許范圍，則會(huì)給其他的用戶帶來麻煩。因此，需要設(shè)置自動(dòng)電壓調(diào)整功能防止連接點(diǎn)的電壓上升。但對于小容量的太陽能光伏系統(tǒng)來說，由于幾乎不會(huì)引起電壓上升，所以一般省去此功能。如當(dāng)系統(tǒng)并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)與商用電力自動(dòng)電壓調(diào)整功能有兩種方法，一個(gè)是超前相位無功功率控制方法，另一個(gè)是出力控制方法。⑴超前相位無功功率控制方法一般逆變器輸出電流的相位是與商用電力系統(tǒng)的電壓同相的，但是，如果并網(wǎng)連接點(diǎn)處的電壓上升并超過超前相位無功功率控制所設(shè)定的電壓，此時(shí)，逆變器的輸出電流的相位會(huì)超前商用電力系統(tǒng)的電壓的相位，從而通過控制，使連接點(diǎn)處的電壓下降。自動(dòng)電壓調(diào)整功能有兩種方法，一個(gè)是超前相由于超前相位無功功率控制只能使電壓上升的抑制效果達(dá)2%-3%的程度，如果系統(tǒng)電壓繼續(xù)上升，超前相位無功功率控制將失去作用，此時(shí)必須抑制太陽能光伏系統(tǒng)的出力，以防止連接點(diǎn)處的電壓上升。⑵出力控制方法由于超前相位無功功率控制只能使電壓上升

系統(tǒng)并網(wǎng)控制的目的是使功率調(diào)節(jié)器的交流輸出的電壓值、波形維待在規(guī)定的范圍內(nèi)，使交流電流中所含的高次諧波電流在所規(guī)定的值以內(nèi)，從而避免對電力系統(tǒng)的配電線造成大的影響。5、系統(tǒng)并網(wǎng)控制系統(tǒng)并網(wǎng)控制的目的是使功率調(diào)節(jié)器的交流輸將系統(tǒng)實(shí)際交流電壓作為逆變器輸出電壓的目標(biāo)值。與逆變器實(shí)際輸出電壓進(jìn)行比較、運(yùn)算。將系統(tǒng)實(shí)際交流電流作為逆變器輸出電流的目標(biāo)值。與逆變器實(shí)際輸出電流進(jìn)行比較、運(yùn)算。通過運(yùn)算差分值，PI控制器修正逆變器的導(dǎo)通寬度，從而控制逆變器的輸出與目標(biāo)值相同。將系統(tǒng)實(shí)際交流電與逆變器實(shí)際將系統(tǒng)實(shí)際交流電與逆變器實(shí)際通過為了防止太陽電池的直流電流向電力系統(tǒng)的配電線，給電力系統(tǒng)造成不良影響，在功率調(diào)節(jié)器中一般設(shè)有絕緣變壓器將直流與交流分開。所謂絕緣就是將太陽電池所產(chǎn)生的直流與電力系統(tǒng)之間分離，而交流則通過變壓器相連接，以防止逆變器故障或太陽電池組件的絕緣不良而影響電力系統(tǒng)。6.4.2逆變器的絕緣方式為了防止太陽電池的直流電流向電力系統(tǒng)的配功率調(diào)節(jié)器中所使用的絕緣方式有如下三種:⑴低頻變壓器絕緣方式(工頻變壓器絕緣方式);⑵高頻變壓器絕緣方式;⑶無變壓器絕緣方式。功率調(diào)節(jié)器中所使用的絕緣方式有如下三種:⑴低頻變壓器絕緣方式(工頻變壓器絕緣方式)工頻：指工業(yè)上用的交流電源的頻率，單位是赫茲（HZ）太陽電池直流輸入通過PWM正弦波逆變器工頻通過工頻絕緣逆變器電壓輸出⑴低頻變壓器絕緣方式(工頻變壓器絕緣方式)工頻：指工業(yè)上用的⑵高頻變壓器絕緣方式通過PWM正弦波逆變器太陽電池直流輸入通過高頻逆變器工頻通過工頻絕緣逆變器電壓輸出高頻交流電壓高頻變壓器絕緣高頻整流電路直流⑵高頻變壓器絕緣方式通過PWM正弦波逆變器太陽電池直流輸入通這里使用了高頻藕合DC/DC轉(zhuǎn)換器。直流輸出通過PWM正弦波逆變器轉(zhuǎn)換成工頻交流輸出。與低頻變壓器絕緣方式相比，高頻變壓器絕緣方式具有體積小、重量輕的特點(diǎn)。這里使用了高頻藕合DC/DC轉(zhuǎn)換器。但與低頻變壓器絕緣方式相比，電路構(gòu)成、控制方式比較復(fù)雜，由于經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)換，所以系統(tǒng)的效率稍稍偏低。本絕緣方式采用的比較多。但與低頻變壓器絕緣方式相比，電路構(gòu)成、⑶無變壓器絕緣方式。太陽電池直流輸入通過PWM正弦波逆變器升壓斬波器升壓波形整形濾波器電壓輸出⑶無變壓器絕緣方式。太陽電池直流輸入通過PWM正弦波逆變器升由于不使用變壓器，比較容易實(shí)現(xiàn)裝置的小型化、輕量化，因電路簡單可降低價(jià)格，串聯(lián)元件減少，容易實(shí)現(xiàn)高效率化。由于省去了絕緣變壓，可節(jié)約空間。⑶無變壓器絕緣方式。由于不使用變壓器，比較容易實(shí)現(xiàn)裝置的小型化、輕量濾波器（filter）是一種對信號(hào)有處理作用的器件或電路，是一種用來消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。6.4.3濾波器濾波器主要作用是：讓有用信號(hào)盡可能無衰減的通過，對無用信號(hào)盡可能大的衰減。

濾波器（filter）是一種對信號(hào)逆變器運(yùn)行時(shí)，通過電氣開關(guān)將直流電轉(zhuǎn)換成50HZ的商用交流電，實(shí)際上波形中除了50HZ的成分之外.還含有50HZ的5倍(250HZ),7倍(350HZ)等成分，即5次諧波、7次諧波等。為了濾掉高次諧波而得到商用頻率的正弦波，通常使用由電感線圈和電容構(gòu)成的低通濾波器來實(shí)現(xiàn)此目的。逆變器運(yùn)行時(shí)，通過電氣開關(guān)將直流電轉(zhuǎn)換成50HZ6.4.4系統(tǒng)并網(wǎng)保護(hù)裝置我們將太陽能光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)的方式稱為系統(tǒng)并網(wǎng)。由于太陽能光伏系統(tǒng)只能在有太陽光線的時(shí)候才能發(fā)電，而且所產(chǎn)生的電能有時(shí)不能滿足負(fù)載的要求，因此在太陽能光伏系統(tǒng)側(cè)電能不足的情況下，負(fù)載需要電力系統(tǒng)供電；相反，當(dāng)太陽能光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能供給負(fù)載后出現(xiàn)剩余電能時(shí)，會(huì)流向電力系統(tǒng)。6.4.4系統(tǒng)并網(wǎng)保護(hù)裝置我們將太陽由于太陽電池產(chǎn)生的電能與日照強(qiáng)度有關(guān)，產(chǎn)生的電壓并不是很穩(wěn)定，在與電網(wǎng)相連時(shí)，其電壓有可能高于電網(wǎng)，也有可能低于電網(wǎng)，很可能會(huì)使電力系統(tǒng)的電能品質(zhì)降低，給其他的用戶以及人身安全帶來影響。為了避免這些情況的出現(xiàn)，要對系統(tǒng)設(shè)置一定的并網(wǎng)保護(hù)裝置。由于太陽電池產(chǎn)生的電能與日照強(qiáng)度有關(guān)，

使用這些系統(tǒng)并網(wǎng)保護(hù)裝置可以自動(dòng)檢測出配電系統(tǒng)側(cè)或住宅側(cè)的事故，迅速將太陽能光伏系統(tǒng)與配電系統(tǒng)分離，使其運(yùn)行停止。電壓繼電器：電壓繼電器是一種按電壓值動(dòng)作的繼電器，按電壓分為低電壓繼電器，過電壓繼電器兩種，按頻率可分為頻率上升繼電器和頻率下降繼電器。⑴低電壓繼電器：逆變器的控制部分異常導(dǎo)致電壓下降，繼電器就動(dòng)作，以保護(hù)系統(tǒng)。⑵過電壓繼電器：如果逆變器的控制部分異常導(dǎo)致電壓上升，繼電器就動(dòng)作，以保護(hù)系統(tǒng)。使用這些系統(tǒng)并網(wǎng)保護(hù)裝置可以自動(dòng)檢測出⑶如果被并網(wǎng)的系統(tǒng)短路，則采用低電壓繼電器保護(hù)。⑷如果由于系統(tǒng)事故或施工停電等引起的單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)，則采用單獨(dú)運(yùn)行功能檢測，保護(hù)裝置有過電壓繼電器、低電壓繼電器、頻率上升繼電器和頻率下降繼電器。⑶如果被并網(wǎng)的系統(tǒng)短路，則采用低電壓繼電器保護(hù)。

由于太陽能光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的配電線并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)由于某種原因發(fā)生異常而停電時(shí)，如果不使太陽能光伏系統(tǒng)停止工作，則會(huì)向配電線繼續(xù)供電，這種運(yùn)行狀態(tài)被稱為單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)。6.4.5單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)由于太陽能光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的配電線并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)如果停電時(shí)，太陽能光伏系統(tǒng)向電力系統(tǒng)逆充電，電力公司維修人員就會(huì)有觸電危險(xiǎn)，這樣不僅妨礙了停電原因的調(diào)查以及正常運(yùn)行的盡早恢復(fù)，而且還有可能給配電系統(tǒng)的某些部分照成損害。所以必須阻止單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)。如果停電時(shí)，太陽能光伏系統(tǒng)向電力系統(tǒng)逆單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)檢測被動(dòng)式單獨(dú)運(yùn)行檢測方式電壓相位跳躍檢測方式三次諧波電壓畸變急增檢測方式頻率變化率急變檢測方式主動(dòng)式單獨(dú)運(yùn)行檢測方式頻率偏移方式有功功率變動(dòng)方式無功功率變動(dòng)方式負(fù)載變動(dòng)方式單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)檢測被動(dòng)式單獨(dú)運(yùn)行檢測方式電壓相位跳躍檢測方式三被動(dòng)式是一種實(shí)時(shí)監(jiān)視電壓的相位、電壓以及頻率變化率等狀態(tài)，檢測出單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)的方法。即檢測出太陽能光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)的狀態(tài)與電力系統(tǒng)停電時(shí)向單獨(dú)運(yùn)行過渡時(shí)的電壓波形、相位等變化，從而檢測出單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)。1、被動(dòng)式單獨(dú)運(yùn)行檢測方式被動(dòng)式是一種實(shí)時(shí)監(jiān)視電壓的相位、電壓以當(dāng)向單獨(dú)運(yùn)行過渡時(shí)，由于發(fā)電出力與負(fù)荷的不平衡會(huì)導(dǎo)致電壓的相位產(chǎn)生急變，因此可通過檢測連接點(diǎn)處電壓的相位的變化來判斷單獨(dú)運(yùn)行。⑴電壓相位跳躍檢測方式⑵三次諧波電壓畸變急增檢測方式系統(tǒng)停電時(shí)，功率調(diào)節(jié)器的輸出正弦電流流向變壓器，此時(shí)發(fā)生的電壓由于變壓器的磁特性的作用使三次諧波激增。可通過檢測連接點(diǎn)處的三次諧波激增現(xiàn)象來判斷單獨(dú)運(yùn)行。當(dāng)向單獨(dú)運(yùn)行過渡時(shí)，由于發(fā)電出力與負(fù)荷⑶頻率變化率急變檢測方式當(dāng)向單獨(dú)運(yùn)行過渡時(shí)，負(fù)載的阻抗會(huì)導(dǎo)致電壓的頻率急變。通過檢測連接點(diǎn)處電壓的頻率變化來判斷單獨(dú)運(yùn)行。⑶頻率變化率急變檢測方式當(dāng)向單獨(dú)運(yùn)行過渡時(shí)，負(fù)主動(dòng)式的原理是:功率調(diào)節(jié)器時(shí)常發(fā)出如頻率、輸出功率的變化量，根據(jù)出現(xiàn)的結(jié)果、狀態(tài)變化檢測出單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)。太陽能光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)頻率、輸出功率的變化量，而單獨(dú)運(yùn)行時(shí)則會(huì)出現(xiàn)這些變化量，因此可由檢測出的這些變化量確定是否為單獨(dú)運(yùn)行。2、主動(dòng)式單獨(dú)運(yùn)行檢測方式主動(dòng)式的原理是:功率調(diào)節(jié)器時(shí)常發(fā)出如頻率、輸出功并網(wǎng)中的輸出電流一般跟隨系統(tǒng)電壓的頻率，以此頻率為中心并以一定的范圍周期地增減輸出電流的頻率。當(dāng)向單獨(dú)運(yùn)行過渡時(shí)，對由輸出電流與負(fù)荷的阻抗而產(chǎn)生的電壓的周期性頻率變化進(jìn)行控制，使正反饋?zhàn)饔迷黾尤缓髾z測單獨(dú)運(yùn)行。⑴頻率偏移方式在并網(wǎng)的情況下，使有功功率周期性地變化，當(dāng)向單獨(dú)運(yùn)行過渡時(shí)，通過對所產(chǎn)生的周期性的電壓、電流以及頻率的變化進(jìn)行控制，使正反饋?zhàn)饔迷黾尤缓髾z測單獨(dú)運(yùn)行。⑵有功功率變動(dòng)方式并網(wǎng)中的輸出電流一般跟隨系統(tǒng)電壓的頻率，以此頻率在并網(wǎng)的情況下，使無功功率周期性地變化，當(dāng)向單獨(dú)運(yùn)行過渡時(shí)所產(chǎn)生的周期性的電壓、電流以及頻率變化進(jìn)行控制，使正反饋?zhàn)饔迷黾尤缓髾z測單獨(dú)運(yùn)行。⑶無功功率變動(dòng)方式對功率調(diào)節(jié)器的輸出瞬時(shí)、周期地插入(并聯(lián))負(fù)載阻抗，檢測單獨(dú)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的輸出電壓、輸出電流的變化以判斷是否為單獨(dú)運(yùn)行。⑷負(fù)載變動(dòng)方式在并網(wǎng)的情況下，使無功功率周期性地變化，當(dāng)向單當(dāng)電力系統(tǒng)停電時(shí)，與電力系統(tǒng)并網(wǎng)的太陽能光伏系統(tǒng)被分離而運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)稱為自立運(yùn)行。它可以在地震、火災(zāi)等災(zāi)害時(shí)，當(dāng)電力系統(tǒng)停電時(shí)有效地被使用。3、自立運(yùn)行系統(tǒng)自立運(yùn)行系統(tǒng)一般分為無蓄電池的系統(tǒng)以及有蓄電池的系統(tǒng)，有蓄電池的系統(tǒng)常常用于災(zāi)害時(shí)的避難場所。當(dāng)電力系統(tǒng)停電時(shí)，與電力系統(tǒng)并網(wǎng)的太陽能光伏系臺(tái)架具有將太陽電池組件固定作用?，F(xiàn)在一般采用先將臺(tái)架固定起來，然后將太陽電池組件固定在臺(tái)架上。臺(tái)架的設(shè)置有與屋頂面平行的平行型和與屋頂面保持一定角度的非平行型兩種。如前所述，現(xiàn)在出現(xiàn)了不使用臺(tái)架而采用將太陽電池作為屋頂建材使用的建材屋頂一體型等方式。6.5其他設(shè)備1、陣列臺(tái)架臺(tái)架具有將太陽電池組件固定作用。現(xiàn)在一般太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成課件接線盒主要由逆流防止二極管、直流開關(guān)(或保險(xiǎn)絲)、端子臺(tái)以及避雷裝置等構(gòu)成。2、接線盒接線盒主要由逆流防止二極管、直流開關(guān)(或3、住宅用分電盤住宅用太陽能光伏系統(tǒng)一般通過住宅用分電盤與商用電力系統(tǒng)并網(wǎng)。太陽電池所產(chǎn)生的電能無論是在家庭內(nèi)使用還是將剩余電能送往電力系統(tǒng)都必須通過分電盤。3、住宅用分電盤住宅用太陽能光伏系統(tǒng)一般通過住電表用來記錄所使用的電量，有圓盤式和電子式?，F(xiàn)在，一般家庭多使用圓盤式電表。太陽能光伏系統(tǒng)的剩余電力出售給電力系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)分別設(shè)置帶有防逆轉(zhuǎn)功能的賣電用電表和買電用電表。4、買電、賣電用電表電表用來記錄所使用的電量，有圓盤式和電子第六章太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成

第六章太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成6.1太陽能光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)6.2太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成6.3太陽電池芯片、組件及陣列6.4功率調(diào)節(jié)器6.5太陽能光伏系統(tǒng)的其他設(shè)備6.1太陽能光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)由于太陽能光伏系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是作為一種分散電源使用的。因此太陽能光伏系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):6.1太陽能光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.太陽能發(fā)電所使用的能源是太陽能。由于太陽能的總量極其巨大，因此它是一種取之不盡、用之不竭的能源。它不產(chǎn)生排放物、無公害，又是一種最清潔的能源。而且它可以在地球上的任何地方使用。但使用這種能源發(fā)電會(huì)隨季節(jié)、天氣、時(shí)刻的改變而改變。由于太陽能光伏系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是作為一

2.太陽能發(fā)電使用的是固體靜止裝置，發(fā)電時(shí)無可動(dòng)部分，無噪音，檢修維護(hù)簡便；太陽電池以模塊為單位，可根據(jù)用戶的需要方便地選擇所需容量；組件可大量生產(chǎn)，使成本降低；由于重量較輕，可安放在房頂、墻面、空地等處，可有效利用土地；不需要運(yùn)送燃料，偏遠(yuǎn)地區(qū)可方便使用；建設(shè)周期短，設(shè)計(jì)、規(guī)劃比較靈活。

3.由于太陽能光伏系統(tǒng)可作為一種分散型發(fā)電系統(tǒng)，離負(fù)荷較近，所以輸電損失以及輸電成本較低；可根據(jù)當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷情況靈活地選擇系統(tǒng)的容量；可使電源多樣化，提高電力系統(tǒng)的可靠性；可改善配電系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，如實(shí)現(xiàn)高速控制、無功功率控制等。2.太陽能發(fā)電使用的是固體靜止裝置，發(fā)電時(shí)無可動(dòng)部分，無噪太陽能光伏系統(tǒng)主要由太陽電池陣列、功率調(diào)節(jié)器、蓄電池(根據(jù)情況可不用)、負(fù)載以及控制保護(hù)裝置等構(gòu)成。6.2太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成太陽能光伏系統(tǒng)主要由太陽電池陣列、功率⑴太陽電池陣列：是系統(tǒng)的核心部件，主要接受來自太陽的光能產(chǎn)生直流電能。⑵功率調(diào)節(jié)器主要由逆變器、并網(wǎng)裝置、系統(tǒng)監(jiān)視保護(hù)裝置以及充放電控制裝置等構(gòu)成，主要用來將太陽電池所產(chǎn)生的直流電變成交流電等。⑶蓄電池根據(jù)不同的情況而用，可用也可不用，它主要是用來存儲(chǔ)電能的，一般是在緊急情況下用的，如太陽電池不發(fā)電或者供電不足時(shí)用。⑷控制保護(hù)裝置主要是用來保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)用的。⑴太陽電池陣列：是系統(tǒng)的核心部件，主要接受來自太陽的光能產(chǎn)生住宅用并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)主要由太陽電池陣列、功率調(diào)節(jié)器、端子盒、配電盤、賣電、買電用電度表以及臺(tái)架等設(shè)備構(gòu)成。住宅用并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)主要由太陽電池陣列、芯片方陣組件6.3太陽電池芯片、組件及陣列芯片方陣組件6.3太陽電池芯片、組件及陣列1、太陽能電池芯片太陽能電池芯片是太陽電池的最小單元，規(guī)格一般是10cm×10cm，12.5cm×12.5cm，15cm×15cm。一枚太陽電池芯片的出力電壓約0.5V。除了特殊情況，太陽電池芯片一般不使用。1、太陽能電池芯片單結(jié)晶硅太陽電池

SingleCrystal多結(jié)晶硅太陽電池

PolyCrystal非結(jié)晶硅太陽電池

Amorphous單結(jié)晶硅太陽電池

SingleCrystal多結(jié)晶硅太

太陽電池組件是由裝入數(shù)十枚的太陽電池芯片，根據(jù)所需的電壓、出力進(jìn)行組合而成。太陽電池組件具有外部封裝及內(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能電池組合裝置，叫太陽能電池組件，即多個(gè)單體太陽能電池互聯(lián)封裝后成為組件。2、太陽電池組件

太陽電池組件是由裝入數(shù)十枚的太陽電池芯片，根據(jù)所需單晶硅太陽能電池組件多晶硅太陽能電池組件剛性襯底薄膜太陽能電池組件柔性薄膜太陽能電池組件非晶硅薄膜碲化鎘薄膜太陽能電池組件的分類：單晶硅太陽能電池組件非晶硅薄膜碲化鎘薄膜太陽能電池組件的分類3、太陽電池陣列將太陽能電池組件通過串并聯(lián)安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽電池方陣。可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率。3、太陽電池陣列太陽電池陣列的電路構(gòu)成一般太陽電池陣列是由構(gòu)成的縱列太陽電池組件、逆流防止元件(二極管)Ds，、旁路元件(二極管)Db以及接線盒等構(gòu)成。太陽電池陣列的電路構(gòu)成一般太陽電池陣列是由構(gòu)成逆流防止元件Ds：為了防止逆流現(xiàn)象的發(fā)生，需在各縱列組件串聯(lián)逆流防止元件。+-+-+-+-逆流防止元件旁路元件+-+-+-+-當(dāng)太陽電池組件被鳥糞、樹葉、日影覆蓋的時(shí)候，太陽電池組件幾乎不能發(fā)電。此時(shí)，各縱列組件之間的電壓會(huì)出現(xiàn)不相等的情況，使縱列組件之間的電壓失去平衡，導(dǎo)致出現(xiàn)各縱列組件間以及陣列間循環(huán)電流流動(dòng)以及逆變器等設(shè)備的電流流向陣列的情況。所以太陽電池陣列各縱列組件需串連逆流防止元件。逆流防止元件Ds：+-+-+-+-逆流防止元件旁路元件+-+一般逆流防止元件裝在接線盒內(nèi)，也有安放在太陽電池組件的端了箱內(nèi)的。選用逆流防止元件時(shí)一般要考慮以下幾個(gè)問題：⑴能通過所在回路的最大電流；⑵能承受該回路的最大反向電壓；⑶由于半導(dǎo)體元件的電氣特性隨使用溫度的變化而發(fā)生變化，所以要合理地估計(jì)使用溫度并選擇合適的逆流防止元件。一般逆流防止元件裝在接線盒內(nèi)，也有安放旁路元件Db：+-+-+-+-逆流防止元件旁路元件+-+-+-+-另外，各太陽電池組件都接有旁路元件。當(dāng)太陽電池陣列的一部分被日影遮蓋或組件的某部分出現(xiàn)故障時(shí)，使電流不流過未發(fā)電的組件而流經(jīng)旁路元件，并為負(fù)載提供電力。如果不接旁路元件的話，縱列組件的輸出電壓的合成電壓將對未發(fā)電的組件形成反向電壓，出現(xiàn)過熱部分，還會(huì)使全陣列的輸出下降。旁路元件Db：+-+-+-+-逆流防止元件旁路元件+-+-+選旁路元件是需注意：⑴選擇旁路元件時(shí)應(yīng)使其能通過縱列組件的短路電流；⑵反向耐壓為縱列組件的最大輸出電壓的1.5倍以上；⑶由于使用溫度的影響，應(yīng)選擇額定電流稍大的旁路元件。選旁路元件是需注意：逆流防止元件+-+-+-+-旁路元件+-+-+-+-+-+-+-+-并網(wǎng)用逆變器以及保護(hù)裝置

太陽電池陣列構(gòu)成圖逆流防止元件+-+-+-+-旁路元件+-+-+-+-+-+-6.4功率調(diào)節(jié)器：功率調(diào)節(jié)器一般由逆變器、逆變器事故保護(hù)裝置和并網(wǎng)保護(hù)裝置構(gòu)成。6.4功率調(diào)節(jié)器：功率調(diào)節(jié)器一般由逆變器、逆變

逆變——

把直流電變成交流電；

逆變器——實(shí)現(xiàn)逆變的裝置。根據(jù)輸出電能去向，分為有源逆變電路和無源逆變電路兩種：交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變。

有源逆變過程為：直流電—>逆變器—>交流電—>交流電網(wǎng)。交流側(cè)接負(fù)載，為無源逆變。

無源逆變過程為：直流電—>逆變器—>交流電—>負(fù)載。6.4.1逆變器1、逆變器的原理逆變——把直流電變成交流電；6.以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理逆變電路及其波形舉例負(fù)載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1—S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理逆變電路及其波形舉S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正。S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正。S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)。這樣，直流電變成了交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)。圖4-3

阻抗性負(fù)載當(dāng)負(fù)載為阻感時(shí)，io相位滯后于uo，波形也不同

圖4-2阻型負(fù)載當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，io和uo的波形相同，相位也相同圖4-3阻抗性負(fù)載當(dāng)負(fù)載為阻感時(shí)，io相位滯后于uo，圖中所示為逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的過程。半導(dǎo)體元件以1/100秒的速度開關(guān)，將直流切斷，將其中一半的波形反向而得到矩形的交流波形，然后使矩形的交流波平滑，最后得到交流波形。圖中所示為逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的過程。半導(dǎo)太陽光發(fā)電站用逆變器有三個(gè)不同于其他逆變器的特點(diǎn)。⑴要求逆變器效率高。效率高現(xiàn)在常用的太陽電池矩陣的光電轉(zhuǎn)換效率<15％，非常低，如果逆變器效率低，將太陽電池好不容易轉(zhuǎn)換來的電能損耗掉，十分可惜，因此，要求逆變器效率高。否則的話勢必要增加矩陣中太陽電池組件的數(shù)量，增大矩陣所占的面積，從而大大增加了太陽光發(fā)電站的設(shè)備投資和土建費(fèi)用。所以，一般要求10kVA以下的逆變器效率要>90％，10kVA以上的逆變器效率要>95％。太陽光發(fā)電站用逆變器有三個(gè)不同于其他逆變器的特點(diǎn)。⑵要求逆變器要抑制高次諧波電流流入電力系統(tǒng)，減少對電力系統(tǒng)的配電線的影響。由于并網(wǎng)型太陽光發(fā)電站輸出要與外電網(wǎng)相聯(lián)，所以逆變器輸出波形必須與外電網(wǎng)相一致。要求波形畸變<5％，高次諧波含量<3％，功率因數(shù)接近1。獨(dú)立型太陽光發(fā)電站用逆變器的波形畸變可以大一些（<10％），但是，為了降低輸電線路損耗，也希望波形接近正弦波，功率因數(shù)接近1，減少無功功率損耗。⑵要求逆變器要抑制高次諧波電流流入電力系統(tǒng)，減少對電力系統(tǒng)的⑶要求逆變器能承受比較惡劣的使用條件，同時(shí)保證能在少維護(hù)條件下長期工作。由于大多數(shù)并網(wǎng)型太陽光發(fā)電站用于家庭，要求逆變器的電磁干擾小，不影響人的生活環(huán)境，也不妨礙其他家用電器的正常工作。而且當(dāng)剩余電能流向電力系統(tǒng)時(shí)，能對電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，維持負(fù)載端的電壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)。當(dāng)然，太陽光發(fā)電站用逆變器根據(jù)市場要求，和其他商品一樣，在滿足使用要求的前提下，追求性能價(jià)格比高，成本低，體積小，重量輕。⑶要求逆變器能承受比較惡劣的使用條件，同時(shí)保證能在少維護(hù)條件脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

太陽能光伏系統(tǒng)所用的逆變器一般使用脈沖寬度調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)將矩形波的交流電轉(zhuǎn)換成商用電力系統(tǒng)的正弦波交流電。脈沖寬度調(diào)制方式(PWM)脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“PulseWi利用高頻PWM技術(shù)，使開關(guān)在半周期間內(nèi)同方向多次地動(dòng)作，將正弦波兩端附近地方的電壓寬度變窄，中間部分寬度變寬，得到脈沖波的序列，然后通過濾波器則得到下圖中所示的正弦波交流電。利用高頻PWM技術(shù)，使開關(guān)在半周期間內(nèi)其中ei為逆變器輸出電壓，eL為電抗器的電壓。ec為系統(tǒng)電壓，ic為逆變器的輸出電流。電抗器L稱為并網(wǎng)電杭器，它也起到PWM波形的平滑電抗器的作用。系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器的輸出功率調(diào)整方法其中ei為逆變器輸出電壓，eL為電抗器逆變器始終監(jiān)視系統(tǒng)的電壓，如果要增加輸出功率，可使半導(dǎo)體元件的觸發(fā)時(shí)間提前，使逆變器的輸出電壓的相位超前系統(tǒng)側(cè)的電壓的相位。下圖是系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器的輸出矢量圖。逆變器始終監(jiān)視系統(tǒng)的電壓，如果要增加輸利用控制手段使逆變器的輸出電流ic始終與系統(tǒng)電壓ec同向，電抗器的電壓eL與逆變器的輸出電流ic始終保待90°的關(guān)系并使其超前動(dòng)作。逆變器的輸出功率為：逆變器的輸出功率為：（ωL是電抗器的阻抗）又：逆變器的輸出功率:利用控制手段使逆變器的輸出電流ic始終與系統(tǒng)電從太陽電池輸入輸出特性可知，當(dāng)電流增加時(shí)電壓會(huì)降低。因此，太陽電池特性存在最大功率時(shí)的最佳動(dòng)作點(diǎn)(太陽電池的最佳輸出電壓、最佳輸出電流)，因此有必要進(jìn)行最大功率點(diǎn)控制(MPP控制)。2、最大功率點(diǎn)跟隨控制功率調(diào)節(jié)器具有使太陽電池的出力電壓上下變動(dòng)，并監(jiān)視其功率的變化，改變電壓使功率向增加的方向變化，使太陽電池輸出最大功率的功能。從太陽電池輸入輸出特性可知，當(dāng)電流增加太陽電池溫度特性太陽電池溫度特性太陽電池日照特性太陽電池日照特性由以上兩圖可以看出，當(dāng)溫度、日照量變化時(shí)，太陽電池的輸出功率也隨之變化，所以十分有必要對太陽電池進(jìn)行最大功率點(diǎn)的控制(MPPT)。最大功率點(diǎn)的控制有登山法、dV/dI法、二值比較法以及遺傳式算法等，這里主要介紹登山法。由以上兩圖可以看出，當(dāng)溫度、日照量變化太陽能光伏系統(tǒng)的構(gòu)成課件當(dāng)太陽冉冉升起，日射強(qiáng)度不斷增大，達(dá)到可以輸出電能的條件時(shí)，逆變器開始自動(dòng)運(yùn)行，監(jiān)視太陽電池的出力，并在滿足可輸出電能的條件下連續(xù)運(yùn)行。如果出現(xiàn)陰天，太陽電池的出力變小，逆變器的出力接近0時(shí)，逆變器進(jìn)人待機(jī)狀態(tài)，日落時(shí)逆變器自動(dòng)停止運(yùn)行。3、自動(dòng)運(yùn)行停止功能當(dāng)太陽冉冉升起，日射強(qiáng)度不斷增大，達(dá)到一般的家庭所使用的電壓為220V的交流電，可以使電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定地工作。同樣，為了使配電線的電壓維持在一定的范圍之內(nèi)，有必要控制光伏系統(tǒng)配電線的電壓維持在一定的范圍內(nèi)。4、自動(dòng)電壓調(diào)整功能一般的家庭所使用的電壓為220V的交流如當(dāng)系統(tǒng)并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)與商用電力系統(tǒng)連接并處在逆潮流運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果連接點(diǎn)處的電壓超過電力系統(tǒng)的允許范圍，則會(huì)給其他的用戶帶來麻煩。因此，需要設(shè)置自動(dòng)電壓調(diào)整功能防止連接點(diǎn)的電壓上升。但對于小容量的太陽能光伏系統(tǒng)來說，由于幾乎不會(huì)引起電壓上升，所以一般省去此功能。如當(dāng)系統(tǒng)并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)與商用電力自動(dòng)電壓調(diào)整功能有兩種方法，一個(gè)是超前相位無功功率控制方法，另一個(gè)是出力控制方法。⑴超前相位無功功率控制方法一般逆變器輸出電流的相位是與商用電力系統(tǒng)的電壓同相的，但是，如果并網(wǎng)連接點(diǎn)處的電壓上升并超過超前相位無功功率控制所設(shè)定的電壓，此時(shí)，逆變器的輸出電流的相位會(huì)超前商用電力系統(tǒng)的電壓的相位，從而通過控制，使連接點(diǎn)處的電壓下降。自動(dòng)電壓調(diào)整功能有兩種方法，一個(gè)是超前相由于超前相位無功功率控制只能使電壓上升的抑制效果達(dá)2%-3%的程度，如果系統(tǒng)電壓繼續(xù)上升，超前相位無功功率控制將失去作用，此時(shí)必須抑制太陽能光伏系統(tǒng)的出力，以防止連接點(diǎn)處的電壓上升。⑵出力控制方法由于超前相位無功功率控制只能使電壓上升

系統(tǒng)并網(wǎng)控制的目的是使功率調(diào)節(jié)器的交流輸出的電壓值、波形維待在規(guī)定的范圍內(nèi)，使交流電流中所含的高次諧波電流在所規(guī)定的值以內(nèi)，從而避免對電力系統(tǒng)的配電線造成大的影響。5、系統(tǒng)并網(wǎng)控制系統(tǒng)并網(wǎng)控制的目的是使功率調(diào)節(jié)器的交流輸將系統(tǒng)實(shí)際交流電壓作為逆變器輸出電壓的目標(biāo)值。與逆變器實(shí)際輸出電壓進(jìn)行比較、運(yùn)算。將系統(tǒng)實(shí)際交流電流作為逆變器輸出電流的目標(biāo)值。與逆變器實(shí)際輸出電流進(jìn)行比較、運(yùn)算。通過運(yùn)算差分值，PI控制器修正逆變器的導(dǎo)通寬度，從而控制逆變器的輸出與目標(biāo)值相同。將系統(tǒng)實(shí)際交流電與逆變器實(shí)際將系統(tǒng)實(shí)際交流電與逆變器實(shí)際通過為了防止太陽電池的直流電流向電力系統(tǒng)的配電線，給電力系統(tǒng)造成不良影響，在功率調(diào)節(jié)器中一般設(shè)有絕緣變壓器將直流與交流分開。所謂絕緣就是將太陽電池所產(chǎn)生的直流與電力系統(tǒng)之間分離，而交流則通過變壓器相連接，以防止逆變器故障或太陽電池組件的絕緣不良而影響電力系統(tǒng)。6.4.2逆變器的絕緣方式為了防止太陽電池的直流電流向電力系統(tǒng)的配功率調(diào)節(jié)器中所使用的絕緣方式有如下三種:⑴低頻變壓器絕緣方式(工頻變壓器絕緣方式);⑵高頻變壓器絕緣方式;⑶無變壓器絕緣方式。功率調(diào)節(jié)器中所使用的絕緣方式有如下三種:⑴低頻變壓器絕緣方式(工頻變壓器絕緣方式)工頻：指工業(yè)上用的交流電源的頻率，單位是赫茲（HZ）太陽電池直流輸入通過PWM正弦波逆變器工頻通過工頻絕緣逆變器電壓輸出⑴低頻變壓器絕緣方式(工頻變壓器絕緣方式)工頻：指工業(yè)上用的⑵高頻變壓器絕緣方式通過PWM正弦波逆變器太陽電池直流輸入通過高頻逆變器工頻通過工頻絕緣逆變器電壓輸出高頻交流電壓高頻變壓器絕緣高頻整流電路直流⑵高頻變壓器絕緣方式通過PWM正弦波逆變器太陽電池直流輸入通這里使用了高頻藕合DC/DC轉(zhuǎn)換器。直流輸出通過PWM正弦波逆變器轉(zhuǎn)換成工頻交流輸出。與低頻變壓器絕緣方式相比，高頻變壓器絕緣方式具有體積小、重量輕的特點(diǎn)。這里使用了高頻藕合DC/DC轉(zhuǎn)換器。但與低頻變壓器絕緣方式相比，電路構(gòu)成、控制方式比較復(fù)雜，由于經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)換，所以系統(tǒng)的效率稍稍偏低。本絕緣方式采用的比較多。但與低頻變壓器絕緣方式相比，電路構(gòu)成、⑶無變壓器絕緣方式。太陽電池直流輸入通過PWM正弦波逆變器升壓斬波器升壓波形整形濾波器電壓輸出⑶無變壓器絕緣方式。太陽電池直流輸入通過PWM正弦波逆變器升由于不使用變壓器，比較容易實(shí)現(xiàn)裝置的小型化、輕量化，因電路簡單可降低價(jià)格，串聯(lián)元件減少，容易實(shí)現(xiàn)高效率化。由于省去了絕緣變壓，可節(jié)約空間。⑶無變壓器絕緣方式。由于不使用變壓器，比較容易實(shí)現(xiàn)裝置的小型化、輕量濾波器（filter）是一種對信號(hào)有處理作用的器件或電路，是一種用來消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。6.4.3濾波器濾波器主要作用是：讓有用信號(hào)盡可能無衰減的通過，對無用信號(hào)盡可能大的衰減。

濾波器（filter）是一種對信號(hào)逆變器運(yùn)行時(shí)，通過電氣開關(guān)將直流電轉(zhuǎn)換成50HZ的商用交流電，實(shí)際上波形中除了50HZ的成分之外.還含有50HZ的5倍(250HZ),7倍(350HZ)等成分，即5次諧波、7次諧波等。為了濾掉高次諧波而得到商用頻率的正弦波，通常使用由電感線圈和電容構(gòu)成的低通濾波器來實(shí)現(xiàn)此目的。逆變器運(yùn)行時(shí)，通過電氣開關(guān)將直流電轉(zhuǎn)換成50HZ6.4.4系統(tǒng)并網(wǎng)保護(hù)裝置我們將太陽能光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)的方式稱為系統(tǒng)并網(wǎng)。由于太陽能光伏系統(tǒng)只能在有太陽光線的時(shí)候才能發(fā)電，而且所產(chǎn)生的電能有時(shí)不能滿足負(fù)載的要求，因此在太陽能光伏系統(tǒng)側(cè)電能不足的情況下，負(fù)載需要電力系統(tǒng)供電；相反，當(dāng)太陽能光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能供給負(fù)載后出現(xiàn)剩余電能時(shí)，會(huì)流向電力系統(tǒng)。6.4.4系統(tǒng)并網(wǎng)保護(hù)裝置我們將太陽由于太陽電池產(chǎn)生的電能與日照強(qiáng)度有關(guān)，產(chǎn)生的電壓并不是很穩(wěn)定，在與電網(wǎng)相連時(shí)，其電壓有可能高于電網(wǎng)，也有可能低于電網(wǎng)，很可能會(huì)使電力系統(tǒng)的電能品質(zhì)降低，給其他的用戶以及人身安全帶來影響。為了避免這些情況的出現(xiàn)，要對系統(tǒng)設(shè)置一定的并網(wǎng)保護(hù)裝置。由于太陽電池產(chǎn)生的電能與日照強(qiáng)度有關(guān)，

使用這些系統(tǒng)并網(wǎng)保護(hù)裝置可以自動(dòng)檢測出配電系統(tǒng)側(cè)或住宅側(cè)的事故，迅速將太陽能光伏系統(tǒng)與配電系統(tǒng)分離，使其運(yùn)行停止。電壓繼電器：電壓繼電器是一種按電壓值動(dòng)作的繼電器，按電壓分為低電壓繼電器，過電壓繼電器兩種，按頻率可分為頻率上升繼電器和頻率下降繼電器。⑴低電壓繼電器：逆變器的控制部分異常導(dǎo)致電壓下降，繼電器就動(dòng)作，以保護(hù)系統(tǒng)。⑵過電壓繼電器：如果逆變器的控制部分異常導(dǎo)致電壓上升，繼電器就動(dòng)作，以保護(hù)系統(tǒng)。使用這些系統(tǒng)并網(wǎng)保護(hù)裝置可以自動(dòng)檢測出⑶如果被并網(wǎng)的系統(tǒng)短路，則采用低電壓繼電器保護(hù)。⑷如果由于系統(tǒng)事故或施工停電等引起的單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)，則采用單獨(dú)運(yùn)行功能檢測，保護(hù)裝置有過電壓繼電器、低電壓繼電器、頻率上升繼電器和頻率下降繼電器。⑶如果被并網(wǎng)的系統(tǒng)短路，則采用低電壓繼電器保護(hù)。

由于太陽能光