光伏電站主要設(shè)備工作原理

光伏電站的主要設(shè)備和工作原理【綱領(lǐng)】：本文主要經(jīng)過光伏光伏系統(tǒng)的組成構(gòu)造和工作原理介紹，并描繪了太陽能光伏系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，關(guān)于研究太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工程技術(shù)人員、系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員有必然的指導(dǎo)意義。【要點(diǎn)詞】：光伏電站控制器蓄電池【中圖分類號(hào)】：TK0【文件表記碼】：A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、測試儀表和計(jì)算機(jī)監(jiān)控等電力電子設(shè)備和蓄電池或其他蓄能和協(xié)助發(fā)電設(shè)備。太陽能光伏系統(tǒng)擁有以下的特點(diǎn)：1）沒有轉(zhuǎn)動(dòng)零件，不產(chǎn)生噪音；2）沒有空氣污染、不排放廢水；3）沒有焚燒過程，不需要燃料；4）維涵保養(yǎng)簡單，保護(hù)花銷低；5）運(yùn)行可靠性、牢固性好；6）作為要點(diǎn)零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；7）依據(jù)需要很簡單擴(kuò)大發(fā)電規(guī)模。太陽能光伏系統(tǒng)應(yīng)用特別寬泛，太陽能光伏系統(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(tái)、光伏水泵和無電缺電地域戶用供電。隨著技術(shù)發(fā)展和世界經(jīng)濟(jì)可連續(xù)發(fā)展的需要，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始有計(jì)劃地實(shí)行城市光伏并網(wǎng)發(fā)電，主假如建設(shè)戶用屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和兆瓦級(jí)集中型大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等，同時(shí)在交通工具和城市照明等方面鼎力實(shí)行太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。太陽能光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，如系統(tǒng)規(guī)?？缍群艽?，小到0.3～2瓦的太陽能庭院燈，大到兆瓦級(jí)的太陽能光伏電站。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)域都能獲得寬泛的應(yīng)用。只管太陽能光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一，但其組成構(gòu)造和工作原理基真相同。太陽能光伏系統(tǒng)包括以下幾個(gè)主要零件：光伏組件方陣：由太陽電池組件（也稱光伏電池組件）依據(jù)系統(tǒng)需求串、并聯(lián)而成，在太陽光照射下將太陽能變換成電能輸出，它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心零件。蓄電池：將太陽電池組件產(chǎn)生的電能積蓄起來，當(dāng)光照不足或夜晚、或許負(fù)載需求大于太陽電池組件所發(fā)的電量時(shí)，將積蓄的電能釋放以知足負(fù)載的能量需求，它是太陽能光伏系統(tǒng)的儲(chǔ)能零件。當(dāng)前太陽能光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池，關(guān)于較高要求的系統(tǒng)，平時(shí)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?？刂破鳎核鼘?duì)蓄電池的充、放電條件加以規(guī)定和控制，并依據(jù)負(fù)載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對(duì)負(fù)載的電能輸出，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興盛，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

企業(yè)的

SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三種功能[8]。逆變器：在太陽能光伏供電系統(tǒng)中，假如含有溝通負(fù)載，那么就要使用逆變器設(shè)備，將太陽電池組件產(chǎn)生的直流電或許蓄電池釋放的直流電轉(zhuǎn)變成負(fù)載需要的溝通電。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，將太陽電池組件產(chǎn)生的電能經(jīng)過控制器的控制給蓄電池充電或許在知足負(fù)載需求的情況下直接給負(fù)載供電，假如日照不足或許在夜間則由蓄電池在控制器的控制下給直流負(fù)載供電，關(guān)于含有溝通負(fù)載的太陽能光伏系統(tǒng)而言，還需要增加逆變器將直流電變換成溝通電。太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用擁有多種形式，但是其基本源理迥然不相同。關(guān)于其他種類的太陽能光伏系統(tǒng)但是在控制機(jī)理和系統(tǒng)零件上依據(jù)實(shí)質(zhì)的需要有所不相同，下面將對(duì)不相同種類的太陽能光伏系統(tǒng)進(jìn)行詳盡地描繪。太陽能光伏系統(tǒng)的分類一般將太陽能光伏系統(tǒng)分為獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混淆系統(tǒng)。假如依據(jù)太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用形式、應(yīng)用規(guī)模和負(fù)載的種類，對(duì)光伏供電系統(tǒng)進(jìn)行比較仔細(xì)的區(qū)分，可將太陽能光伏系統(tǒng)分為以下七各樣類：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）；溝通、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）；并網(wǎng)系統(tǒng)UtilityGridConnect）；混淆供電系統(tǒng)（Hybrid）；并網(wǎng)混淆系統(tǒng)。2.1小型太陽能供電系統(tǒng)（SmallDC）該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中只有直流負(fù)載而且負(fù)載功率比較小，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造簡單，操作簡單。其主要用途是一般的戶用系統(tǒng)，負(fù)載為各樣民用的直流產(chǎn)品以及有關(guān)的娛樂設(shè)備。如在我國西北邊遠(yuǎn)地域就大面積推執(zhí)行用了這各種類的太陽能光伏系統(tǒng)，負(fù)載為直流節(jié)能燈、收錄機(jī)和電視機(jī)等，用來解決無電地域家庭的基本照明問題。2.2簡單直流系統(tǒng)（SimpleDC）[9]該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)負(fù)載為直流負(fù)載而且對(duì)負(fù)載的使用時(shí)間沒有特其他要求，負(fù)載主假如在白天使用，因此系統(tǒng)中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器。簡單直流系統(tǒng)SimpleDC）構(gòu)造簡單，直接使用太陽能太陽電池組件給負(fù)載供電，省去了能量在蓄電池中的積蓄和釋放過程所造成的損失，以及控制器中的能量損失，提高了太陽能的利用效率。其常用于光伏水泵系統(tǒng)、一些白天臨時(shí)設(shè)備用電和旅游設(shè)備中。這種系統(tǒng)在發(fā)展中國家的無純凈自來水供飲地域得到了寬泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了優(yōu)秀的社會(huì)效益。2.3大型太陽能供電系統(tǒng)（LargeDC）與上述兩種太陽能光伏系統(tǒng)比較，這種太陽能光伏系統(tǒng)仍適用于直流電源系統(tǒng)，但是這種太陽能光伏系統(tǒng)的負(fù)載功率較大，為了保證可靠地給負(fù)載供給牢固的電力供給，其相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)模也較大，需要裝備較大的太陽能太陽電池組件陣列和較大的蓄電池組，常應(yīng)用于通信、遙測、監(jiān)測設(shè)備電源，鄉(xiāng)村的集中供電站，航標(biāo)燈塔、路燈等領(lǐng)域。我國在西部地域?qū)嵭械摹肮饷鞴こ獭敝校恍o電地域建設(shè)的部分鄉(xiāng)村光伏電站就是采用這種形式；中國挪動(dòng)和中國聯(lián)通企業(yè)在偏僻無電網(wǎng)地域建設(shè)的通信基站也采用了這種太陽能光伏系統(tǒng)供電。2.4溝通、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）與上述的三種太陽能光伏系統(tǒng)不相同的是，這種太陽能光伏系統(tǒng)可以同時(shí)為直流和溝通負(fù)載供給電力，在系統(tǒng)構(gòu)造上比上述三種系統(tǒng)多了逆變器，用于將直流電變換為溝通電以知足溝通負(fù)載的需求。平時(shí)這種系統(tǒng)的負(fù)載耗電量也比較大，進(jìn)而系統(tǒng)的規(guī)模也較大。在一些同時(shí)擁有溝通和直流負(fù)載的通信基站和其他一些含有交、直流負(fù)載的光伏電站中獲得應(yīng)用。2.5并網(wǎng)系統(tǒng)（UtilityGridConnected）這種光伏發(fā)電系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是太陽電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器變換成符合電網(wǎng)要求的溝通電之后直接接入電網(wǎng)，并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏方陣所產(chǎn)生電力除了供給溝通負(fù)載外，節(jié)余的電力反應(yīng)給電網(wǎng)。在陰雨天或夜晚，太陽電池組件沒有產(chǎn)生電能或許產(chǎn)生的電能不可以知足負(fù)載需求時(shí)就由電網(wǎng)供電。由于直接將電能輸入電網(wǎng)，免去配置蓄電池，省卻了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過程，可以充分利用光伏方陣所發(fā)的電力進(jìn)而減小了能量的耗資，并降低了系統(tǒng)的成本。但是系統(tǒng)中需要專用的并網(wǎng)逆變器，以保證輸出的電力知足電網(wǎng)電力對(duì)電壓、頻次等性能指標(biāo)的要求。由于逆變器效率的問題，仍是會(huì)有部分的能量損失。這種系統(tǒng)平時(shí)可以并執(zhí)行用電網(wǎng)和太陽能太陽電池組件陣列作為當(dāng)?shù)販贤ㄘ?fù)載的電源，降低了整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載缺電率。而且并網(wǎng)太陽能光伏系統(tǒng)可以對(duì)公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。但并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)作為一種分別式發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生一些不良的影響，如諧波污染，孤島效應(yīng)等。2.6混淆供電系統(tǒng)（Hybrid）這種太陽能光伏系統(tǒng)中除了使用太陽能電池組件陣列之外，還使用了燃油發(fā)電機(jī)作為備用電源。使用混淆供電系統(tǒng)的目的就是為了綜合利用各樣發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，防備各自的缺點(diǎn)。比方說，上述幾種獨(dú)立太陽能光伏系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)少，缺點(diǎn)是能量輸出依靠于天氣，不牢固。綜合使用柴油發(fā)電機(jī)和太陽電池組件的混淆供電系統(tǒng)與單調(diào)能源的獨(dú)立系統(tǒng)比較所供給的能源對(duì)天氣的依靠性要小，它的優(yōu)點(diǎn)是：1）使用混淆供電系統(tǒng)可以達(dá)到可重生能源的更好利用。由于可重生能源是變化的，不牢固的，因此系統(tǒng)必然依據(jù)能量產(chǎn)生最少的時(shí)期進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于系統(tǒng)是依據(jù)最差的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此在其他的時(shí)間，系統(tǒng)的容量過大。在太陽輻照最頂峰時(shí)期產(chǎn)生的節(jié)余能量沒法使用而白白浪費(fèi)了。整個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的性能就因此而降低。假如最差月份的情況和其他月份差別很大，有可能致使浪費(fèi)的能量等于甚至超出設(shè)計(jì)負(fù)載的需求。2）擁有較高的系統(tǒng)適用性。在獨(dú)立系統(tǒng)中由于可重生能源的變化和不牢固會(huì)致使系統(tǒng)出現(xiàn)供電不可以知足負(fù)載需求的情況，也就是存在負(fù)載缺電情況，使用混淆系統(tǒng)則會(huì)大大地降低負(fù)載缺電率。3）與單用柴油發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)比較，擁有較少的保護(hù)和使用較少的燃料。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)。在混淆系統(tǒng)中可以進(jìn)行綜合控制使得柴油機(jī)在額定功率周邊工作，進(jìn)而提高燃油效率。5）負(fù)載般配更佳。使用混淆系統(tǒng)今后，由于柴油發(fā)電機(jī)可以即時(shí)供給較大的功率，因此混淆系統(tǒng)可以適用于范圍更為寬泛的負(fù)載系統(tǒng)，比方可以使用較大的溝通負(fù)載，沖擊載荷等。還可以夠更好的般配負(fù)載和系統(tǒng)的發(fā)電，只需在負(fù)載的頂峰時(shí)期翻開備用能源即可簡單的辦到。有時(shí)，負(fù)載的大小決定了需要使用混淆系統(tǒng)，大的負(fù)載需要很大的電流和很高的電壓。假如但是使用太陽能成本就會(huì)很高。但混淆系統(tǒng)也有其自己的缺點(diǎn)：6）控制比較復(fù)雜。由于使用了多種能源，因此系統(tǒng)需要監(jiān)控每種能源的工作情況，辦理各個(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，這樣就致使其控制系統(tǒng)比獨(dú)立系統(tǒng)復(fù)雜，現(xiàn)在多使用微辦理芯片進(jìn)行系統(tǒng)管理[10]。7）初期工程較大?；煜到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝，施工工程都比獨(dú)立工程要大。8）比獨(dú)立系統(tǒng)需要更多的保護(hù)。油機(jī)的使用需要好多的保護(hù)工作，比方改換機(jī)油濾清器，燃油濾清器，火花塞等，還需要給油箱增加燃油等。9）污染和噪音。太陽能光伏系統(tǒng)是無噪音、無排放的干凈能源利用，但是由于混淆系統(tǒng)中使用了柴油機(jī)，這樣就不能防備地產(chǎn)生噪音和污染。10）好多在偏僻無電地域的通信電源和民航導(dǎo)航設(shè)備電源，由于對(duì)電源的要求很高，都采用混淆系統(tǒng)供電，以求達(dá)到最好的性價(jià)比。我國新疆、云南建設(shè)的好多鄉(xiāng)村光伏電站就是采用光/柴混淆系統(tǒng)。2.7并網(wǎng)混淆供電系統(tǒng)（Hybrid）隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以綜合利用太陽能光伏陣列、和備用油機(jī)的并網(wǎng)混淆供電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)平時(shí)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，綜合利用各樣能源，達(dá)到最正確的工作狀態(tài)，并可以裝備使用蓄電池。進(jìn)一步提高系統(tǒng)的負(fù)載供電保障率，比方AES的SMD逆變器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以為當(dāng)?shù)刎?fù)載供給合格的電源，并可以作為一個(gè)在線UPS（不中止電源）工作。它可向電網(wǎng)供電，也可從電網(wǎng)獲得電力，是個(gè)雙向逆變/控制器。系統(tǒng)工作方式是將電網(wǎng)和光伏電源并行工作，對(duì)于當(dāng)?shù)刎?fù)載而言，假如太陽電池組件產(chǎn)生的電能足夠負(fù)載使用，它將直接使用太陽電池組件產(chǎn)生的電能供給負(fù)載的需求。假如太陽電池組件產(chǎn)生的電能超出即時(shí)負(fù)載的需求還可以將節(jié)余的電能返回給電網(wǎng)；假如太陽電池組件產(chǎn)生的電能不夠用，則將自動(dòng)啟用電網(wǎng)，使用電網(wǎng)供給當(dāng)?shù)刎?fù)載的需求；而且，當(dāng)當(dāng)?shù)刎?fù)載功耗小于SMD