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光伏发电系统的组成及工作原理

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阅读次数:591    发布时间:2019-5-29 13:41:00

光伏发电系统主要由光伏组件、控制器、逆变器、蓄电池及其他配件组成(并网不需要蓄电池)。根据是否依赖公共电网,分为离网跟并网两种,其中离网系统是独立运行的、不需要依赖电网。离网光伏系统配备了有储能作用的蓄电池,可保证系统功率稳定,能在光伏系统夜间不发电或阴雨天发电不足等情况下供给负载用电。

不管何种形式,工作原理均为光伏组件将光能转换成直流电,直流电在逆变器的作用下转变成交流电,最终实现用电、上网功能。

1、光伏组件

光伏组件是整个发电系统里的核心部分,由光伏组件片或由激光切割机机或钢线切割机切割开的不同规格的光伏组件组合在一起构成。由于单片光伏电池片的电流和电压都很小,所以要先串联获得高电压,再并联获得高电流,通过一个二极管(防止电流回输)输出,然后封装在一个不锈钢、铝或其他非金属边框上,安装好上面的玻璃及背面的背板、充入氮气、密封。把光伏组件串联、并联组合起来,就成了光伏组件方阵,也叫光伏阵列。

工作原理:太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由p区流向n区,电子由n区流向p区,接通电路后就形成电流。其作用是将太阳能转化为电能,并送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。

组件类型:

①单晶硅:光电转换率≈18%,最高可达到24%,是所有光伏组件中转换率最高的,一般采用钢化玻璃及防水树脂封装,坚固耐用,使用寿命一般可达25年。


②多晶硅:光电转换率≈14%,与单晶硅的制作工艺差不多,多晶硅的区别在于光电转换率更低、价格更低、寿命更短,但多晶硅材料制造简便、节约电耗,生产成本低,因此得到大力发展。

③非晶硅:光电转换率≈10%,与单晶硅和多晶硅的制作方法完全不同,是一种薄膜式太阳电池,工艺过程大大简化,硅材料消耗很少,电耗更低,它的主要优点是在弱光条件也能发电。

2、控制器(离网系统使用)

光伏控制器是能自动防止蓄电池过充电和过放电的自动控制设备。采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器,是一个微机数据采集和监测控制系统,既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态,随时获得PV站的工作信息,又可详细积累PV站的历史数据,为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据,还具有串行通信数据传输功能,可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制。

3、逆变器

逆变器是一种将光伏发电产生的直流电转换为交流电的装置,光伏逆变器是光伏阵列系统中重要的系统平衡之一,可以配合一般交流供电的设备使用。太阳能逆变器有配合光伏阵列的特殊功能,例如最大功率点追踪及孤岛效应保护的机能。 

 

 太阳能逆变器可以分为以下三类:

①独立逆变器:用在独立系统,光伏阵列为电池充电,逆变器以电池的直流电压为能量来源。许多独立逆变器也整合了电池充电器,可以用交流电源为电池充电。一般这种逆变器不会接触到电网,因此也不需要孤岛效应保护机能。

②并网逆变器:逆变器的输出电压可以回送到商用交流电源,因此输出弦波需要和电源的相位、频率及电压相同。并网逆变器会有安全设计,若未连接到电源,会自动关闭输出。若电网电源跳电,并网逆变器没有备存供电的机能。

③备用电池逆变器:一种特殊的逆变器,由电池作为其电源,配合其中的电池充电器为电池充电,若有过多的电力,会回灌到交流电源端。这种逆变器在电网电源跳电时,可以提供交流电源给指定的负载,因此需要有孤岛效应保护机能。

4、蓄电池(并网系统不需要)

蓄电池是光伏发电系统中储存电的设备。目前采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池,胶体蓄电池和碱性镍镉蓄电池四种,广泛使用的有铅酸免维护蓄电池和胶体蓄电池。
工作原理:白天太阳光照射到光伏组件上,产生直流电压,把光能转换为电能,再传送给控制器,经过控制器的过充保护,将光伏组件传来的电输送到蓄电池里进行储存,以供需要时使用。

(来源:网络,版权归原作者)

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