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、測試儀表和計算機(jī)監(jiān)控等電力電子設(shè)備和蓄電池或其它蓄能和輔助發(fā)電設(shè)備。
太陽能光伏系統(tǒng)具有以下的特點:
- 沒有轉(zhuǎn)動部件,不產(chǎn)生噪音;
- 沒有空氣污染、不排放廢水;
- 沒有燃燒過程,不需要燃料;
- 維修保養(yǎng)簡單,維護(hù)費(fèi)用低;
- 運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性好;
- 作為關(guān)鍵部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;
根據(jù)需要很容易擴(kuò)大發(fā)電規(guī)模。
光伏系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛,光伏系統(tǒng)應(yīng)用的基本形式可分為兩大類:獨立發(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、光伏水泵和無電缺電地區(qū)戶用供電。隨著技術(shù)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)開始有計劃地推廣城市光伏并網(wǎng)發(fā)電,主要是建設(shè)戶用屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和MW級集中型大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等,同時在交通工具和城市照明等方面大力推廣太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。
光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異,如系統(tǒng)規(guī)模跨度很大,小到0.3~2W的太陽能庭院燈,大到MW級的太陽能光伏電站,如安徽安慶3KW家用光伏發(fā)電系統(tǒng)、廣東惠州12MW大型分布式光伏發(fā)電項目。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)域都能得到廣泛的應(yīng)用。盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一,但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。下圖是一個典型的供應(yīng)直流負(fù)載的光伏系統(tǒng)示意圖:
其中包含了光伏系統(tǒng)中的幾個主要部件:
光伏組件方陣:由太陽電池組件(也稱光伏電池組件)按照系統(tǒng)需求串、并聯(lián)而成,在太陽光照射下將太陽能轉(zhuǎn)換成電能輸出,它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心部件。
蓄電池:將太陽電池組件產(chǎn)生的電能儲存起來,當(dāng)光照不足或晚上、或者負(fù)載需求大于太陽電池組件所發(fā)的電量時,將儲存的電能釋放以滿足負(fù)載的能量需求,它是太陽能光伏系統(tǒng)的儲能部件。目前太陽能光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池,對于較高要求的系統(tǒng),通常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。
控制器:它對蓄電池的充、放電條件加以規(guī)定和控制,并按照負(fù)載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負(fù)載的電能輸出,是整個系統(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,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公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三種功能。
逆變器:在太陽能光伏供電系統(tǒng)中,如果含有交流負(fù)載,那么就要使用逆變器設(shè)備,將太陽電池組件產(chǎn)生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉(zhuǎn)化為負(fù)載需要的交流電。
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)生的電能通過控制器的控制給蓄電池充電或者在滿足負(fù)載需求的情況下直接給負(fù)載供電,如果日照不足或者在夜間則由蓄電池在控制器的控制下給直流負(fù)載供電,對于含有交流負(fù)載的光伏系統(tǒng)而言,還需要增加逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。光伏系統(tǒng)的應(yīng)用具有多種形式,但是其基本原理大同小異。對于其他類型的光伏系統(tǒng)只是在控制機(jī)理和系統(tǒng)部件上根據(jù)實際的需要有所不同,下面將對不同類型的光伏系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)地描述。
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