20221021太阳能光伏发电基本介绍

太阳能光伏发电基本介绍

一、系统简介

光伏发电系统(PV System)是将太阳能转换成电能的发电系统，利用光生伏特效应。光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统。

其中独立太阳能系统是独立运行的、不需要依赖电网。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。

二、系统组成

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。

太阳能逆变器分类

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。

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。

二、系统形式

1.独立光伏发电系统(离网系统)

2.集中并网光伏发电系统

3.分布式并网光伏发电系统

独立光伏发电系统主要组成部分

1. 光伏阵列

2. 光伏控制器

3. 蓄电池组

4. 逆变器

5. 监控系统

6. 负载

集中式并网光伏发电系统主要组成部分

1. 光伏阵列

2. 并网逆变器

3. 公共电网

4. 监控系统

分布式并网光伏发电系统主要组成部分

1. 光伏阵列

2. 直流汇流箱

3. 直流配电柜

4. 并网逆变器

5. 交流配电柜

6. 负载

7. 公共电网

8. 监控系统

独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，典型特征为需要用蓄电池来存储夜晚用电的能量。独立太阳能光伏发电在民用范围内主要用于边远的乡村，如家庭系统、村级太阳能光伏电站;在工业范围内主要用于电讯、卫星广播电视、太阳能水泵，

在具备风力发电和小水电的地区还可以组成混合发电系统，如风力发电/太阳能发电互补系统等。

并网太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式，成为电网的补充，典型特征为不需要蓄电池。民用太阳能光伏发电多以家庭为单位，商业用途主要为企业、政府大楼、公共设施、安全设施、夜景美化景观照明系统等的供电，工业用途如太阳能农场。

分布式太阳能光伏发电又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。其运行模式是在有太阳辐射的条件下，光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接公共电网来调节。

并网型光伏发电系统具体可以分为以下四类：

1.有逆流并网光伏发电系统

当太阳能光伏系统发出的电能充裕时，可将剩余电能馈入公共电网，向电网供电（卖电）；当太阳能光伏系统提供的电力不足时，由电网向负载供电（买电）。由于向电网供电时与由电网供电的方向相反，所以这种系统被称为有逆流光伏发电系统。

2.无（防）逆流并网光伏发电系统

无（防）逆流并网光伏发电系统是指光伏系统即使发电充裕也不向公共电网供电，但当太阳能光伏系统供电不足时，则由公共电网向负载供电。

3.切换型并网光伏发电系统

所谓切换并网光伏发电系统，实际上是具有自动运行双向切换的功能。一是当光伏发电系统因多云、阴雨天及自身故障等导致发电量不足时，切换器能自动切换到电网供电一侧，由电网向负载供电；二是当电网因为某种原因突然停电时，光伏系统可以自动切换使电网与光伏系统分离，成为独立光伏发电系统工作状态。有些切换型光伏发电系统，还可以在需要时断开为一般负载的供电，接通对应急负载的供电。一般切换型并网发电系统都带有储能装置。

4.有储能装置的并网光伏发电系统

带有储能装置的光伏系统主动性较强，当电网出现停电、限电及故障时，可独立运行，正常向负载供电。因此带有储能装置的并网光伏发电系统可以作为紧急通信电源、医疗设备、加油站、避难场所指示及照明等重要或应急负载的供电系统。

三、防逆流系统

在光伏发电系统中，根据光伏并网系统是否允许通过配电变压器向主电网馈电，一般分为可逆流光伏并网发电系统和防逆流光伏并网发电系统。

正常光伏系统：将光伏组件直流电转变成交流电并入电网;

防逆流的光伏系统：通过实时监测配电变压器低压侧出口电压、电流信号计算出输入电网的功率或接入点靠近电网侧的电能潮流方向，一旦发现逆变器向电网输入能量，立即通过RS485通讯的方式控制逆变器降低输出电流，减小光伏系统发电功率，从而达到光伏系统防逆流的功能。光伏发的电仅供给就地负载使用，防止光伏系统发出的电送入电网。

▲PInv ：逆变器的输出功率;PLoad ：负载功率;

PGrid ：余电上网功率

防逆流的作用就是PGrid的值限制为0。PINV -PLoad≤0

1、为什么要防逆流

防逆流产品的应用场景：

☆因手续不全、产权等原因无法并网的项目;

☆因无法申请并网或变压器容量受到限制的项目;

☆具备一定消纳能力自发自用项目

2、防逆流解决方案

根据应用环境的不同，目前有两种防逆流方案，一是单机防逆流方案；二是多机防逆流方案。

（1）单机单相防逆流系统

★注意：使用智能电表情况下，当电表与逆变器通讯断开时，逆变器会按照设置的“防逆流失效后功率”限制此时允许到电网功率；