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光伏發電系統的組成及工作原理

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閱讀次數:388    發布時間:2019-5-29 13:41:00

光伏發電系統主要由光伏組件、控制器、逆變器、蓄電池及其他配件組成(并網不需要蓄電池)。根據是否依賴公共電網,分為離網跟并網兩種,其中離網系統是獨立運行的、不需要依賴電網。離網光伏系統配備了有儲能作用的蓄電池,可保證系統功率穩定,能在光伏系統夜間不發電或陰雨天發電不足等情況下供給負載用電。

不管何種形式,工作原理均為光伏組件將光能轉換成直流電,直流電在逆變器的作用下轉變成交流電,最終實現用電、上網功能。

1、光伏組件

光伏組件是整個發電系統里的核心部分,由光伏組件片或由激光切割機機或鋼線切割機切割開的不同規格的光伏組件組合在一起構成。由于單片光伏電池片的電流和電壓都很小,所以要先串聯獲得高電壓,再并聯獲得高電流,通過一個二極管(防止電流回輸)輸出,然后封裝在一個不銹鋼、鋁或其他非金屬邊框上,安裝好上面的玻璃及背面的背板、充入氮氣、密封。把光伏組件串聯、并聯組合起來,就成了光伏組件方陣,也叫光伏陣列。

工作原理:太陽光照在半導體p-n結上,形成新的空穴-電子對,在p-n結電場的作用下,空穴由p區流向n區,電子由n區流向p區,接通電路后就形成電流。其作用是將太陽能轉化為電能,并送往蓄電池中存儲起來,或推動負載工作。

組件類型:

①單晶硅:光電轉換率≈18%,最高可達到24%,是所有光伏組件中轉換率最高的,一般采用鋼化玻璃及防水樹脂封裝,堅固耐用,使用壽命一般可達25年。


②多晶硅:光電轉換率≈14%,與單晶硅的制作工藝差不多,多晶硅的區別在于光電轉換率更低、價格更低、壽命更短,但多晶硅材料制造簡便、節約電耗,生產成本低,因此得到大力發展。

③非晶硅:光電轉換率≈10%,與單晶硅和多晶硅的制作方法完全不同,是一種薄膜式太陽電池,工藝過程大大簡化,硅材料消耗很少,電耗更低,它的主要優點是在弱光條件也能發電。

2、控制器(離網系統使用)

光伏控制器是能自動防止蓄電池過充電和過放電的自動控制設備。采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數轉換器,是一個微機數據采集和監測控制系統,既可快速實時采集光伏系統當前的工作狀態,隨時獲得PV站的工作信息,又可詳細積累PV站的歷史數據,為評估PV系統設計的合理性及檢驗系統部件質量的可靠性提供了準確而充分的依據,還具有串行通信數據傳輸功能,可將多個光伏系統子站進行集中管理和遠距離控制。

3、逆變器

逆變器是一種將光伏發電產生的直流電轉換為交流電的裝置,光伏逆變器是光伏陣列系統中重要的系統平衡之一,可以配合一般交流供電的設備使用。太陽能逆變器有配合光伏陣列的特殊功能,例如最大功率點追蹤及孤島效應保護的機能。 

 

 太陽能逆變器可以分為以下三類:

①獨立逆變器:用在獨立系統,光伏陣列為電池充電,逆變器以電池的直流電壓為能量來源。許多獨立逆變器也整合了電池充電器,可以用交流電源為電池充電。一般這種逆變器不會接觸到電網,因此也不需要孤島效應保護機能。

②并網逆變器:逆變器的輸出電壓可以回送到商用交流電源,因此輸出弦波需要和電源的相位、頻率及電壓相同。并網逆變器會有安全設計,若未連接到電源,會自動關閉輸出。若電網電源跳電,并網逆變器沒有備存供電的機能。

③備用電池逆變器:一種特殊的逆變器,由電池作為其電源,配合其中的電池充電器為電池充電,若有過多的電力,會回灌到交流電源端。這種逆變器在電網電源跳電時,可以提供交流電源給指定的負載,因此需要有孤島效應保護機能。

4、蓄電池(并網系統不需要)

蓄電池是光伏發電系統中儲存電的設備。目前采用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池,膠體蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池四種,廣泛使用的有鉛酸免維護蓄電池和膠體蓄電池。
工作原理:白天太陽光照射到光伏組件上,產生直流電壓,把光能轉換為電能,再傳送給控制器,經過控制器的過充保護,將光伏組件傳來的電輸送到蓄電池里進行儲存,以供需要時使用。

(來源:網絡,版權歸原作者)

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