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光伏发电系统
返回列表 来源: 发布日期: 2020.04.24 浏览次数:

光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行,受到各国企业组织的青睐,具有广阔的发展前景。

 

系统简介

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光伏发电系统(PV System)是将太阳能转换成电能的发电系统,利用的是光生伏特效应。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和分布式太阳能光伏发电系统。

它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行,受到各国企业组织的青睐,具有广阔的发展前景。

据智研咨询统计:2012年全球光伏发电累计装机达到97GW,2012年全球新增装机30GW,中国新增装机占全球总量的16%以上 ,随着国家对清洁能源产业的大力扶持,我国光伏发电系统产业将迎来发展高峰期。

是指利用光伏电池的光生伏特效应,将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统,包括光伏组件和配套部件(BOS)。

 

技术背景

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据预测,太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位,不但要替代部分常规能源,而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年,可再生能源在总能源结构中将占到30%以上,而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年,可再生能源将占总能耗的50%以上,太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末,可再生能源在能源结构中将占到80%以上,太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

在当今油、碳等能源短缺的现状下,各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本,使其2015年达到商业化竞争的水平;日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量;欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划,规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下,各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。

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系统形式

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主要有三种:1.独立光伏发电系统(离网系统) 2.并网光伏发电系统 3.分布式光伏发电系统

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

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。

 

特点

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与现有的主要发电方式相比较,光伏发电系统的特点有:工作点变化较快,这是由于光伏发电系统受光照、温度等外界环境因素的影响很大;输入侧的一次能源功率不能主动在技术范围内进行调控,只能被动跟踪当时光照条件下的最大功率点,争取实现发电系统的最大输出;光伏发电系统的输出为直流电,需要将直流电优质地逆变为工频交流才能带负荷。

 

发电原理

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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n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

光伏发电方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染。

 

设置原理

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光伏发电系统的设计需要考虑的因素:

1、 光伏发电系统需要考虑安装的环境条件以及当地的日光辐射情况;

2、 考虑系统需要承受的负载总功率的大小;

3、 系统应设计的输出电压的大小以及考虑使用直流还是交流;

4、 系统每天需要工作的小时数;

5、 如遇到没有日光照射的阴雨天气,系统需连续工作的天数;

6、 系统设计,还需要了解负载的情况,电器是纯电阻性、电容性还是电感性,以及瞬间启动最大电流的流通量。

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系统组成

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太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)和太阳跟踪控制系统组成。如输出电源为交流220V或 110V,还需要配置逆变器。

 

太阳能电池板

太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳

的辐射能力转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

原材料特点:

电池片:采用高效率(16.5%以上)的单晶硅太阳能片封装,保证太阳能电池板发电功率充足。

玻璃: 采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃), 厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上,对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射,透光率不下降。

EVA:采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78mm的优质EVA膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、TPT之间的连接剂。具有较高的透光率和抗老化能力。

TPT:太阳电池的背面覆盖物—氟塑料膜为白色,对阳光起反射作用,因此对组件的效率略有提高,并因其具有较高的红外发射率,还可降低组件的工作温度,也有利于提高组件的效率。当然,此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。

边框:所采用的铝合金边框具有高强度,抗机械冲击能力强。

 

太阳能控制器

太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

主要特点:1、使用了单片机和专用软件,实现了智能控制;

2、利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点,消除了单纯的电压控制过放的不准确性,符合蓄电池固有的特性,即不同的放电率具有不同的终了电压。

3、具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制;以上保护均不损坏任何部件,不烧保险;

4、采用了串联式PWM充电主电路,使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半,充电效率较非PWM高3%-6%,增加了用电时间;过放恢复的提升充电,正常的直充,浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命;同时具有高精度温度补偿;

5、直观的LED发光管指示当前蓄电池状态,让用户了解使用状况;

6、所有控制全部采用工业级芯片(仅对带I工业级控制器),能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制,定时控制精确。

7、取消了电位器调整控制设定点,而利用了E方存储器记录各工作控制点,使设置数字化,消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素。

 

蓄电池

一般分为铅酸电池和胶体电池,小微型系统中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。

 

逆变器

在很多场合,都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC、96VDC 、192VDC。为能向220VAC的电器提供电能,需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合,需要使用多种电压的负载时,也要用到DC-DC逆变器,如将24VDC的电能转换成5VDC的电能(注意,不是简单的降压)。

 

 

优点

1、太阳能取之不尽,用之不竭,地球表面接受的太阳辐射能,能够满足全球能源需求的1万倍。只要在全球4%沙漠上安装太阳能光伏系统,所发电力就可以满足全球的需要。太阳能发电安全可靠,不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击。

2、太阳能随处可取,可就近供电,不必长距离输送,避免了长距离输电线路的损失;

3、太阳能不用燃料,运行成本很低;

4、太阳能发电没有运动部件,不易用损坏,维护简单,特别适合于无人值守情况下使用;

5、太阳能发电不会产生任何废弃物,没有污染、噪声等公害,对环境无不良影响,是理想的清洁能源;

6、太阳能发电系统建设周期短,方便灵活,而且可以根据负荷的增减,任意添加或减少太阳能方阵容量,避免浪费。

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应用领域

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一、用户太阳能电源:(1)小型电源10-100W不等,用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电,如照明、电视、收音机等;(2)3-5KW家庭屋顶并网发电系统;(3)光伏水泵:解决无电地区的深水井饮用、灌溉:(4)太阳能净水器:解决无电地区的饮水、净化水质问题。

二、交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。

三、通讯/通信领域:太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。

四、石油、海洋、气象领域:石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。

五、家庭灯具电源:如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯、投射灯等。

六、光伏电站:10KW-50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。

七、太阳能建筑将太阳能发电与建筑材料相结合,使得未来的大型建筑实现电力自给,是未来一大发展方向。

八、其他领域包括:(1)与汽车配套:太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等;(2)太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统;(3)海水淡化设备供电;(4)卫星、航天器、空间太阳能电站等。

 



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