光伏发电系统的组成及⼯作原理
光伏发电系统主要由光伏组件、控制器、逆变器、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。
光伏发电⼯作原理: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。