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太陽(yáng)能光伏系統的組成和原理

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太陽(yáng)能光伏系統的組成和原理

太陽(yáng)能光伏系統由以下三部分組成:

太陽(yáng)電池組件;充、放電控制器、逆變器、測試儀表和計算機監控等電力電子設備和蓄電池或其它蓄能和輔助發(fā)電設備。

太陽(yáng)能光伏系統具有以下的特點(diǎn):

- 沒(méi)有轉動(dòng)部件,不產(chǎn)生噪音;

- 沒(méi)有空氣污染、不排放廢水;

- 沒(méi)有燃燒過(guò)程,不需要燃料;

- 維修保養簡(jiǎn)單,維護費用低;

- 運行可靠性、穩定性好;

- 作為關(guān)鍵部件的太陽(yáng)電池使用壽命長(cháng),晶體硅太陽(yáng)電池壽命可達到25年以上;

根據需要很容易擴大發(fā)電規模。

光伏系統應用非常廣泛,光伏系統應用的基本形式可分為兩大類(lèi):獨立發(fā)電系統和并網(wǎng)發(fā)電系統。應用主要領(lǐng)域主要在太空航空器、通信系統、微波中繼站、電視差轉臺、光伏水泵和無(wú)電缺電地區戶(hù)用供電。隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展和世界經(jīng)濟可持續發(fā)展的需要,發(fā)達國家已經(jīng)開(kāi)始有計劃地推廣城市光伏并網(wǎng)發(fā)電,主要是建設戶(hù)用屋頂光伏發(fā)電系統和MW級集中型大型并網(wǎng)發(fā)電系統等,同時(shí)在交通工具和城市照明等方面大力推廣太陽(yáng)能光伏系統的應用。

光伏系統的規模和應用形式各異,如系統規??缍群艽?,小到0.3~2W的太陽(yáng)能庭院燈,大到MW級的太陽(yáng)能光伏電站,如安徽安慶3KW家用光伏發(fā)電系統、廣東惠州12MW大型分布式光伏發(fā)電項目。其應用形式也多種多樣,在家用、交通、通信、空間應用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應用。盡管光伏系統規模大小不一,但其組成結構和工作原理基本相同。下圖是一個(gè)典型的供應直流負載的光伏系統示意圖:

太陽(yáng)能光伏系統的組成和原理

其中包含了光伏系統中的幾個(gè)主要部件:

光伏組件方陣:由太陽(yáng)電池組件(也稱(chēng)光伏電池組件)按照系統需求串、并聯(lián)而成,在太陽(yáng)光照射下將太陽(yáng)能轉換成電能輸出,它是太陽(yáng)能光伏系統的核心部件。

蓄電池:將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電能儲存起來(lái),當光照不足或晚上、或者負載需求大于太陽(yáng)電池組件所發(fā)的電量時(shí),將儲存的電能釋放以滿(mǎn)足負載的能量需求,它是太陽(yáng)能光伏系統的儲能部件。目前太陽(yáng)能光伏系統常用的是鉛酸蓄電池,對于較高要求的系統,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、放電條件加以規定和控制,并按照負載的電源需求控制太陽(yáng)電池組件和蓄電池對負載的電能輸出,是整個(gè)系統的核心控制部分。隨著(zhù)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,控制器的功能越來(lái)越強大,有將傳統的控制部分、逆變器以及監測系統集成的趨勢,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(yáng)能光伏供電系統中,如果含有交流負載,那么就要使用逆變器設備,將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉化為負載需要的交流電。

太陽(yáng)能光伏供電系統的基本工作原理就是在太陽(yáng)光的照射下,將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電能通過(guò)控制器的控制給蓄電池充電或者在滿(mǎn)足負載需求的情況下直接給負載供電,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載供電,對于含有交流負載的光伏系統而言,還需要增加逆變器將直流電轉換成交流電。光伏系統的應用具有多種形式,但是其基本原理大同小異。對于其他類(lèi)型的光伏系統只是在控制機理和系統部件上根據實(shí)際的需要有所不同,下面將對不同類(lèi)型的光伏系統進(jìn)行詳細地描述。

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