太陽能光伏發(fā)電必掌握的基礎(chǔ)知識

1、太陽能光伏系統(tǒng)的組成和原理

太陽能光伏系統(tǒng)由以下三部分組成：太陽電池組件；充、放電控制器、逆變器、測試儀表和計(jì)算機(jī)監(jiān)控等電力電子設(shè)備和蓄電池或其它蓄能和輔助發(fā)電設(shè)備。

太陽能光伏系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：

　　- 沒有轉(zhuǎn)動部件，不產(chǎn)生噪音；

　　- 沒有空氣污染、不排放廢水；

　　- 沒有燃燒過程，不需要燃料；

　　- 維修保養(yǎng)簡單，維護(hù)費(fèi)用低；

　　- 運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性好；

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

根據(jù)需要很容易擴(kuò)大發(fā)電規(guī)模。

光伏系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，光伏系統(tǒng)應(yīng)用的基本形式可分為兩大類：獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。應(yīng)用主要領(lǐng)域主要在太空航空器、通信系統(tǒng)、微波中繼站、電視差轉(zhuǎn)臺、光伏水泵和無電缺電地區(qū)戶用供電。隨著技術(shù)發(fā)展和世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始有計(jì)劃地推廣城市光伏并網(wǎng)發(fā)電，主要是建設(shè)戶用屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和MW級集中型大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等，同時(shí)在交通工具和城市照明等方面大力推廣太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。

光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，如系統(tǒng)規(guī)模跨度很大，小到0.3～2W的太陽能庭院燈，大到MW級的太陽能光伏電站，如3.75kWp家用型屋頂發(fā)電設(shè)備、敦煌10MW 項(xiàng)目。其應(yīng)用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應(yīng)用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。圖4-1是一個(gè)典型的供應(yīng)直流負(fù)載的光伏系統(tǒng)示意圖。其中包含了光伏系統(tǒng)中的幾個(gè)主要部件：

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

蓄電池：將太陽電池組件產(chǎn)生的電能儲存起來，當(dāng)光照不足或晚上、或者負(fù)載需求大于太陽電池組件所發(fā)的電量時(shí)，將儲存的電能釋放以滿足負(fù)載的能量需求，它是太陽能光伏系統(tǒng)的儲能部件。目前太陽能光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池，對于較高要求的系統(tǒng)，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(guī)定和控制，并按照負(fù)載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負(fù)載的電能輸出，是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分。隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來越強(qiáng)大，有將傳統(tǒng)的控制部分、逆變器以及監(jiān)測系統(tǒng)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：在太陽能光伏供電系統(tǒng)中，如果含有交流負(fù)載，那么就要使用逆變器設(shè)備，將太陽電池組件產(chǎn)生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉(zhuǎn)化為負(fù)載需要的交流電。

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

2、光伏系統(tǒng)的分類與介紹

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N電子元件技術(shù)，這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是較少受地域限 制，因?yàn)殛柟馄照沾蟮?光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期短的優(yōu)點(diǎn)。

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并 網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以，光伏發(fā)電設(shè)備極為精 煉，可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護(hù)簡便。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源 無處不在。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源等。

太陽能光伏相關(guān)術(shù)語

大氣質(zhì)量AM（Air Mass） 太陽光通過大氣層的路徑長度，簡稱AM，外層空間為AM 0，陽光垂直照射地球時(shí)為AM1（相當(dāng)春/秋分分陽光垂直照射于赤道上之光譜），太陽電池標(biāo)準(zhǔn)測試條件為AM 1.5（相當(dāng)春/秋分陽光照射于南/北緯約48.2度上之光譜）。

日照強(qiáng)度（Irradiance） 單位面積內(nèi)日射功率，一般以W/O或mW/cO為單位，AM 0之日照強(qiáng)度超過1300W/O，太陽電池標(biāo)準(zhǔn)測試條件為1000W/O（相當(dāng)于100mW/cO）。

日射量（Radiation） 單位面積于單位時(shí)間內(nèi)日射總能量，一般以百萬焦?fàn)?年。平方米（MJ/Y.O）或百萬焦?fàn)?月。平方米（MJ/M.O），1焦?fàn)枮?瓦特功率于1秒鐘累積能量（1J=1W.s）。

太陽能電池（Solar Cell） 具有光伏效應(yīng)（Photovoltaic Effect）將光（Photo）轉(zhuǎn)換成電（Voltaic）的組件，又稱為光伏電池（PV Cell），太陽能電池產(chǎn)生的電皆為直流電。

太陽光電（Photovoltaic）簡稱 PV（photo=light光線，voltaics=electricity電力），由于這種電力方式不會產(chǎn) 生氮氧化物，以及對人體有害的氣體與輻射性廢棄物，被稱為「清凈發(fā)電技術(shù)」。PV System，則是將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能整套系統(tǒng)，稱為太陽光電系統(tǒng)或光伏系統(tǒng)，依分類有獨(dú)立型、并聯(lián)型與混合型。

PV模板（PV Module） 將多只太陽電池串聯(lián)提升電壓，并以堅(jiān)固外材封裝以利應(yīng)用，又稱為模塊（PV Pannel或PV Module）。

PV組列（PV String） 將模板多片串聯(lián)成一列，組列的目的在提高電壓，將10片模板電壓20伏特5安培串聯(lián)成組列，組列電壓即有200伏特、電流為5安培。

PV數(shù)組（PV Array） 將多個(gè)組列并聯(lián)即為數(shù)組。數(shù)組目的在提高電流，將5串組列電壓200伏特5安培并聯(lián)成數(shù)組，數(shù)組電壓為200伏特、電流為25安培。由1個(gè)組列構(gòu)成的數(shù)組，數(shù)組就相當(dāng)于組列。

獨(dú)立型系統(tǒng)（Stand Along System） 將多只太陽電池串聯(lián)提升電壓，并以堅(jiān)固外材封裝以利應(yīng)用，又稱為模塊（PV Pannel或PV Module）。

并聯(lián)型系統(tǒng)（Grided System） PV數(shù)組輸出經(jīng)換流器轉(zhuǎn)換成交流與市電或自備發(fā)電機(jī)并聯(lián)，系統(tǒng)無需配置蓄電裝置。

混合型系統(tǒng)（Hybrid System） 獨(dú)立型與并聯(lián)型混合體，在天災(zāi)市電停止供電時(shí)，并聯(lián)型系統(tǒng)會停止運(yùn)作，混合型可切換于獨(dú)立型繼續(xù)供電，因此又稱為防災(zāi)型。

（kW）千瓦，發(fā)電設(shè)備容量的計(jì)算單位；1=1000瓦（Watt）。

峰（kWp）P 表peak，代表峰值。指裝設(shè)的太陽電池模板在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，（即模板溫度25℃、轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換效率15%）最大發(fā)電量總和。通常1峰可發(fā)3-5度電。

時(shí)（kWh） 為衡量發(fā)電用量的單位，指使用1000瓦的電器設(shè)備1小時(shí)所消耗的電力，俗稱「度」。

MW（Mega Watt）百萬瓦，在衡量太陽光電公司產(chǎn)能時(shí)通常采用單位。

安培小時(shí)Ah （Ampere Hour） 另一種電能量表示方式，通常用于蓄電池容量，50Ah表示5安培10小時(shí)容量或1安培50小時(shí)容量，唯蓄電池容量不能全部利用。

負(fù)載（Load）特定時(shí)間內(nèi)，每單位時(shí)間輸出的電力或電流。

建材一體太陽電池模板（BIPV，Building Integrated Photovoltaics）將太陽光電系統(tǒng)結(jié)合建筑設(shè)計(jì)的一種節(jié)能建材產(chǎn)品，可直接取代傳統(tǒng)屋頂、窗戶、外墻及遮陽（雨）棚等?？纱蠓纳苽鹘y(tǒng)太陽光電系統(tǒng)笨重外型，不但美觀還可以增加空間效益；打造另一個(gè)太陽光電建筑產(chǎn)業(yè)的市場商機(jī) 。

電力調(diào)節(jié)器（Power Conditioner） 負(fù)責(zé)電力調(diào)節(jié)功能設(shè)備的統(tǒng)稱，對蓄電池充電/放電調(diào)節(jié)的控制器，或?qū)⒅绷鬓D(zhuǎn)換交流調(diào)節(jié)的換流器皆是。

充電控制器Charger）具蓄電池充電控制功能，可控制充電電