光伏系統(tǒng)設計

本章主要講述太陽能光伏系統(tǒng)的組成結構和工作原理，并結合實例講述光伏系統(tǒng)的常見類型、一般設計原理和方法、光伏系統(tǒng)的測試以及性能分析，并描述了太陽能光伏系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

4．1．光伏系統(tǒng)的組成和原理
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、測試儀表和計算機監(jiān)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。
光伏系統(tǒng)具有以下的特點：
-?沒有轉動部件，不產生噪音；
-?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，維護費用低；
-?運行可靠性、穩(wěn)定性好；
-?作為關鍵部件的太陽電池使用壽命長，晶體硅太陽電池壽命可達到25年以上；
-?根據需要很容易擴大發(fā)電規(guī)模。
光伏系統(tǒng)應用非常廣泛，光伏系統(tǒng)應用的基本形式可分為兩大類：獨立發(fā)電系統(tǒng)和并網發(fā)電系統(tǒng)。應用主要領域主要在太空航空器、通信系統(tǒng)、微波中繼站、電視差轉臺、光伏水泵和無電缺電地區(qū)戶用供電。隨著技術發(fā)展和世界經濟可持續(xù)發(fā)展的需要，發(fā)達國家已經開始有計劃地推廣城市光伏并網發(fā)電，主要是建設戶用屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和MW級集中型大型并網發(fā)電系統(tǒng)等，同時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)的應用。
??? 光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應用形式各異，如系統(tǒng)規(guī)?？缍群艽螅〉?.3～2W的太陽能庭院燈，大到MW級的太陽能光伏電站。其應用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應用等諸多領域都能得到廣泛的應用。盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一，但其組成結構和工作原理基本相同。圖4-1是一個典型的供應直流負載的光伏系統(tǒng)示意圖。其中包含了光伏系統(tǒng)中的幾個主要部件：
??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、并聯而成，在太陽光照射下將太陽能轉換成電能輸出，它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心部件。
??蓄電池：將太陽電池組件產生的電能儲存起來，當光照不足或晚上、或者負載需求大于太陽電池組件所發(fā)的電量時，將儲存的電能釋放以滿足負載的能量需求，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，并按照負載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負載的電能輸出，是整個系統(tǒng)的核心控制部分。隨著太陽能光伏產業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來越強大，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，如果含有交流負載，那么就要使用逆變器設備，將太陽電池組件產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，將太陽電池組件產生的電能通過控制器的控制給蓄電池充電或者在滿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(tǒng)而言，還需要增加逆變器將直流電轉換成交流電。光伏系統(tǒng)的應用具有多種形式，但是其基本原理大同小異。對于其他類型的光伏系統(tǒng)只是在控制機理和系統(tǒng)部件上根據實際的需要有所不同，下面將對不同類型的光伏系統(tǒng)進行詳細地描述。
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圖4-1直流負載的太陽能光伏系統(tǒng)

4.2. 光伏系統(tǒng)的分類與介紹
一般將光伏系統(tǒng)分為獨立系統(tǒng)、并網系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。如果根據光伏系統(tǒng)的應用形式、應用規(guī)模和負載的類型，對光伏供電系統(tǒng)進行比較細致的劃分，可將光伏系統(tǒng)分為如下六種類型：小型太陽能供電系統(tǒng)（Small DC）；簡單直流系統(tǒng)（Simple DC）；大型太陽能供電系統(tǒng)（Large DC）；交流、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）；并網系統(tǒng)（Utility Grid Connect）；混合供電系統(tǒng)（Hybrid）；并網混合系統(tǒng)。下面就每種系統(tǒng)的工作原理和特點進行說明。