光伏发电系统由哪些部件构成?
光伏发电系统通常由光伏方阵、蓄电池组(可选)、蓄电池控制器(可选)、逆变器、交流配电柜和太阳跟踪控制系统等设备组成:高倍聚光光伏系统(HCPV)还包括聚光部分(通常为聚光透镜或者反射镜)。
光伏方阵光伏方阵(PV Array)称光伏阵列,是由若干个光伏组件或光伏板按一定方式组装在一起并且具有同定的支撑结构而构成的直流发电单元。蓄电池组的作用是贮存太阳电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。逆变器是将直流电转换成交流电的设备。
电池组件及方阵检查:
光伏发电系统的检查主要对各个电器设备、部件等进行外观检查,内容包括电池组件方阵、基础支架、接线箱、控制器、逆变器、系统并网装置和接地系统等。
检查方阵外观是否平整、美观,组件是否安装牢固,引线是否接触良好,引线外皮有否破损等。检查组件或方阵支架是否有生锈和螺丝松动之处。
光伏发电项目有:
1、户用光伏发电扶贫
利用贫困户屋顶或院落空地建设3-5kW的发电系统,产权和收益均归贫困户所有。
2、村级光伏电站扶贫
以村集体为建设主体,利用村集体的土地建设100-300kW的小型电站,产权归村集体所有,收益由村集体、贫困户按比例分配,其中贫困户的收益占比在60%以上。
3、光伏农业大棚扶贫
利用农业大棚等现代农业设施建设的光伏电站,产权归投资企业和贫困户共有。
4、地面光伏电站扶贫
利用荒山荒坡建设10MW以上的大型地面光伏电站,产权归投资企业,企业捐赠一部分股权,股权收益分配给贫困户。
光伏发电的优点:
1、太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源,而且光伏发电是安全可靠的,不会受到能源危机和燃料市场不稳定因素的影响;
2、太阳光普照大地,太阳能是随处可得的,光伏发电对于偏远无电地区尤其适用,而且会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失;
3、太阳能的产生不需要燃料,使得运行成本大大降低;
4、除了跟踪式外,光伏发电没有运动部件,因此不易损毁,安装相对容易,维护简单;
5、光伏发电不会产生任何废弃物,并且不会产生噪音、温室及有毒气体,是很理想的洁净能源。安装1KW光伏发电系统,每年可少排放CO2600~2300kg,NOx16kg,SOx9kg及其他微粒0、6kg;
6、可以有效利用建筑物的屋顶和墙壁,不需要占用大量土地,而且太阳能发电板可以直接吸收太阳能,进而降低墙壁和屋顶的温度,减少室内空调的负荷;
7、光伏发电系统的建设周期短,而且发电组件的使用寿命长、发电方式比较灵活,发电系统的能量回收周期短;
8、不受资源分布地域的限制;可在用电处就近发电。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
早在1839年,法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现,光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”,简称“光伏效应”。
1954年,美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池,诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。
20世纪70年代后,随着现代工业的发展,全球能源危机和大气污染问题日益突出,传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的危害日益突出,同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候,全世界都把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,维持长远的可持续发展。
太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源,是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。
太阳能每秒钟到达地面的能量高达800兆瓦时,假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能,转变率5%,每年发电量可达5.6×1012千瓦小时,相当于世界上能耗的40倍。正是由于太阳能的这些独特优势,20世纪80年代后,太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。
20世纪90年代后,光伏发电快速发展,到2006年,世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统,6个兆瓦级的联网光伏电站。美国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。
1997年又提出“百万屋顶”计划。日本1992年启动了新阳光计划,到2003年日本光伏组件生产占世界的50%,世界前10大厂商有4家在日本。
而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价,大大推动了光伏市场和产业发展,使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。
瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国,也纷纷制定光伏发展计划,并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。
世界光伏组件在1990年——2005年年平均增长率约15%。20世纪90年代后期,发展更加迅速,1999年光伏组件生产达到200兆瓦。
商品化电池效率从10%~13%提高到13%~15%,生产规模从1~5兆瓦/年发展到5~25兆瓦/年,并正在向50兆瓦甚至100兆瓦扩大。光伏组件的生产成本降到3美元/瓦以下。
三种
1、独立光伏发电系统:
独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成,若要为交流负载供电,还需要配置交流逆变器。
2、并网光伏发电系统:
并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能,通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。
因为直接将电能输入电网,免除配置蓄电池,省掉了蓄电池储能和释放的过程,可以充分利用可再生能源所发出的电力,减小能量损耗,降低系统成本。
并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源,降低整个系统的负载缺电率。
3、分布式光伏发电系统:
分布试光伏发电是一种通过光能转化为电能发电方式,这种发电方便以其绿色清洁,使用方便,节能降耗等特点正逐步走进平常人的生活中,也正是因为其优点显著不浪费资源被国家纳入重点扶持行业。
1、光伏组件(太阳能光伏板):将一定数量的单片电池采用串、并联的方式密封成太阳电池组件,组件封装质量的好坏决定了太阳电池组件的使用寿命及可靠性。组件需要定期维护清洁,提高光电转化效率。
2、逆变器:组件产生的电流是直流电流,需要转化为交流电使用,逆变器所做的就是这一功能。逆变器可分为单相、三相等,需要跟实际的组件发电功率相匹配,一般三相的功率大于单相,如你安装了15KW的组件,对应安装一个17KW的三相逆变器。
光伏发电的好处:
光伏发电全产业链的清洁低碳更是让这种修复效应得到了进一步放大。
随着技术不断进步,电池、组件生产与电站施工所消耗的能量已经越来越低,每瓦只要1.3kWh左右。也就是说,在陕北这样光照充足的地区,只要一年左右,就能产生足够的清洁电力“抵消”前期能耗,之后二十多年不断为低碳可持续发展做出贡献。
离网型光伏发电系统组成:
典型的光伏发电系统主要由光伏阵列、充放电控制器、储能装备或逆变器、负载等组成。其构成如图所示。
光照射到光伏阵列上,光能转变成电能,光伏阵列的输出电流由于受环境影响,因此是不稳定的,需要经过DC-DC转换器将其转变成稳定的电流后,才能加载到蓄电池上,对蓄电池充电,蓄电池再对负载供电。如果是并网售电,则不需要蓄电池,而是通过并网逆变器,将直流电流转换成交流电流,并到电网上进行出售。也就是说,离网型光伏发电系统必须使用到蓄电池储能,而并网型则不一定需要。
控制系统对光伏阵列的输出电压和电流进行实时采样,判断光伏发电系统是否工作在最大功率点上,然后根据跟踪算法,改变PWM信号的占空比,进而控制光伏阵列的输出电压使其工作点向最大功率点逼近。在蓄电池过充过放控制模块中,当蓄电池电压充电或放电到一定的设定值后,就会自动关闭或打开。
光伏阵列组件
光伏发电系统利用以光电效应原理制成的光伏阵列组件将太阳能直接转换为电能。光伏电池单体是用于光电转换的最小单元,一个单体产生的电压大约为0.45V,工作电流约为20~25mA/cm2,将光伏电池单体进行串、并联封装后,就成了光伏电池阵列组件。
当受到光线照射的太阳能电池接上负载时,光生电流流经负载,并在负载两端建立起端电压,这时太阳能电池的工作情况可以用下图所示的太阳能电池负载特性曲线来表示。它表明在确定的日照强度和温度下,光伏电池的输出电压和输出电流以及输出功率之间的关系,简称I-V特性和P-V特性。从图中可以看出,光伏发电系统的特性曲线具有强烈的非线性,既非恒压源也非恒流源。从其P-V特性曲线可以看出,在日照强度一定的前提下,其输出功率近似于一个开口向下的抛物线。该抛物线顶点对应的功率即为该日照强度下的P-V曲线的最大功率点,对应的电压称为最大功率点电压。为了提高光伏发电系统的转化效率,就必须使系统保持运行在P-V曲线最大功率点附近。
光伏电池阵列的几个重要技术参数:
1)短路电流(Isc):在给定日照强度和温度下的最大输出电流。
2)开路电压(Voc):在给定日照强度和温度下的最大输出电压。
3)最大功率点电流(Im):在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电流。
4)最大功率点电压(Um):在给定日照和温度下相应于最大功率点的电压。
5)最大功率点功率(Pm):在给定日照和温度下太阳能电池阵列可能输出的最大功率。
DC-DC转换器
光伏电池板发出的电能是随着天气、温度、负载等变化而不断变化的直流电能,其发出的电能的质量和性能很差,很难直接供给负载使用。需要使用电力电子器件构成的转换器,也就是DC-DC转换器,将该电能进行适当的控制和变换,变成适合负载使用的电能供给负载或者电网。电力电子转换器的基本作用是把一个固定的电能转换成另一种形式的电能进行输出,从而满足不同负载的要求。它是光伏发电系统的关键组成成分,一般具备有几种功能:最大功率点追踪、蓄电池充电、PID自动控制、直流电的升压或降压以及逆变。
DC-DC转换器输出电压和输入电压的关系通过控制开关的通断时间来实现的,这个控制信号可以由PWM信号来完成。主要工作原理是保持通断周期(T)不变,调节开关的导通持续时间来控制电压。D为PWM信号的占空比。
根据输入和输出的不同形式,可将电力电子转换器分为四类,即AC-DC转换器、DC-AC转换器、DC-DC转换器和AC-AC转换器。在离网型光伏发电系统中采用的是DC-DC转换器。
DC-DC转换器,其工作原理是通过调节控制开关,将一种持续的直流电压转换成另一种(固定或可调)的直流电压,其中二极管起续流的作用,LC电路用来滤波。DC-DC转换电路可以分为很多种,从工作方式的角度来看,可以分为:升压式、降压式、升降压式和库克式等。
降压式转换器(BuckConverter)是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流转换器;升降压式变换器(Buck-BoostConverter)转换电路的主要架构由PWM控制器与一个变压器或两个独立电感组合而成,可产生稳定的输出电压。当输入电压高于目标电压时,转换电路进行降压;当输入电压下降至低于目标电压时,系统可以调整工作周期,使转换电路进行升压动作;而升压式转换器(BoostConverter)是输出电压高于输入电压的单管不隔离直流转换器,所用的电力电子器件及元件和Buck转换器相同,两者的区别仅仅是电路拓扑结构不同。
蓄电池
在独立运行的光伏发电系统中,储能装置是必不可少的。现在可选的储能方法有很多,如电容器储能、飞轮储能、超导储能等,但是从方便、可靠、价格等综合因素来考虑,大多数大中型的光伏发电系统都使用了免维护式的铅酸蓄电池作为系统的储能装置。
但选用铅酸蓄电池也有不足之处,它比较昂贵,初期投资能够占到整个发电系统的1/4到1/2,而蓄电池又是整个系统中较薄弱的环节,因此如果管理不当,会使蓄电池提前失效,增加整个系统的运营成本。
光伏控制模块
光伏控制模块以单片机为控制中心,为蓄电池提供最佳的充电电流和电压,快速、平稳、高效地为蓄电池充电。并在它充电过程中减少蓄电池的损耗,尽量延长蓄电池的使用寿命,同时保护蓄电池免受过充电和过放电的危害。如果用户使用的是直流负载,通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电(由于受天气等外界因素的影响,太阳电池阵列发出的直流电的电压和电流不是很稳定),同时也通过控制传感器电路(光控、声控等)来实现全自动开关灯功能。
单片机的主要工作是将电流采集电路和电压采集电路采集到的电流、电压进行运算比较,然后通过MPPT算法来调节PWM的占空比D,使光伏阵列组件工作在最大功率点处。
离网型逆变器
住宅用的离网型光伏发电系统因为部分负载是交流负载,因此还需要离网型逆变器,把光伏组件发出的直流电变成交流电给交流负载使用。光伏离网型逆变器与光伏并网型逆变器在主电路结构上没有较大区别,主要区别在光伏并网型逆变器需要考虑并网后与电网的运行安全。也就是同频同相抗孤岛等控制特殊情况的能力。而光伏离网型逆变器就不需要考虑这些因数。
为了提高离网型光伏发电系统的整体性能,保证电站的长期稳定运行,逆变器的性能指标非常重要。
离网型光伏发电系统的应用:
离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。
一般有高压变压器、逆变变压器、高压开关柜(35KV)(10KV)以及低压开关柜、太阳能光板。一次设备、二次设备:一次设备开关柜、接地变、主变、箱变、逆变器、组件。
二次设备:保护、踪自系统设备等。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
光伏电站是指与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统,属国家鼓励的绿色能源项目。可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电。
光伏发电产品主要用于三大方面:一是为无电场合提供电源二是太阳能日用电子产品,如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等三是并网发电,这在发达国家已经大面积推广实施。
到2009年,中国并网发电还未开始全面推广,不过,2008年北京奥运会部分用电是由太阳能发电和风力发电提供的。
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光伏低压包含两部分,
1、居民光伏低压新装:指居民住宅客户申请以380(220)伏电压等级接入电网的分布式光伏项目。
2、非居民光伏低压新装:指工商政企类客户申请以380(220)伏电压等级接入电网的分布式光伏项目。
光伏一般指光伏发电系统。光伏发电系统(photovoltaicgenerationsystem),简称光伏(photovoltaic),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。
分布式发电技术是充分开发和利用可再生能源的理想发生,它具有投资小、清洁环保、供电可靠和发电方式灵活等优点,可以对未来大电网提供有力补充和有效支撑,是未来电力系统的重要发展趋势之一。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用,解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题 。 开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入,实现对负荷多种能源形式的高可靠供给,是实现主动式配电网的一种有效方式,使传统电网向智能电网过渡。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用,解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题 。 开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入,实现对负荷多种能源形式的高可靠供给,是实现主动式配电网的一种有效方式,使传统电网向智能电网过渡。