光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它的主要部件是太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器。其特點是可靠性高、使用壽命長、不污染環(huán)境、能獨立發(fā)電又能并網(wǎng)運行，受到各國企業(yè)組織的青睞，具有廣闊的發(fā)展前景。

 

系統(tǒng)簡介

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光伏發(fā)電系統(tǒng)（PV System）是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)，利用的是光生伏特效應(yīng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

它的主要部件是太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器。其特點是可靠性高、使用壽命長、不污染環(huán)境、能獨立發(fā)電又能并網(wǎng)運行，受到各國企業(yè)組織的青睞，具有廣闊的發(fā)展前景。

據(jù)智研咨詢統(tǒng)計：2012年全球光伏發(fā)電累計裝機達到97GW,2012年全球新增裝機30GW，中國新增裝機占全球總量的16%以上 ，隨著國家對清潔能源產(chǎn)業(yè)的大力扶持，我國光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將迎來發(fā)展高峰期。

是指利用光伏電池的光生伏特效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏組件和配套部件(BOS)。

 

技術(shù)背景

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據(jù)預(yù)測，太陽能光伏發(fā)電在21世紀會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達到10%以上;到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上;到21世紀末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。

在當今油、碳等能源短缺的現(xiàn)狀下，各國都加緊了發(fā)展光伏的步伐。美國提出“太陽能先導(dǎo)計劃”意在降低太陽能光伏發(fā)電的成本，使其2015年達到商業(yè)化競爭的水平;日本也提出了在2020年達到28GW的光伏發(fā)電總量;歐洲光伏協(xié)會提出了“setfor2020”規(guī)劃，規(guī)劃在2020年讓光伏發(fā)電做到商業(yè)化競爭。在發(fā)展低碳經(jīng)濟的大背景下，各國政府對光伏發(fā)電的認可度逐漸提高。

 

系統(tǒng)形式

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主要有三種：1.獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)（離網(wǎng)系統(tǒng)） 2.并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 3.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)

獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要組成部分

1. 光伏陣列

2. 光伏控制器

3. 蓄電池組

4. 逆變器

5. 監(jiān)控系統(tǒng)

6. 負載

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要組成部分

1. 光伏陣列

2. 并網(wǎng)逆變器

3. 公共電網(wǎng)

4. 監(jiān)控系統(tǒng)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要組成部分

1. 光伏陣列

2. 直流匯流箱

3. 直流配電柜

4. 并網(wǎng)逆變器

5. 交流配電柜

6. 負載

7. 公共電網(wǎng)

8. 監(jiān)控系統(tǒng)

獨立太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電不與電網(wǎng)連接的發(fā)電方式，典型特征為需要用蓄電池來存儲夜晚用電的能量。獨立太陽能光伏發(fā)電在民用范圍內(nèi)主要用于邊遠的鄉(xiāng)村，如家庭系統(tǒng)、村級太陽能光伏電站；在工業(yè)范圍內(nèi)主要用于電訊、衛(wèi)星廣播電視、太陽能水泵，在具備風(fēng)力發(fā)電和小水電的地區(qū)還可以組成混合發(fā)電系統(tǒng)，如風(fēng)力發(fā)電/太陽能發(fā)電互補系統(tǒng)等。

并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電連接到國家電網(wǎng)的發(fā)電的方式，成為電網(wǎng)的補充，典型特征為不需要蓄電池。民用太陽能光伏發(fā)電多以家庭為單位，商業(yè)用途主要為企業(yè)、政府大樓、公共設(shè)施、安全設(shè)施、夜景美化景觀照明系統(tǒng)等的供電，工業(yè)用途如太陽能農(nóng)場。

分布式太陽能光伏發(fā)電又稱分散式發(fā)電或分布式供能，是指在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)，以滿足特定用戶的需求，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件陣列將太陽能轉(zhuǎn)換輸出的電能，經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯(lián)接公共電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。

 

特點

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與現(xiàn)有的主要發(fā)電方式相比較，光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點有：工作點變化較快，這是由于光伏發(fā)電系統(tǒng)受光照、溫度等外界環(huán)境因素的影響很大；輸入側(cè)的一次能源功率不能主動在技術(shù)范圍內(nèi)進行調(diào)控，只能被動跟蹤當時光照條件下的最大功率點，爭取實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的最大輸出；光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出為直流電，需要將直流電優(yōu)質(zhì)地逆變?yōu)楣ゎl交流才能帶負荷。

 

發(fā)電原理

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太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。

光伏發(fā)電方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染。

 

設(shè)置原理

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光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮的因素：

1、 光伏發(fā)電系統(tǒng)需要考慮安裝的環(huán)境條件以及當?shù)氐娜展廨椛淝闆r；

2、 考慮系統(tǒng)需要承受的負載總功率的大小；

3、 系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計的輸出電壓的大小以及考慮使用直流還是交流；

4、 系統(tǒng)每天需要工作的小時數(shù)；

5、 如遇到?jīng)]有日光照射的陰雨天氣，系統(tǒng)需連續(xù)工作的天數(shù)；

6、 系統(tǒng)設(shè)計，還需要了解負載的情況，電器是純電阻性、電容性還是電感性，以及瞬間啟動最大電流的流通量。

 

系統(tǒng)組成

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太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）和太陽跟蹤控制系統(tǒng)組成。如輸出電源為交流220V或 110V，還需要配置逆變器。

 

太陽能電池板

太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽

的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。

原材料特點：

電池片：采用高效率（16.5%以上）的單晶硅太陽能片封裝，保證太陽能電池板發(fā)電功率充足。

玻璃： 采用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃)， 厚度3.2mm,在太陽電池光譜響應(yīng)的波長范圍內(nèi)(320-1100nm)透光率達91%以上，對于大于1200 nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降。

EVA：采用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為0.78mm的優(yōu)質(zhì)EVA膜層作為太陽電池的密封劑和與玻璃、TPT之間的連接劑。具有較高的透光率和抗老化能力。

TPT：太陽電池的背面覆蓋物—氟塑料膜為白色，對陽光起反射作用，因此對組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當然，此氟塑料膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。

邊框：所采用的鋁合金邊框具有高強度，抗機械沖擊能力強。

 

太陽能控制器

太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時控開關(guān)都應(yīng)當是控制器的可選項。

主要特點：1、使用了單片機和專用軟件，實現(xiàn)了智能控制；

2、利用蓄電池放電率特性修正的準確放電控制。放電終了電壓是由放電率曲線修正的控制點，消除了單純的電壓控制過放的不準確性，符合蓄電池固有的特性，即不同的放電率具有不同的終了電壓。

3、具有過充、過放、電子短路、過載保護、獨特的防反接保護等全自動控制；以上保護均不損壞任何部件，不燒保險；

4、采用了串聯(lián)式PWM充電主電路，使充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半，充電效率較非PWM高3%-6%，增加了用電時間；過放恢復(fù)的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式使系統(tǒng)由更長的使用壽命；同時具有高精度溫度補償；

5、直觀的LED發(fā)光管指示當前蓄電池狀態(tài)，讓用戶了解使用狀況；

6、所有控制全部采用工業(yè)級芯片（僅對帶I工業(yè)級控制器），能在寒冷、高溫、潮濕環(huán)境運行自如。同時使用了晶振定時控制，定時控制精確。

7、取消了電位器調(diào)整控制設(shè)定點，而利用了E方存儲器記錄各工作控制點，使設(shè)置數(shù)字化，消除了因電位器震動偏位、溫漂等使控制點出現(xiàn)誤差降低準確性、可靠性的因素。

 

蓄電池

一般分為鉛酸電池和膠體電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。

 

逆變器

在很多場合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC、96VDC 、192VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。

 

 

優(yōu)點

1、太陽能取之不盡，用之不竭，地球表面接受的太陽輻射能，能夠滿足全球能源需求的1萬倍。只要在全球4%沙漠上安裝太陽能光伏系統(tǒng)，所發(fā)電力就可以滿足全球的需要。太陽能發(fā)電安全可靠，不會遭受能源危機或燃料市場不穩(wěn)定的沖擊。

2、太陽能隨處可取，可就近供電，不必長距離輸送，避免了長距離輸電線路的損失；

3、太陽能不用燃料，運行成本很低；

4、太陽能發(fā)電沒有運動部件，不易用損壞，維護簡單，特別適合于無人值守情況下使用；

5、太陽能發(fā)電不會產(chǎn)生任何廢棄物，沒有污染、噪聲等公害，對環(huán)境無不良影響，是理想的清潔能源；

6、太陽能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，方便靈活，而且可以根據(jù)負荷的增減，任意添加或減少太陽能方陣容量，避免浪費。

應(yīng)用領(lǐng)域

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一、用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收音機等；（2）3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；（3）光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉：（4）太陽能凈水器：解決無電地區(qū)的飲水、凈化水質(zhì)問題。

二、交通領(lǐng)域如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。

三、通訊/通信領(lǐng)域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機、士兵GPS供電等。

四、石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象/水文觀測設(shè)備等。

五、家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈、投射燈等。

六、光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。

七、太陽能建筑將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。

八、其他領(lǐng)域包括：（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；（3）海水淡化設(shè)備供電；（4）衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。