光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本章主要講述太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，并結(jié)合實(shí)例講述光伏系統(tǒng)的常見(jiàn)類型、一般設(shè)計(jì)原理和方法、光伏系統(tǒng)的測(cè)試以及性能分析，并描述了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

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(yáng)電池組件；充、放電控制器、逆變器、測(cè)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。
光伏系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：
-?沒(méi)有轉(zhuǎn)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(yǎng)簡(jiǎn)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(yáng)電池使用壽命長(zhǎng)，晶體硅太陽(yáng)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(tái)、光伏水泵和無(wú)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(guó)家已經(jīng)開(kāi)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(jí)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(yáng)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(yáng)能庭院燈，大到MW級(jí)的太陽(yáng)能光伏電站。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(yáng)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(yáng)光照射下將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能輸出，它是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的核心部件。
??蓄電池：將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)光照不足或晚上、或者負(fù)載需求大于太陽(yáng)電池組件所發(fā)的電量時(shí)，將儲(chǔ)存的電能釋放以滿足負(fù)載的能量需求，它是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的儲(chǔ)能部件。目前太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池，對(duì)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(duì)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(yáng)電池組件和蓄電池對(duì)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(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來(lái)越強(qiáng)大，有將傳統(tǒng)的控制部分、逆變器以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成的趨勢(shì)，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(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(yáng)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(yáng)能光伏供電系統(tǒng)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(duì)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(duì)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(duì)不同類型的光伏系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)地描述。
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圖4-1直流負(fù)載的太陽(yáng)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(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。如果根據(jù)光伏系統(tǒng)的應(yīng)用形式、應(yīng)用規(guī)模和負(fù)載的類型，對(duì)光伏供電系統(tǒng)進(jìn)行比較細(xì)致的劃分，可將光伏系統(tǒng)分為如下六種類型：小型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)（Small DC）；簡(jiǎn)單直流系統(tǒng)（Simple DC）；大型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)（Large DC）；交流、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）；并網(wǎng)系統(tǒng)（Utility Grid Connect）；混合供電系統(tǒng)（Hybrid）；并網(wǎng)混合系統(tǒng)。下面就每種系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。