光伏发电系统介绍
光伏发电原理及发电系统简介
光伏发电原理及发电系统简介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。
一、光伏效应如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子-空穴对。
界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。
电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。
通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。
此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。
对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5~0.6V。
通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多，电流越大。
界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。
二、原理太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。
这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能发电有两种方式，一种是光-热-电转换方式，另一种是光-电直接转换方式。
(1)光-热-电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。
前一个过程是光-热转换过程;后一个过程是热-电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。
(2)光-电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光-电转换的基本装置就是太阳能电池。
太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。
当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。
光伏发电系统简介
光伏发电系统简介光伏发电系统（PV System）是将太阳能转换成电能的发电系统，利用的是光生伏特效应。
光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统和分布式太阳能光伏发电系统。
它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。
其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景。
据智研咨询统计：2012年全球光伏发电累计装机达到97GW,2012年全球新增装机30GW，中国新增装机占全球总量的16%以上，随着国家对清洁能源产业的大力扶持，我国光伏发电系统产业将迎来发展高峰期。
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，包括光伏组件和配套部件(BOS)。
光伏发电系统技术背景据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。
预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。
这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。
在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。
美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平;日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量;欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。
在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。
[1]光伏发电系统系统形式主要有三种：1.独立光伏发电系统（离网系统）2.并网光伏发电系统3.分布式光伏发电系统独立光伏发电系统主要组成部分1. 光伏阵列2. 光伏3. 蓄电池组4. 逆变器5. 监控系统6. 负载并网光伏发电系统主要组成部分1. 光伏阵列2. 并网逆变器3. 公共电网4. 监控系统分布式光伏发电系统主要组成部分1. 光伏阵列2. 直流汇流箱3. 直流配电柜4. 并网逆变器5. 交流配电柜6. 负载7. 公共电网8. 监控系统独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，典型特征为需要用蓄电池来存储夜晚用电的光伏发电系统能量。
光伏发电系统
在中国仲巴县，这个县城里所有的供热都是由太阳能来提供的。图中左侧黑色的那部分就是太阳能集热器 （Solar collector），面积有3.5万平方米，就像我们平常用到的热水器那样，能够把太阳能变成热能。它收 集了热以后，储存在图中那个彩色的罐子里。这个罐子可以24小时发热，供给县城的采暖。这是百分之百的太阳 能，完全零碳。
“光伏＋土地生态修复”
据《联合国防治荒漠化公约》统计，全球处于超干旱以及干旱的土地面积约为平方千米，占全球陆地表面的 17.2%。而且，每年沙漠的面积还在不断扩大。土地退化中和（Land Degradation Neutrality, LDN）和退化 土地生态修复一直以来都是地球面临的重要课题。荒漠化土地虽然有待修复，但也提供了大量的土地资源，因此， 将荒漠化土地生态修复与光伏建设相结合将带来多方面的收益。荒漠上的太阳能面板不仅可以供电，还可以减少 地面受到的日照辐射和水分蒸发量。清洗电池板时喷洒的水分，提高了土壤表层的含水量，促进了植被的生长和 恢复。
光伏发电系统的组成及工作原理
光伏发电系统的组成及工作原理光伏发电系统主要由光伏组件、控制器、逆变器、蓄电池及其他配件组成（并网不需要蓄电池）。
根据是否依赖公共电网，分为离网跟并网两种，其中离网系统是独立运行的、不需要依赖电网。
离网光伏系统配备了有储能作用的蓄电池，可保证系统功率稳定，能在光伏系统夜间不发电或阴雨天发电不足等情况下供给负载用电。
不管何种形式，工作原理均为光伏组件将光能转换成直流电，直流电在逆变器的作用下转变成交流电，最终实现用电、上网功能。
1、光伏组件光伏组件是整个发电系统里的核心部分，由光伏组件片或由激光切割机机或钢线切割机切割开的不同规格的光伏组件组合在一起构成。
由于单片光伏电池片的电流和电压都很小，所以要先串联获得高电压，再并联获得高电流，通过一个二极管（防止电流回输）输出，然后封装在一个不锈钢、铝或其他非金属边框上，安装好上面的玻璃及背面的背板、充入氮气、密封。
把光伏组件串联、并联组合起来，就成了光伏组件方阵，也叫光伏阵列。
工作原理：太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由p区流向n区，电子由n区流向p 区，接通电路后就形成电流。
其作用是将太阳能转化为电能，并送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。
组件类型：①单晶硅：光电转换率≈18%，最高可达到24%，是所有光伏组件中转换率最高的，一般采用钢化玻璃及防水树脂封装，坚固耐用，使用寿命一般可达25年。
②多晶硅：光电转换率≈14%，与单晶硅的制作工艺差不多，多晶硅的区别在于光电转换率更低、价格更低、寿命更短，但多晶硅材料制造简便、节约电耗，生产成本低，因此得到大力发展。
③非晶硅：光电转换率≈10%，与单晶硅和多晶硅的制作方法完全不同，是一种薄膜式太阳电池，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。
2、控制器（离网系统使用）光伏控制器是能自动防止蓄电池过充电和过放电的自动控制设备。
采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统，既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据，还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制。
光伏发电系统简介
（2）充电控制器 在不同类型的光伏发电系统中，充电控制器 不尽相同，其功能多少及复杂程度差别很大，这 需根据系统的要求及重要程度来确定。充电控制 器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组 成。在太阳发电系统中，充电控制器的基本作用 是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、 平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减 少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护 蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果 用户使用直流负载，通过充电控制器还能为负载 提供稳定的直流电（由于天气的原因，太阳电池 方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定）。
太阳能电池原理
太阳能电池主要由半导体硅制成。在半导体上 照射光后，由于其吸收光能会激发出电子和空穴 （正电荷），从而半导体中有电流流过，这可称 为“光发电效应”或简称“光伏效应”。
掺有磷杂质的硅含有多余电子，称为N型半导 体；掺有硼杂质的硅含有多余正电荷，称为P型半 导体。若将两者结合，称为PN结，这就是半导体 器件的最基本结构。 在PN结中，P型半导体的电子受到拉力，N型 半导体的正电荷受到拉力，在结合处形成正负抵 消的区域，形成阻挡层。此时，若有光照射，则 激发电子自由运动流向N型半导体；正电荷则集结 于P型半导体，从而产生了电位势。
光伏发电系统
光伏发电是指利用光伏电池板将太阳光辐射 能量转化为电能的直接发电方式。 光伏发电系统是由光伏电池板，控制器和电 能存储和变换环节构成的发电与电能变换系统。 光伏电池板产生的电能经过电缆，控制器， 储能等环节予以储存和转换，转换为负载所能使 用的电能。
光伏发电系统分类
光伏发电系统按与电力系统关系分类： (1)孤立光伏发电系统是不与常规电力系统相 连而孤立运行的发电系统. (2)并网光伏发电系统是与电力系统连接在一 起的光伏发电系统。
光伏发电系统简介
监控系统
监控系统是监控 整个系统的运行状 态，设备的各个参 数，记录系统的发 电量，环境等的数 据，并对故障进行 报警。
光伏发电系统设计
综合考虑系统所在位置，当地的气候条件，日照时 数，连续阴雨天气，负载的用电量等，通过专业的系统 设计软件，对整个系统进行优化设计，使其达到最大的 发电量。
光伏发电技术的优势
2.目的 利用建筑物的迎光面，吸收太阳辐射能直接变成电能。
在有电网的地方提供峰值电力，减少常规能源消耗、保 护环境。在无电地区配合蓄电池充电，解决当地生活用 能和生产用能。
3.技术要求
(1) 满足并网光伏发电系统的技术规范（标准） (2) 满足建筑结构技术规范（标准） (3) 满足建筑节能技术规范 (4) 满足特种建材的技术规范 (5) 满足独立光伏电站技术规范 (6) 满足中国和国际光伏组件标准化技术要求（GB, TUV, UL……） (7) 满足建筑施工及电气安装的基本要求 (8) 满足BIPV项目报建、安装、运行、验收、杄测及维护的规范
4.光伏发电系统与建筑结合的类型 （1）太阳能光伏发电与建筑屋面结合 （2）太阳能光伏发电与建筑阳台结合 （3）太阳能光伏发电与建筑墙面结合 （4）太阳能光伏发电与建筑屋檐结合 （5）太阳能光伏发电与建筑窗檐结合 （6）太阳能光伏发电与建筑门窗结合
5.太阳能光伏与建筑一体化优点：
（1）可以有效利用围护表面（屋顶和墙面），无需额外用地或加建其他设 施，节省了土地资源这对于人口密集、土地昂贵的城市建筑有尤为重要； （2）可原地发电、原地使用，可节约电站送电网的投资和减少输电、分电 损耗； （3）通常夏季由于空调、制冷等设备的使用，形成用电高峰，而这时也是 光伏方阵发电最多的时期，BIPV系统除保证自身建筑内用电外，还可以向 电网供电，从而舒缓高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾，具有极大的 社会效益； （4）由于光伏阵列安装在屋顶和墙面上，并直接吸收太阳能，避免了墙面 温度和屋顶温度过高，因此可以改善室内温度，并且降低空调负荷； （5）利用太阳能光伏发电减少了一般由于化石燃料发电所带来的严重空气 污染，这对于环保要求更高的今天和未来极为重要； （6）在建筑围护结构上安装光伏阵列，可推动光伏组件的应用和批量生 产，进一步降低其市场价格；
光伏发电系统简介
光伏发电系统简介
光伏发电系统分类
一、离网型太阳能发电系统
1、直流太阳能发电系统 2、交流太阳能发电系统 3、交直流太阳能发电系统
二、并网型太阳能发电系统
1、单相并网发电系统 2、三相并网发电系统
三、离网并网混合型太阳能发电系统
光伏发电系统简介
离网型光伏系统构成
离网型太阳能发电 系统由太阳能组件 （太阳能电池或太 阳能电池板）、太 阳能控制器、蓄电 池（组）组成。如 输出电源为交流 220V或380V，还 需配置逆变器。
光伏发电系统简介
晶体硅太阳能电池与非晶硅太阳能电池各自优缺点
晶体硅太阳能电池： 优点：技术成熟、单位面积转换效率高（15%-18%） 缺点：弱光性差、只能做成固定形状 非晶硅太阳能电池： 优点：弱光性强、可做成成任意形状，特别适合BIPV 缺点：技术不太成熟、单位面积转换效率低（最高9%）
光伏发电系统简介
光伏发电系统简介
光伏发电原理
太阳能发电的主要原理是根据光生伏打效应，由太阳 能组件发出直流电，如为并网系统则通过并网逆变器 直接将电能并入电网；如为离网系统则通过太阳能控 制器给蓄电池及负载充放电。
光伏发电系统简介
光生伏打效应
一束光照在半导体上和照在金属或绝缘体上效果截然不同。由于金属中 自由电子如此之多，以致光引起的导电性能的变化完全可忽略。绝缘体 在很高温度下仍未能激发出更多的电子参加导电。而导电性能介于金属 和绝缘体之间的半导体对体内电子的束缚力远小于绝缘体，可见光的光 子能量就可以把它从束缚激发到自由导电状态，这就是半导体的光电效 应。当半导体内局部区域存在电场时，光生载流子将会积累，和没有电 场时有很大区别，电场的两侧由于电荷积累将产生光电电压，这就是光 生伏特效应，简称光伏效应。
光伏发电系统
1、太阳能光伏发电系统的介绍1.1太阳能光伏系统简介从人类历史上而言，正因为有太阳的存在，所以在地球上才会拥有人类赖以生存的环境和人类能够出现并得以繁衍生存的原因，可见其对人类的发展有着十分重大的影响作用。
随着人类科学技术的不断发展，人们对太阳能源的利用不再局限于传统的耕种作物的光合作用，而是将其直接转换成为热能和电能等。
利用太阳能时，可以避免对环境的污染，不需要消耗地球上已有的资源，无论是安全性还是可靠性上，都是人类能源利用的首选。
从人类长远的发展战略而言，有效利用太阳能也有利于保护生态环境，产生更多的经济效益。
利用光伏发电系统，能够将太阳能进行有效的转换，从而为整个人类的生产生活提供清洁的电能，对人类社会的发展有着十分重要的影响意义。
经过长时间的研究和发展，我国已经形成了完整的太阳能电池组件的生产供应链，包括了电池组件的生产、制造、组装等各个环节。
我国一直重视对太阳能的利用，经过多年的努力，如今已经拥有世界上先进的光伏发电技术，并出口至全球各地，打造出具有竞争优势的中国品牌。
一般情况下，按照光伏发电系统不同的功能系统组成，可以将整个系统具体划分为太阳能电池、控制器、蓄电池以及逆变器。
按照其和电网是否连接的状态进行划分，又可以将其划分成为和电网连接或独立式的发电方式。
其中，独立式的发电方式主要是应用于农村民用方面，以家庭或村为单位，满足于用电需求量较少的情况，或者是十分偏远的地区，全国电网难以覆盖的地方，可以利用光伏发电来解决用电问题。
除此之外，和整个用电网络连接在一起的是并网式的光伏发电系统，这能够补充我国电能的不足，为我国工业和经济发展提供更加强力的基础保障。
我国长时间内都在大力发展清洁能源，水力发电、太阳能发电、潮汐发电等多找清洁能源发电方式的年发电量在总发电量中所占的比例越来越大。
1.2太阳能光伏发电系统类型按照光伏发电系统的结构形式和区域范围的不同，可以将其分为并网、微网以及独立发电系统这三种。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
能光伏电站。
任务的太阳能光伏电站。
? 主要应用于远离公共电网的地区
和一些特殊场所，如为边远偏僻农 村、海岛、农牧渔民提供照明等基 本的生活用电，为通信中继站、边 防哨所等特殊处所提供电源。
? 它是太阳能光伏发电进入大规模商 业化发电阶段、成为电力工业组成
部分的重要发展方向，是当今世界 太阳能光伏发电技术发展的主流趋 势。
? PCS能够适应储能系统不同的充放电控制模式
充放电模式可以通过远方或就地进行参数设置，实现恒流和恒 功率充放电。 PCS的额定功率能满足电池组的额定长时间工作， 最大功率能满足电池组的迅速放电能力。
2）储能变流PCS在储能系统中的典型应用
5、PCS和光伏逆变器的独立微网运行
如图所示，当断开外部电网时，根据 调度指令 PCS 和光伏逆变器可组成独立 微网的供电系统，该系统能实现对本 地负载的供电。同时，当光伏发电系 统发出的电能大于本地负载消耗的电 能时，可通过 PCS将多出的电能向电池 组充电，如果电池组 SOC 达到100% ，则 光伏逆变器调节输出功率以稳定三相 交流母线的电压；当光伏发电系统发 出的电能不能满足本地负载消耗，则 PCS 转入放电状态向三相母线供应电能 以稳定交流母线电压 。
（2）商业化使用的太阳能电池组件中， 单晶硅组件转换效率最高，多晶硅其次 ，但两者相差不大。
（3）晶体硅电池组件、刚性非晶硅组件 故障率极低，运行维护最为简单。
（4）晶体硅光伏组件、刚性非晶硅组件 安装简单方便。
（5）非晶硅薄膜电池在价格、弱光响应 ，高温性能等方面具有一定的优势，同 时容易配合建筑物的整体效果进行造型 ，但是组件效率较低，在安装场地面积 有限情况下，会影响到安装总容量。
功率因素
≥ 0.99（额定功率）
总电流波形失真率 夜间损耗 最大效率
<3%（额定功率） <30W
96.5%（含变压器）
3）保护功能
孤岛保护 短路保护 电网恢复自启动 过流保护 欠压保护 直流过压保护 输入极性反接保护 系统接地保护
逆变器保护功能 同时采用主动式和被动式保护，动作时间小于2s
短路故障，动作时间小于20ms 2min 内启动
名称
转换效率
安装方式
性能比较
单晶硅电池
多晶硅电池 非晶硅薄膜电池
20.4%（2cm×2cm） 14.5%（2cm×2cm） 8.6%（10cm×10cm）
铝合金边框。 适合屋顶、地面大 型光伏电站
铝合金边框。 适合屋顶、地面大 型光伏电站
无边框，适合与建 筑一体化安装
（1）晶体硅太阳能电池组件技术成熟， 且产品性能稳定，使用寿命长。
光伏发电系统基本介绍及设计方案
江苏金思源电力科技有限公司
一、光伏并网发电系统示意图
1、典型光伏发电系统示意图
2、光伏发电系统（带储能系统）示意图
二、并网光伏电站基本构架
1、概述 太阳能光伏电站按照运行 未与公电网相联接独立供电的太阳 ? 与公共电网相联接且共同承担供电
当输出电流超过额定电流的150% 时，逆变器0.1s内自动保护
具有电网欠压保护 ,保护值可设定 工作状态下直流电压过压保护 ，保护值可设定
当输入端正、负极接反时， 逆变器自动保护
系统接地时自动保护
4、储能变流器（PCS）基本功能及技术特性
1）概述
? 储能变流器(简称PCS)
双向充放电的并网变流装置 ，它肩负着充电和电能回馈作用，是 储能系统的关键设备之一。当 PCS从电网吸收能量时，运行在可控 整流状态对蓄电池充电，反之，若变流器向电网馈送能量时， PCS 工作于有源逆变状态将蓄电池电能向电网输送。 PCS可将夜间的 “谷电”或平日富余的电能存储起来以平衡电网峰谷，它不仅可 应对电网中断和大面积停电等突发事件，同时，可用于太阳能及 风力发电系统中，使其并网发电更稳定。
2）各种光伏组件基本参数表对照表
项目
单晶硅电池组件 （245W)
最大功率Pm(W) 最大功率下工作电压(V) 最大功率下工作电流(I)
开路电压(V) 短路电流(A) 最大系统电压(V) 电池片尺寸 电池片数量 电池组件尺寸(cm) 电池组件重量(kg)
245 29.92 8.19 37.68 8.56 DC1000V 156×156
2、光伏并网发电系统的组成部分
? 太阳能电池组件 ? 汇流箱 ? 并网逆变器 ?并网接入系统（含升压变压器、 高低压、开关柜，计量柜等） ? 控制系统（含自动化监控系统，调度系统、站用直流系统、站用
交流系统等）
三、并网光伏发电站主要设备参数及设计方案
1、光伏电池板组件参数 1）太阳能电池分类（目前国内常用商业类） ? 单晶硅电池 ? 多晶硅电池 ? 非晶体硅薄膜电池
60 1650 ×990 ×40
19.5
多晶硅电池 组件
240 29.72 8.48 37.51 8.08 DC1000V 156×156
60 1650 ×990 ×40
非晶硅薄膜 半透明组件 (48W)
48W 64 0.76 84 0.96 DC1000V
1245 ×635 ×7.5 14.4
3）各种电池的性能比较
2、汇流箱的选型 ? 汇流箱的作用：
在太阳能光伏发电系统中，为减少光伏电池组件与逆变器之间的连线，同时减少直 流电缆的线损，需要在光伏组件安装侧将一定数量的光伏组件进行串、并联，再送 入逆变器直流侧。同时在汇流箱内安装直流防雷模块，起到光伏电站的防雷作用。
3、光伏逆变器基本功能及技术特性
1）基本功能 太阳能逆变器是一种功率电子电路，能把太阳能电池板的直流电压转换 为交流电压并入公用电网或来驱动当地的交流负载，是整个太阳能发电 系统的关键组件。 ? 完成DC/AC 转换的电流连接到电网 ? 找出最佳的操作点以优化太阳能光伏系统的效率
根据光伏电站的光伏组件安装情况，合 理配置逆变器容量
根据光伏组件的工作电压及组串的数量 确定逆变器的 MPPT电压范围
880V
目前光伏组件最大系统电压为 DC1000V
750A
输入最大功率、 MPPT为880V
4
交流侧
10--500kW
三相 380Vac
310-450Vac
50Hz
47-51.5Hz
直流 滤波 器
DC AC
逆变器电气回路图
交流 滤波 器
L1 L2 L3 N
避雷器
2）光伏逆变器技术特性
最大直流功率
MPPT范围 最大直流电压 最大直流输入电流 最大输入路数
额定输出功率 额定电网电压 允许电网电压 额定电网频率
允许电网频率
光伏并网逆变器技术特性
直流侧
10--500kWp 230-820V