光伏发电系统概述
光伏发电系统概述
光伏发电系统概述根据不同的应用场合，太阳能光伏发电系统一般分为并网发电系统、离网发电系统、并离网储能系统、并网储能系统和多种能源混合微网系统等五种。
1、并网发电系统光伏并网系统由组件，并网逆变器，光伏电表，负载，双向电表，并网柜和电网组成，太阳能电池板发出的直流电，经逆变器转换成交流电送入电网。
目前主要有大型地面电站、中型工商业电站，小型家用电站三种形式。
由于并网光伏发电系统不需要使用蓄电池，节省了成本。
国家发布的并网新政策已经明确表示，家庭光伏电站免费入网，分布式发电光伏发电，一度电国家补贴0.42元，自己用电不花钱，多余的电还可以卖给电力公司。
从投资的长远角度，按家庭光伏电站25年的使用寿命计算，6-10年左右可以回收成本，剩下的十几年就是纯收益。
分布式光伏并网系统，负载优先使用太阳能，当负载用不完后，多余的电送入电网，当光伏电量不足时，电网和光伏可以同时给负载供电，并网逆变器依赖于电网，当电网断电时，逆变器就会启动孤岛保护功能，逆变器停止运行，太阳能不能发电，负载也不能工作。
2、离网发电系统离网型光伏发电系统，不依赖电网而独立运行，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。
系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能控制器，逆变器、蓄电池组、负载等构成。
光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能控制逆变一体机给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池通过逆变器给交流负载供电。
这种系统由于必须配备蓄电池，且占据了发电系统30－50%的成本。
而且铅酸蓄电池的使用寿命一般都在3－5年，过后又得更换，这更是增加了使用成本。
而经济性来说，很难得到大范围的推广使用，因此不适合用电方便的地方使用。
对于无电网地区或经常停电地区家庭来说，离网系统具有很强的实用性。
特别是单纯为了解决停电时的照明问题，可以采用直流节能灯，非常实用。
因此，离网发电系统是专门针对无电网地区或经常停电地区场所使用的。
光伏发电系统
光伏发电系统分为：并网光伏系统、独立光伏系统。
并网光伏发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。
通过光伏组件将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。
独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。
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2010年我国太阳能电池组件产量上升到10GW，占世界产量的45%，连续4年太阳能电池产量居世界第一。
但薄膜电池产量还很小，硅基薄膜电池产业化技术尚未成熟。
我国2010年新增光伏发电装机500MW，累计达到900MW，居世界前十。
同时为营造光伏市场，我国政府也采取了一系列的政策措施，主要包括财政补贴和上网电价补贴政策。
在市场需求的拉动下，我国的光伏产业链规模已经形成。
无论是装备制造，还是配套的辅料生产，国产化进程都在加速。
此外，我国已经掌握了产业链的各个环节中的关键技术，并在不断地创新和发展。
在光伏产业链中，实际产能的多晶硅生产商总数有20～30家，60多家硅片企业，60多家电池企业，330多家组件企业，国内外上市的光伏公司有30家左右，行业年产值超过3 000多亿元，进出口额220亿美元，就业人数30万人。
基于目前的发展情况，我国光伏产业发展中存在的主要问题从制造业与市场环节两个方面进行了归纳总结。
从制造业这一方面来看，我国光伏研发投入不够，没强有力的技术支撑能力，存在为了追求利润盲目扩张落后产能、重复建设的现象，以及缺乏可持续和清洁发展理念，让原本是清洁能源产业背负了高耗能、高污染的骂名。
从市场的角度来看，尽管我国的光伏产业链已经逐步形成，但由于缺少市场发展的支撑，即长期的发展目标，难以使其规模进一步增长，并突破成本瓶颈。
《光伏发电系统》课件
光伏发电系统面临技术、经济、环境等多方面的挑战，如提高光电转换效率、降低成本、解决储能问题等。
挑战
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工作原理
定义
光伏电池板
将光能转化为直流电能的装置，是光伏发电系统的核心部分。
逆变器
将直流电转换为交流电的装置，以便与电网或其他用电设备相连接。
控制器
控制光伏发电系统的运行，实现最大功率点跟踪、过载保护等功能。
储能设备
用于储存电能，以备夜间或阴雨天使用。
Hale Waihona Puke 薄膜光伏发电系统使用薄膜光伏电池的光伏发电系统，相对于晶体硅光伏电池成本更低、更轻便。
在公园、学校、医院等公共设施中应用光伏发电系统，优化能源结构。
各国政府出台相关政策，鼓励光伏发电系统的研发、生产和应用。
政策支持
随着技术进步和成本下降，光伏发电系统的市场规模不断扩大，成为全球能源结构转型的重要力量。
市场趋势
随着环保意识的提高和可再生能源的推广，光伏发电系统的应用前景广阔，将在全球能源结构中占据重要地位。
《光伏发电系统》PPT课件
目录
光伏发电系统概述光伏电池与组件光伏逆变器与储能系统光伏发电系统的设计与安装光伏发电系统的应用与前景
01
CHAPTER
光伏发电系统概述
光伏发电系统是一种利用太阳能光子能量，通过光伏效应将光能转化为直流电能的装置。
当太阳光照射在光伏电池上时，光子能量被吸收并传递给电子，使电子从原子中逸出形成自由电子和空穴，从而产生电压和电流。
多晶硅光伏发电系统
使用多晶硅光伏电池的光伏发电系统，相对于单晶硅光伏电池成本较低、产量高。
分布式光伏发电系统
在用户场地附近建设，自发自用、多余电量上网。
光伏发电系统概述
在能源危机和环境污染的双重压力下，研究开发新能源以解决未来人类对能源的需求已迫在眉睫。
新能源主要包括风能、太阳能、海洋能、地热能等。
太阳能发电包括太阳热发电和太阳能光伏发电，其中太阳能光伏发电因为其具有独特优势被全社会公认为当前世界最有发展潜力和前景的新能源技术。
光伏发电与传统能源和其他新能源相比，其独特优势如下：太阳能资源十分丰富，储藏量巨大，取之不尽、用之不歇，而且不需要运输；光伏发电原理为光生伏特效应，不涉及机械能转化到电磁能过程，无噪声，不会影响周围居民日常生活；太阳能发电干净、清洁、环保、无污染；光伏组件使用寿命较长，工作稳定、可靠性高；维护成本较低等。
综合上述的优点，太阳能发电将会成为当今乃至未来的一种较为理想的发电形式。
光伏发电系统是利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。
光伏发电系统按照运行方式，主要可分为独立型、并网型和混合型光伏发电系统。
其中，并网型光伏发电系统，根据光伏发电系统拓扑结构的不同，可以分为单级式、双级式和多级式光伏并网发电系统。
1、独立性光伏发电系统未与电力系统进行并网连接的光伏发电系统称为独立型光伏发电系统。
独立型光伏发电系统由光伏电池、DC/DC控制器、DC/AC逆变器和蓄电池等构成，其结构框图如图所示，该系统主要应用于偏远山区、岛屿、基站等地方，下面对各部分的功能做一个简单的介绍。
光伏电池光伏电池的作用是将太阳辐射能直接转换成电能,供负载使用或存贮于蓄电池内备用。
太阳能光伏电池按其发展可以分为三代，目前正从第一代基于硅片技术的晶体硅电池向基于半导体薄膜电池技术的第二代薄膜电池过渡，第三代太阳能电池尚处于研发阶段，目标是提高转化效率，降低生产成本。
晶体硅太阳能电池可以分为单晶硅和多晶硅太阳能电池，特点是转化效率高、寿命长和稳定好，但是在生产过程中会产生对有环境污染的物质，同时成本也比较高；薄膜电池具有工艺简单、成本低，但是这种电池稳定性差、寿命短、效率低、发展较慢。
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。
光伏电站基础知识总结
一、光伏发电系统光伏发电系统是利用太阳能组件和配套电气设备将太阳能转换成所需要电能的发电系统。
当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，使电子发生了跃迁，成为自由电子，该自由电子在PN结两侧聚集形成电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的功率输出。
该过程的实质是光子能量转换成电能的过程。
二、光伏发电系统的分类分布式光伏发电系统主要分为并网光伏发电系统和离网光伏发电系统。
并网发电系统又分为集中式光伏发电系统和分布式光伏发电系统。
三、集中式光伏电站系统集中式光伏发电系统规模较大，安装集中，整体升压输送到电网。
建设地点主要是荒山荒坡、滩涂、戈壁、鱼塘等地。
集中式光伏发电系统主要由光伏组件、直流汇流箱、并网逆变器、交流配电柜、光伏支架、监控系统、电缆等部分组成。
1、系统主要组成部件：光伏组件太阳电池组件—实用型功率系统的基本单元，是光伏系统的主要组成部分。
为使太阳电池在工程中应用，对硅电池片进行电气连接及结构集成和封装成“太阳电池组件”（简称“组件”）。
主要分为：单晶组件、多晶组件、薄膜组件。
2、系统主要部件：光伏逆变器将直流电转换成交流电，是光伏系统的最主要电气设备。
主要分为并网逆变器、离网逆变器、组合型逆变器。
并网逆变器又包括：微型逆变器、组串型逆变器、集中型逆变器。
3、系统主要部件：配电设备直流设备：主要用于对光伏组件串直流电缆进行汇流，再与并网逆变器或直流配电柜连接。
交流设备：将若干个光伏逆变器并联接入交流配电柜，在交流配电柜内汇流后输出。
功能：主要保护光伏系统运行安全以及将线缆整合，避免线路交叉。
4、系统主要部件：支架系统作为光伏阵列的支撑部分，连接基础与光伏组件; 将光伏组件按照设计的规定分为若干个方阵。
5、系统主要部件：监控系统光伏发电监控系统可对太阳能光伏电站里的电池阵列、汇流箱、逆变器、交直流配电柜、等设备进行实时监控和控制，通过各种样式的图表及数据快速掌握电站的运行情况，其友好的用户界面、强大的分析功能、完善的故障报警确保了光伏电站的完全可靠和稳定运行。
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。
光伏并网发电系统
系统设计原则与步骤
• 原则：确保系统安全、可靠、高效、经济、环保，满足用 户需求。
系统设计原则与步骤
步骤
1
2
1. 确定安装地点和规模，评估当地光照资源。
3
2. 设计光伏方阵，选择合适的组件和支架。
系统设计原则与步骤
5. 进行系统调试和验收。
4. 设计输配电系统，包括 变压器和电缆。
3. 设计并网逆变器和控制 系统。
储能式逆变器
具备储能功能，可在电力需求 低谷期储存电能，并在高峰期
释放，平衡电网负荷。
逆变器的工作原理与技术参数
工作原理
将光伏组件产生的直流电转换为交流 电，并输送到电网中。
技术参数
包括额定功率、输入电压范围、输出 电压范围、效率、功率因数等。
效率
衡量逆变器转换效率的重要指标，通 常要求达到95%以上。
为公园、学校、医院等公共设施提供电力 ，减少对传统能源的依赖。
农业领域
偏远地区供电
应用于农业大棚、灌溉系统等，提供绿色 能源，促进农业可持续发展。
解决偏远地区供电难题，提高当地居民生 活质量。
光伏并网发电系统的实际案例分析
住宅区光伏并网发电系统
医院光伏并网发电系统
该系统为住宅区提供稳定、可靠的绿 色电力，降低碳排放，提高居民生活 质量。
将太阳能转换为直流电能。
逆变器
将直流电能转换为交流电能。
并网控制器
确保交流电能与电网同步，实现并网发电。
储能设备（可选）
用于平衡电网负荷，提高供电稳定性。
02 光伏电池与组件
光伏电池的类型与特性
晶体硅电池
基于单晶硅或多晶硅材料，是目 前市场占有率最高的光伏电池类 型。其特性是效率高、稳定性好， 但成本相对较高。
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光伏发电系统概述
根据不同的应用场合，太阳能光伏发电系统一般分为并网发电系统、离网发电系统、并离网储能系统、并网储能系统和多种能源混合微网系统等五种。
1、并网发电系统
光伏并网系统由组件，并网逆变器，光伏电表，负载，双向电表，并网柜和电网组成，太阳能电池板发出的直流电，经逆变器转换成交流电送入电网。
目前主要有大型地面电站、中型工商业电站，小型家用电站三种形式。
由于并网光伏发电系统不需要使用蓄电池，节省了成本。
国家发布的并网新政策已经明确表示，家庭光伏电站免费入网，分布式发电光伏发电，一度电国家补贴0.42元，自己用电不花钱，多余的电还可以卖给电力公司。
从投资的长远角度，按家庭光伏电站25年的使用寿命计算，6-10年左右可以回收成本，剩下的十几年就是纯收益。
图1并网发电系统示意图
分布式光伏并网系统，负载优先使用太阳能，当负载用不完后，多余的电送入电网，当光伏电量不足时，电网和光伏可以同时给负载供电，并网逆变器依赖于电网，当电网断电时，逆变器就会启动孤岛保护功能，逆变器停止运行，太阳能不能发电，负载也不能工作。
2、离网发电系统
离网型光伏发电系统，不依赖电网而独立运行，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。
系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能控制器，逆变器、蓄电池组、负载等构成。
光伏方阵在有光照的情
况下将太阳能转换为电能，通过太阳能控制逆变一体机给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池通过逆变器给交流负载供电。
这种系统由于必须配备蓄电池，且占据了发电系统30－50%的成本。
而且铅酸蓄电池的使用寿命一般都在3－5年，过后又得更换，这更是增加了使用成本。
而经济性来说，很难得到大范围的推广使用，因此不适合用电方便的地方使用。
图2 离网发电系统示意图
对于无电网地区或经常停电地区家庭来说，离网系统具有很强的实用性。
特别是单纯为了解决停电时的照明问题，可以采用直流节能灯，非常实用。
因此，离网发电系统是专门针对无电网地区或经常停电地区场所使用的。
3、并离网储能系统
并离网型光伏发电系统广泛应用于经常停电，或者光伏自发自用不能余量上网、自用电价比上网电价贵很多、波峰电价比波谷电价贵很多等应用场所。
图3 并离网发电系统示意图
系统由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能并离网一体机、蓄电池组、负载等构成。
光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能控制逆变一体机给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池给太阳能控制逆变一体机供电，再给交流负载供电。
相对于并网发电系统，并离网系统增加了充放电控制器和蓄电池，系统成本增加了30%左右，但是应用范围更宽，当电网停电时，光伏系统还可以继续工作，逆变器可以切换为离网工作模式，光伏和蓄电池可以通过逆变器给负载供电。
离并网一体机交流有两个接口，一个接口是接入电网，逆变器可以通过这个接口向电网送电，电网也可以通过这个接口向蓄电池充电，当电网停电时，这个接口也同时停电，还有一个输出接口接重要负载，只要蓄电池有电，这个接口就一直有电，可以做为应急电源使用。
4、光伏并网储能系统
并网储能光伏发电系统，能够存储能多余的发电量，提高自发自用比例，应用于光伏自发自用不能余量上网、自用电价比上网电价价格贵很多、波峰电价比波平电价贵很多等应用场所。
系统由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能控制器、电池组、并网逆变器、电流检测装置、负载等构成。
当太阳能功率小于负载功率时，系统由太阳能和电网一起供电，当太阳能功率大于负载功率时，太阳能一部分给负载供电，一部分通过控制器储存起来。