光伏发电系统介绍33484
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
一般来说，太阳能电池方阵的安装形式有以下三种：安装在地面上、安装在柱上、安装在屋顶上。具体采用 哪一种安装形式又要受到一些具体因素影响，诸如可利用空间大小、方阵尺寸、采光条件、风负载、视觉效果及 安装难度、破坏和盗窃问题等。在上述几种安装形式中，首选的是安装在地面上，因为它具有简单易行的特点。 而安装在柱子上面的难度受电池板离地面高度的影响。而安装在屋顶上的难度则由屋顶是否陡峭而定，在比较陡 的屋顶上工作不仅耗时费力，而且非常危险。在安装过程中，尤其要避免对电池板电气性能造成损伤，为此太阳 能电池板的表面应该覆盖，减小损伤的概率。还可以在光伏电站周围修建围墙，使动物无法靠近设备．以此保证 系统安全。同时，安装的太阳能电池板应该面向中午的太阳，而不要对着指南针的方向，这一点在相关资料中都 有说明。
2021年6月，国家能源局综合司下发《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》（以 下简称《通知》）指出，中国建筑屋顶资源丰富、分布广泛，开发建设屋顶分布式光伏潜力巨大。开展整县（市、 区）推进屋顶分布式光伏建设，有利于整合资源实现集约开发，有利于削减电力尖峰负荷，有利于节约优化配电 投资，有利于引导居民绿色能源消费，是实现“碳达峰、碳中和”与乡村振兴两大国家重大战略的重要措施。其 中，项目申报试点县（市、区）的党政机关建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于 50%。
分类
分类
独、蓄电池组、充电控制器、电力电子变换器(逆变器)、负载等组成。其 工作原理是，太阳辐射能量经过光伏阵列首先被转换成电能，然后由电力电子变换器变换后给负载供电。同时将 多余的电能经过充电控制器后以化学能的形式储存在储能装置中。这样在日照不足时，储存在电池中的能量就可 经过电力电子逆变器、滤波和工频变压器升压后变成交流220V、50 Hz的电能供交流负载使用。太阳能发电的特点 是白天发电，而负载往往却是全天候用电，因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少，工程上使用的储能元 件主要是蓄电池。
光伏发电系统资料
光伏发电系统资料pptxx年xx月xx日•光伏发电系统概述•光伏电池及组件•光伏发电系统的设计•光伏发电系统的安装与调试目•光伏发电系统的维护与优化•光伏发电系统的发展趋势与挑战录01光伏发电系统概述光伏发电系统是指利用太阳能电池板将太阳能转化为直流电，再通过逆变器转化为交流电的发电系统。
定义光伏发电系统具有无噪音、无污染、能量转换效率高、应用范围广泛等优点，是绿色、可持续发展的能源。
特点光伏发电系统的定义与特点组成光伏发电系统主要由太阳能电池板、控制器、逆变器、蓄电池等组成。
工作原理太阳能电池板通过吸收太阳光能，产生直流电，控制器对直流电进行调节和保护，逆变器将直流电转化为交流电，最后输出给负载。
光伏发电系统的组成与工作原理住宅用电光伏发电系统可以作为家庭用电的补充，提供可靠的电力支持，同时减少对环境的污染。
公共设施可以利用光伏发电系统来提供照明、交通信号、公园用电等多种用途。
大型工业企业可以利用光伏发电系统来降低电力成本，提高能源利用效率。
光伏发电系统可以与农业设施相结合，提供电力支持，促进农业现代化发展。
光伏发电系统可以应用于电动汽车、船舶等领域，提供清洁、可持续的能源动力。
光伏发电系统的应用领域公共设施农业应用移动能源工业用电02光伏电池及组件1光伏电池的种类与特性23包括单晶硅电池和多晶硅电池，转换效率高，可靠性好，适合大规模生产。
晶体硅电池包括铜铟镓硒和碲化镉等，制造成本低，可弯曲，但效率相对较低。
薄膜光伏电池能量密度高，可快速充电，但需要使用贵金属催化剂。
质子交换膜电池03质子交换膜组件由阳极、阴极、质子交换膜、电解质等组成，通过电化学反应实现光电转换。
光伏组件的构造与原理01晶体硅组件由晶体硅电池、玻璃、EVA、背板等组成，通过封装形成发电单元。
02薄膜光伏组件由导电基板、光敏材料、电路等组成，通过层叠和封装实现发电功能。
光伏组件的生产流程晶体硅组件生产流程切片、清洗、制绒、扩散、刻蚀、镀膜、丝网印刷等。
光伏发电系统介绍
3）环境监测系统（风力、风向、太阳光辐射、温度等）
七、典型案例
1、上海汇泰大楼智能楼宇光伏发电微网项目 光伏组件采用单晶硅电池组件
2、上海市漕溪能源转换基地车棚透光型光伏发电系统 采用非晶体硅薄膜电池
3、崇明北沿风电场微网项目光伏发电系统 采用多晶硅双玻透光光伏组件，墙体外立面垂直安装
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
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
50Hz <4％ >0.99 独立逆变模式 <5％
备注
有效值 可设定 额定功率时 额定功率时 线性负载
50±1％ Hz
15kW
525-767V
Vdc
672V
Vdc
（未完，接下表）
实测值
三相四线 15kVA 23kVA
392V 可设定 50.1 Hz 3.5% 0.992
2% 50.1 Hz
15KW 515-767V
谢谢!
并网电流波形控制要求快速，需要 在1个开关周期（80微秒）内实现对
蓄电池 电流采
样
+ - Idcref
PI
SVPWM
控制=0
-
+ Idref
PLL
abc/dq
va vb vc
目标电流的跟踪。系统控制如图5所
太阳能光伏系统介绍
根据不同的应用场合，太阳能并离网储能系统、并网储能系1）并网发电系统光伏并网系统由组件、并网逆光伏组件由光照产生直流电经并网光伏系统主要有两种上网额上网”。
一般分布式光伏发电池产生的电优先给负载，当够时，电网和光伏系统可以同2）离网发电系统离网光伏区、无电区、海岛、通讯基站器、蓄电池、负载等构成。
离过太阳能控制逆变一体机给负过逆变器给交流负载供电。
太阳能光伏系统太阳能光伏发电系统一般分为并网发电系统、离网储能系统和多种能源混合微网系统等五种。
并网逆变器、光伏电表、负载、双向电表、并网柜流电经过逆变器转换成交流电供给负载和送入电网种上网模式，一个是“自发自用、余电上网”，另光伏发电系统主要采用“自发自用、余电上网”模载，当负载用不完后，多余的电送入电网，当供给可以同时给负载供电。
离网光伏发电系统，不依赖电网而独立运行，一般应讯基站和路灯等。
系统一般由光伏组件、太阳能控成。
离网发电系统在有光照的情况下将太阳能转换机给负载供电，同时给蓄电池充电；在无光照时，。
针对无电网地区或经常停电地区，实用性很强、离网发电系统、并网柜和电网组成，入电网。
”，另一个是“全网”模式，太阳能当供给负载电量不一般应用于偏僻山阳能控制器、逆变能转换为电能，通照时，由蓄电池通性很强。
3）并离网储能系统并离网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电上网、自用电价比上网电价贵很多、波峰电价比波谷电价贵很多的场所。
系统由光伏组件、太阳能并离网一体机、蓄电池、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。
该系统相比并网发电系统，增加了充放电控制器和蓄电池，在电网停电时，光伏系统还可以继续工作，逆变器可以切换成离网工作模式，给负载供电。
4）光伏并网储能系统并网储能光伏发电系统，能够存储多余的发电量，提高自发自用的比例。
光伏发电系统简介
光伏户用系统、独立电站简介
东营公司 2013
一、系统概述
独立光伏系统： 独立光伏系统由光伏组件、逆变器、控制装置、蓄电池组成。以 光伏电池板为发电部件，控制器对所发的电能进行调节和控制，一方
面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量
送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄 电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过 充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电， 保护蓄电池。蓄电池可以贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。 （小型太阳能供电系统为户用系统、大型太阳能供电系统为独立电站）
系统设计
独立电站系统概况（以西藏某地区为例）
系统类型 电站容量 负载情况 工作电压 设计使用年限 独立光伏发电系统 36.48KW 无电户385户及学校、寺庙 220V50HZ 25年
编号 负载名称 电压（V） 1 照明节能灯 2 电视机 3 DVD机 4 录音机 5 打茶机 6 冰柜 7 牛奶分离器 220 220 220 220 220 220 220
5、蓄电池：
蓄电池：
储能设备，将太阳能组件发出的电能储存。
6、逆变器：
逆变器：
将太阳能组件发出的直流电转换成交流电。
7、光伏配电柜：
配电柜：
将逆变器输出单路电压分成多路，提供给不同负载使用。
四、系统设计
光伏户用系统概览
户用光伏独立系统型号 光伏组件 控制逆变一体机 蓄电池型号 日发电量 RESH Y1200 RES 140 系列 RESKN 2000-48 12V /150A h 约3kW h （度）
功率
负载
（W） 数量 18 4 70 1 25 1 10 1 12 1 95 1 250 1 合 计
太阳能光伏发电系统概述
太阳能光伏发电系统概述徐林温州市尚高新能源科技有限公司摘要：在全球经济高速发展的今天，国际能源安全已上升到了国家的高度，各国都制定了以能源供应安全为核心的能源政策。
太阳能在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。
太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。
关键词：太阳能、光伏发电、太阳能电池板、充放电控制器、系统1系统简介太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。
太阳能电池组件（Solar cells）是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。
而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。
2、系统分类太阳能光伏发电系统分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统及分布式光伏发电系统：1、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、并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。
并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。
但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，发展难度较大。
而分散式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网光伏发电的主流。
3、分布式光伏发电系统，又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。
分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。
光伏发电系统介绍
逆变单元
LC滤波器
变压器
交流接触器
交流侧 EMC 滤波器
交流防雷器
交流断路器
L1 L2 L3 N
带隔离变压器的集中式并网逆变器 功率等级有25kW/50kW/100kW/250kW
PV+ PV-
直流 断路 器 直流 侧 EMC 滤波 器
直流 防雷 器
逆变 单元
LC滤波 器
交流 接触 器
交流 断路 器
具有完善的能量管理系统，可实现
并网运行；离网运行；
并网转孤岛；孤岛转并网；
黑启动功能、平抑电网波动、削峰填谷
光伏组件
电网友好关系等
柴油发电机 光伏逆变器
与纯离网系统相比的主要优势
1、应用范围更宽，工作模式多 2、系统配置灵活 3、带载能力强
光伏组件
光伏逆变器
蓄电池
秘密
11/42
储能逆变器
电网 监控 本地负荷
功率等级
几百kW~几百 MW
几百kW~几十 MW
几百kW~几MW
特点 集中，朝向一致
地域 西北地区，日照充足
分散，朝向不一致
山地丘陵地带
集中，朝向一致，湿度大 中原地带，多湖泊，鱼塘
问题 输送困难 建设成本高，遮挡 湿度大，腐蚀问题
几十kW~几MW
分散，朝向不一致
工商业发达地区
承重，建筑物阴影等
几十kW~几百kW
并网发电系统
环境测试仪
太阳能电池板输出直流电，通过汇 流箱汇流后，进入直流配电柜，再 进入逆变器转换为交流电，交流电 通过升压变压器进入高压电网。
特点
规模从几kW到几百MW,可大可小 电站形式多样 运营模式多样，主要依赖国家政策 补贴
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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。
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
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
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。
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
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。
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方式可分为:
离网太阳能光伏电站
并网太阳能光伏电站
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
直流
DC
滤波
器
AC
逆变器电气回路图
交流
L1
滤波
L2
器
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
根据光伏电站的光伏组件安装情况，合 理配置逆变器容量
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
风力发电系统中，使其并网发电更稳定。
PCS能够适应储能系统不同的充放电控模式
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
<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
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
230-820V
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
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