光伏电池组件及逆变器
大型光伏发电的组成及原理
大型光伏发电的组成及原理大型光伏发电系统的主要组成部分包括光伏电池组件、逆变器、支架、接地装置、电缆、配电箱、监测系统等。
光伏电池组件是光伏发电系统的核心部分，它通过将太阳光转化为直流电能。
光伏电池组件通常由多个光伏电池片连接而成，电池片是将太阳光能转化为直流电能的主要装置。
常见的光伏电池片包括单晶硅、多晶硅和薄膜电池片。
光伏电池组件具有高可靠性、长寿命和较高的电能转换效率。
逆变器是光伏发电系统的关键设备，它将光伏电池组件产生的直流电能转化为交流电能。
光伏电池组件产生的直流电能需要经过逆变器的电子器件进行变频和变压，以适应电网的要求。
逆变器还能在停电或灾害等情况下提供备用电源。
支架是用于支撑和固定光伏电池组件的结构，通常由钢材或铝材制成。
支架确保光伏电池组件能够按照最佳角度和方向接收太阳光，并提供足够的强度和稳定性。
接地装置用于对光伏发电系统进行接地保护。
接地装置通过将系统的金属部件和设备与大地连接，以确保系统运行过程中的安全性和稳定性。
电缆是用于输送电能的导线，将光伏电池组件产生的电能传输到逆变器，进而送入电网。
电缆必须具备良好的导电性能和耐候性能，以保证电能的传输效率和系统的长期稳定运行。
配电箱是光伏发电系统的功率集中处理装置，用于对发电系统进行集中控制和监测。
配电箱常常包括电流互感器、过压保护器、熔断器等设备，以保护和控制光伏发电系统的运行。
监测系统用于对光伏发电系统进行实时监测和分析。
监测系统可以监测光伏电池组件的发电效率、温度、电压等参数，以提高系统的运行效率和可靠性。
光伏发电系统的工作原理是基于光伏效应。
光伏效应是指光照射到光伏电池片上时，光能会被光伏电池片吸收，并转化为电能。
当太阳光照射到光伏电池片上时，光能将激发电荷在电池片中的迁移，从而产生电压和电流。
光伏电池片一般由两层材质组成：P型半导体和N型半导体。
当光照射到光伏电池片上时，P型半导体中的电子将被激发，形成自由电子。
同样，N型半导体中的空穴也会被激发。
光伏发电的基本组成结构
光伏发电的基本组成结构随着全球对环境保护的重视以及能源需求的不断增长，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源发电方式，逐渐受到人们的关注和使用。
那么，光伏发电的基本组成结构是什么呢？光伏发电系统主要由光伏电池组件、支架、逆变器、电池组和监控系统等几个部分组成。
1. 光伏电池组件光伏电池组件是光伏发电系统中最核心的部分，其主要作用就是将太阳辐射能转换成电能。
光伏电池组件通常由多个光伏电池板组成，通过串联或并联的方式组成一个电池组件，常见的光伏电池板有单晶硅、多晶硅、非晶硅、柔性硅等。
2. 支架支架主要作用是支撑光伏电池组件，让光伏电池组件可以平稳的安装在地面或建筑物的屋顶上。
支架的设计要考虑到光伏电池组件的重量、安装环境、风压、雪压等因素。
3. 逆变器逆变器是光伏发电系统中的一个核心部分，它主要起到将光伏电池组件所产生的直流电转换成交流电的作用。
逆变器的性能直接影响到光伏发电系统的效率和稳定性，逆变器的选型要根据光伏电池组件的功率、电压、电流等参数来匹配。
4. 电池组电池组是光伏发电系统中的一个备用部分，主要作用是在光伏发电系统无法正常工作时，为光伏发电系统提供稳定的电源。
电池组一般由铅酸电池、镍氢电池、锂电池等组成，不同电池的使用寿命和性能不同，需根据实际需求进行选择。
5. 监控系统监控系统是光伏发电系统中的一个重要部分，它主要作用是对光伏发电系统进行实时监测和管理。
监控系统可以监测光伏电池组件的功率、发电量、温度、电压等数据，并通过网络进行远程监控和管理，及时发现和解决问题，确保系统的正常运行。
光伏发电系统的基本组成结构包括光伏电池组件、支架、逆变器、电池组和监控系统等几个部分。
每个部分的性能和质量都会直接影响到整个光伏发电系统的效率和稳定性，因此在实际应用中需要根据实际需求进行选择。
光伏发电设备基本组成
光伏发电设备基本组成
光伏发电设备的基本组成包括以下几个部分：
1. 光伏电池：光伏电池是光伏发电设备的核心组件，用于将太阳光辐射转化为直流电能。
常见的光伏电池有单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池等。
2. 支架和固定系统：用于支撑和固定光伏电池组成的光伏阵列，确保太阳能充分照射到电池表面。
3. 逆变器：逆变器是将光伏电池发出的直流电能转换成交流电能的设备。
逆变器能够将光伏电池产生的直流电转换成符合电网电压和频率要求的交流电。
4. 电网连接装置：用于将光伏系统发出的电能连接到电网，将光伏发电系统产生的电能注入到电网中或从电网中提取电能。
5. 电池组（可选）：用于存储光伏发电系统产生的电能，以便在夜间或阴天时使用。
电池组可以提供备用电源、平衡电网负荷等功能。
6. 监控和控制系统：用于实时监测光伏发电系统的工作状态、电能输出等信息，并对系统进行控制和管理，以提高系统的效率和可靠性。
需要注意的是，光伏发电设备的具体组成和配置可能会因应用场景、系统规模和需求的不同而有所差异。
光伏组件逆变器技术参数
最大直流电压（V）
580
MPPT电压范围（V）
125~550
启动电压（V）
120
最大直流电流（A）
11/11
输入路数
2
MPPT路数
2
直流端子类型
MC4/Phoenix/Amphenol
交流输出
最大交流功率（W）
5000
最大交流电流（A）
22.8
额定输出
50/60Hz;230Vac
输出范围
45~55Hz/55~65Hz;180~270Vac
22/22
输入路数
4
MPPT路数
2
直流端子类型
MC4/Amphenol
交流输出
最大交流功率（W）
15000
最大交流电流（A）
25
额定输出
50/60Hz;400Vac
输出范围
45~55Hz/55~65Hz;310~480Vac
电流总谐波失真
<1.5%
功率因数
0.8超前〜0.8滞后
电网类型
3W/N/PE
效率
最大效率
98.2%
欧洲效率
>97.5%
MPPT效率
99.9%
保护
残余电流保护
集成
孤岛保护
集成
直流开关
集成（可选）
输出过流保护
集成
绝缘阻抗侦测
集成
证书和标准
并网标准
NB/T32004
安规
NB/T32004
电磁兼容
NB/T32004
常规参数
尺寸（宽x高x厚）
516*650*203mm
重量（kg）
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光伏组件参数解读和逆变器配比
光伏组件参数解读和逆变器配比
一、光伏组件参数解读
1.绝缘阻抗测试：其单位是欧姆（Ω），绝缘阻抗表示了组件的绝缘能力，如果它突然降低，则表明组件存在缺陷，出现电过载及潮湿环境的影响；
2.开关电阻：开关电阻或者表示为“R值”，通常由产品开发过程中的花絮测试结果得来，R值越低，表明组件的导电性能越好；
3.阻抗测试：阻抗测试是组件的热稳定性和结构变化的一种表征，其单位是欧姆(Ω)或者焦耳(Ω/K)，它表明组件受到了多少考验，阻抗越低表示组件抗拉扯性能更好；
4.热释电测试：热释电测试可以反映出组件在不同温度下的电流输出能力，其单位是A/W，热释电系数越低，表明组件在高温条件下仍然可以稳定地输出电流，具有较低的热损耗。
1.逆变器功率设定：在电池组安装逆变器时，根据电池组设计组件的类型和输出功率，对逆变器设定相应的输出功率，这个功率应该满足电力公司的要求，因为超出功率规定会降低整体上电池组的系统效率，而低于规定功率的超出电量由电网收取，可能会产生费用，所以逆变器的功率一定要满足要求，否则会影响收益。
光伏发电及并网逆变技术概要
1.太阳能电池的历史和应用
光强对电池的影响
光强与太阳电池组件的光 电流成正比，在光强由 100W/m2 - 1000W/m2范围 内，光电流始终随光强的 增长而线性增长；而光强 对光电压的影响很小，在 温度固定的条件下，当光 强在400W/m2 - 1000W/m2 范围内变化，太阳电池组 件的开路电压基本保持恒 定。
1904年，爱因斯坦发表 光电效应论文 1839年，法国贝克勒尔发现 了 “光生伏打效应”
1.太阳能电池的历史和应用
1954年美国贝尔实验室
1.太阳能电池的历史和应用
太阳能电池的结构
1.太阳能电池的历史和应用
单晶硅电池
多晶硅电池
非 非 晶 硅 电 池
1.太阳能电池的历史和应用
太阳能电池 → 组件 → 光伏阵列
单体
组件
方阵
1.太阳能电池的历史和应用
太阳电池的I-V特性及功率曲线
太阳光强与开路电压和短路电流的关系
1.太阳能电池的历史和应用
温度对电池的影响
随着太阳电池温度的增加， 开路电压减少，在20100C范围，大约每升高 1C每片电池的电压减少 2mV；而光电流随温度的 增加略有上升。总的来说， 温度升高太阳电池的功率 下降，典型功率温度系数 为－0.35%/C。也就是说， 如果太阳电池温度每升高 1C，则功率减少0.35%。
核心：提高逆变效率，降低并网谐波； 难点：并网控制技术；
4. 光伏并网逆变器设计的关键技术-大功率系统
建模和仿真技术
研究基于大型数值模 拟软件Matlab的光伏 逆变器建模技术，及 直接基于State Flow 的DSP微控制器的C++ 源代码仿真技术；实 现控制器源代码直接 基于虚拟仿真平台编 辑和调试。
光伏组件参数解读和逆变器配比
光伏组件参数解读和逆变器配比引言：本文为深圳古瑞瓦特新能源股份有限公司原创作品。
光伏组件是光伏电站最重要的设备之一，成本占了并网系统50%左右，组件的技术参数对系统设计非常重要，只能读懂组件参数，才能正确配置光伏逆变器，下面以多晶硅光伏组件为例，解释光伏组件的关键参数。
一、光伏组件技术规格书中的关键参数1．功率我们常说265Wp光伏组件。
下表的“p”为peak的缩写，代表其峰值功率为265W。
所有的技术规格书中都会标注“标准测试条件”的。
“0~+5”代表是正公差，265W的组件功率范围在265W到270W之间为合格品，下图为常州天合的多晶光伏组件技术规格书一部分。
只有在标准测试条件（辐照度为1000W/m2，电池温度25℃）时，光伏组件的输出功率才是“标称功率”（265W），辐照度和温度变化时，功率肯定会变化。
在非标准条件下，光伏组件的输出功率一般不是标称功率，如下图。
2．效率理论上，尺寸、标称功率相同的组件，效率肯定是相同的。
光伏组件是由电池片组成，一块光伏组件通常由60片（6×10）或72片（6×10）电池片组成，面积分别为1.638m2（0.992m×1.652m）和1.94m2（0.992m×1.956m）。
辐照度为1000W/m2时，1.638m2组件上接收的功率为1638W，当输出为265W时，效率为16.2%，280W时为17%。
3．电压与温度系数电压分开路电压和MPPT电压，温度系数分电压温度系数和功率温度系数。
在进行串并联方案设计时，要用开路电压、工作电压、温度系数、当地极端温度（最好是昼间）进行最大开路电压和MPPT电压范围的计算，与逆变器进行匹配。
二、组件的输出功率组件的组件输出功率，不考虑逆变器等设备因素外，和太阳辐射度和温度有关。
影响辐射度的因素有：1.太阳高度角或纬度：太阳高度角越大，穿越大气的路径就越短，大气对太阳辐射的削弱作用越小，则到达地面的太阳辐射越强；太阳高度角越大，等量太阳辐射散布的面积越小，太阳辐射越强。
光伏组件,逆变器与储能电池间的关系
光伏组件,逆变器与储能电池间的关系光伏组件、逆变器和储能电池是太阳能发电系统中的三个关键组成部分。
它们之间的关系是相互依存、相互配合的。
光伏组件是太阳能发电系统的核心部分，它利用光电效应将太阳辐射能转化为电能。
光伏组件有不同的类型，包括单晶硅、多晶硅和薄膜组件等。
光伏组件通过将太阳光转化为直流电，将其输出到逆变器中。
逆变器是太阳能发电系统中的重要设备，它将光伏组件输出的直流电转换为交流电。
逆变器还具有一些额外的功能，如最大功率点跟踪（MPPT）和电网接入等。
最大功率点跟踪可以确保光伏组件能够以最高效率工作，从而提高发电量。
电网接入功能使得太阳能发电系统可以将电能输送到电网上，并与电网交互。
逆变器还可以监测光伏系统的工作状态，包括电流、电压和发电量等指标。
储能电池是太阳能发电系统中的关键元件，它负责储存由光伏组件发电的电能。
储能电池可以在光照不足或电网无法供电的情况下提供电能，以确保系统的供电稳定性。
储能电池通常是锂离子电池或铅酸电池，它们具有较高的能量密度和充放电效率。
通过与逆变器连接，储能电池可以将存储的电能转换为交流电，并向用户提供电力。
光伏组件、逆变器和储能电池之间相互协调工作，实现太阳能发电系统的高效运行和可靠供电。
首先，光伏组件通过将太阳能转化为直流电提供给逆变器。
逆变器将直流电转换为交流电，并连接到电网上，以供应电力给用户。
同时，逆变器通过最大功率点跟踪技术确保光伏组件以最高效率工作，最大限度地利用太阳能资源。
其次，逆变器还可以监测太阳能发电系统的工作状态，并将数据传送给用户或系统运维人员，从而实现对系统运行状态的实时监测和管理。
最后，储能电池可以提供电力储备，以应对电网故障或光照不足的情况。
当光伏组件发电充裕时，多余的电能可以存储到储能电池中；当光照不足或电网无法供电时，储能电池可以释放储存的电能，以保证系统的连续供电。
总之，光伏组件、逆变器和储能电池是太阳能发电系统中不可或缺的三个组成部分。
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指标 峰值功率(Pmax) 功率冗余（△Pmax） 开路电压（Voc） 短路电流（Isc） 最 佳 工 作 电 压 （ Vmppt ） 最佳工作电流（Imppt） 数值 250 Wp 0/+5 W 37.4 V 8.63 A 30.7 V 8.15 A 15.4 % 1000V DC (IEC) 20 A
多晶硅光伏电池
6
光伏发电基本知识
薄膜光伏电池
采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积在玻璃、不锈钢板、 陶瓷板、柔性塑料片上，制得沉积约1μm厚的薄膜。 产品效率为7%~8%，2010年市场占有率达到5%。 非晶薄膜伏电池 以铜、铟、镓、硒四元化合物半导体为基本材料，在玻璃或其 它廉价衬底上沉积制成的半导体薄膜。产品效率为13%~15%， 2010年市场占有率达到0.5%。 铜铟镓硒薄膜电池 在玻璃或是其它柔性衬底上依次沉积多层碲化镉薄膜而构成的光 伏器件。是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。转换效率
目前250kW逆变器技术最为成熟，
主流产品为500kW，有两台250kW 逆变器构成。 主要用于大型光伏电站。
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光伏发电建设要素
光伏逆变器
1MW光伏系统逆变器房（外观）
逆变器的安装
1MW光伏系统逆变器房（内部）
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变压器房
光伏发电建设要素
光伏逆变器
逆变器参数
最大直流电压 启动电压 满载MPP电压范围 最低电压 最大直流功率 最大输入电流 额定输出功率 最大交流输出电流 额定电网电压 允许电网电压 额定电网频率 允许电网频率 总电流波形畸变率 直流电流分量 功率因数 900Vdc 470V 450~820V 450V 550kWp 1200A 500kW 1176A 270Vac 210~310Vac 50Hz/60Hz 47~52Hz/57~62Hz <3%（额定功率） <0.5%（额定输出电流） 0.9（超前）~0.9（滞后） 98.70%
工作温度范围 -40℃ 至 85℃
额定工作温度
最大功率温度系数 开路电压温度系数 短路电流温度系数
45±2 ℃
-0.45 %/℃ -0.34 %/℃ +0.04 %/℃
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光伏发电基本知识
温度系数的影响
晶硅组件的温度系数仍然高于其他组件，选 型时要综合考虑建设地区极端温度情况。
效率衰减的影响
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光伏发电基本知识
薄膜 光伏 电池
19.9%
13%～15%
硅耗小、成本低、性能 铟硒是稀有元素、 稳定、光谱响应范围大、 规模受限 衰减小
逐步商业量产
碲化镉 (CdTe)
16.9%
10%～12%
高光吸收率、硅耗小、 成本低
碲储量少、镉有毒
以商业量产
国外垄断、国内 很少
聚光 光伏 电池
砷化镓 （GaAs）
43.5%
35%～40%
技术路线 晶体 硅光 伏电 池 单晶硅 多晶硅 非晶硅 铜铟镓硒 （CIS/CI GS） 实验室 效率 24.7% 20.3% 13% 批量产品 效率 16%～19% 15%～17% 7%～8% 优点 工艺成熟，技术完善 工艺成熟，技术完善 工艺简单、硅耗小、成 本低、弱光发电 缺点 硅耗大、成本高 硅耗大、成本高 投资大、有衰减 商业化进度 以商业量产 以商业量产 逐步商业量产 我国的发展 拥有完整产业链 和国际领先企业 拥有完整产业链 和国际领先企业 大批企业介入， 但设备、原材料 被国外垄断 国内少量企业介 入
kW
14
光伏发电基本知识
2008年7月在鄂尔多斯巴拉贡地区实测
的太阳辐射数据
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光伏发电基本知识
1MW电站输出特性分析
各月最大日输出曲线、最小日输出曲线、平均日输出曲线
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光伏发电基本知识
1MW电站输出特性分析
10MW系统年平均输出功率曲线
各月最大交流输出功率
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光伏发电基本知识
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遮挡情况 单个电 池被遮 挡比例 75% 100%
组件功 率损失
66% 75% 93%
3个电池片被遮挡
光伏发电基本知识
太阳能电池组件的性能
阴影对组件的影响——热斑效应
19
光伏发电基本知识
太阳能电池组件的性能
组件性能的匹配 两个性能相同的组件串联到一起时，电流保 持不变，电压将加倍。然而，两个性能不同 的组件串联到一起时，电压仍然叠加，电流 将被限制到略高于组件中电流较小的电池板 产生的电流值。
晶硅光伏电池
薄膜光伏电池
5
聚光光伏电池
光伏发电基本知识
晶硅光伏电池
晶硅光伏电池是以高纯晶体硅为原料的光伏电池。由于 发展早，产业链上各企业生产技术较为成熟，2010年 市场占有率达到87%。
以单晶硅材料为基体
转换效率达到16%~19% 2010年市场占有率达到42%
单晶硅光伏电池
以多晶硅材料为基体 换效率达到15%~17% 2010年市场占有率达到45%
b)
在受到光照时，电 子和空穴分别向两 侧移动
c)
最终在半导体表层 形成电势差
3
光伏发电基本知识
太阳能光伏发电的特点
优点：
1. 太阳能资源取之不尽，用之不竭；
2.
3. 4. 5.
绿色环保。不需要燃料，没有排放，没有
噪声。 应用范围广。 太阳能电池生产资料丰富。 结构简单，安装容易，使用寿命长。
缺点：
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光伏发电基本知识
太阳能电池组件的性能
组件的I-V曲线
组件性能标准测试环境：AM1.5、1000W/m2、25℃
I — 电流； Isc — 短路电流； Im — 最佳工作电流； V — 电压； Vm — 开路电压； Voc — 最佳工作电压； Pm — 最大功率；
ห้องสมุดไป่ตู้13
光伏发电基本知识
太阳能电池组件的性能
1. 能量密度低。地表太阳辐射最高 1200W/m2，一般在1000W/m2。
2.
3. 4. 5. 6.
4
占地面积大。1平方公里装机30~40MW。
间歇性。只在白天发电。 随机性。受气候影响强。 地域依赖性强。 成本较高。
光伏发电基本知识
光伏电池的种类和特点
第一代光伏电池：晶硅光伏电池（单晶硅、多晶硅）； 第二代光伏电池：薄膜光伏电池（非晶硅、铜铟镓硒、碲化镉）； 第三代光伏电池：聚光光伏电池（砷化镓）。
光伏发电建设要素
光伏逆变器
逆变器效率
逆变器将光伏组件产生的直流电转换为交流电的电能转换效率称为逆变器效率。
逆变器效率是变化的； 低负荷状态，效率低； “最大效率”是理想 情况
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光伏发电建设要素
光伏逆变器
逆变器效率
实际工作中逆变器常处于
低负荷工作状态
100%
80%
60%
40%
20%
0% 25 0 2 4 6 8 10 12
目前转换效率达到35%~40%。 结构复杂需要安装双轴跟踪系统。 2010年市场占有率为1%，但未来来前景广阔。
9
聚光光伏电池
聚光倍数100倍以下，主要是用硅基材料太阳电池
聚光倍数100倍以上，主要是砷化镓（GaAs）太阳电池。
5.5mm×5.5mm 10mm×10mm
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光伏发电基本知识
各种光伏电池比较
防孤岛保护
低电压穿越 最大功率点跟踪 电网过/欠压保护 过/欠频保护 恢复并网保护 过流保护 极性反接保护 过载保护功能
最大效率 防护等级
夜间自耗电 允许环境温度 冷却方式 允许相对湿度 允许最高海拔 显示 标准通讯方式 可选通讯方式 外形尺寸（宽x高x深）
IP20（室内）
<100W -25~+55℃ 风冷 0~95%，无冷凝 6000m（超过3000m需降额使用） 触摸屏 RS485 以太网 23 2800x2180x850mm
太阳能电池组件的性能
阴影对组件的影响
一块组件是由多个电池片串联而成。
当组件中的一个电池被阴影遮盖时，
其短路电流会降低，当短路电流低于 串联电路中的工作电流时，会增加功 率损耗，引起过热。甚至造成组件焊 接点熔化，等问题。
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遮挡情况 单个电 池被遮 挡比例 0% 25% 50%
组件功率 损失
0% 25% 50%
光伏电池组件及逆变器 基本知识
华盛集智 刘 鑫
048@
2012-6-1
光伏发电基本知识
太阳能光伏发电的基本原理 太阳能光伏组件种类及特点 太阳电池组件的性能 光伏逆变器
1MW电站输出特性分析
光伏发电基本知识
太阳能光伏发电基本原理
光生伏打效应
a) 半导体中有成对的
空穴和电子
两个性能相同的组件联到一起时，电压保持 不变，电流将加倍。然而，两个性能不同的 组件并联到一起时，电流将增加，电压只是
两者的平均值。
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光伏发电建设要素
光伏逆变器
组串型逆变器
容量一般在1kW到50kW之间。 主要用于规模相对较小的光伏发电 系统。
电站型逆变器
容量一般在100kW到1000kW之间，
达到12%。2010年市场占有率为4.7%。
碲化镉薄膜电池
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光伏发电基本知识
聚光光伏电池
聚光太阳电池是用反射镜或透射镜将太阳光聚焦到几十倍，几百倍甚至上千 倍，然后投射到太阳电池上，使其产生较高光端转换效率。
透射式
反射式
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聚光光伏电池
具有代表性的是砷化镓（GaAs）太阳电池。
聚光倍数达到500~1000倍。