第2章 太阳能光伏发电的系统组成及原理
第2章太阳能光伏发电的系统组成及原理
太阳能光伏发电系统具有没有转动部件，不产生噪声；没有空气污染，不排放废水；没有燃烧过程，不需要燃料；维修保养简单，维护费用低；运行可靠性、稳定性好的特点；作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达25年以上，因此，太阳能光伏发电是太阳能最重要利用形式之一，本章重点介绍独立型太阳能光伏发电系统、并网型光伏发电系统的组成及原理。
2.1太阳能光伏发电系统的工作原理
太阳光发电是指直接将太阳光能转变成电能的发电方式。通常人们所说太阳光发电就是指太阳能光伏发电。而光伏发电是利用太阳电池这种半导体电子器件的光生伏打效应，有效地吸收太阳的辐射能，并使之直接转变为电能。
太阳能光伏发电系统是利用以光生伏打效应原理制成的太阳电池将太阳能直接转换成电能，也叫做太阳电池发电系统。太阳能光伏发电系统由太阳电池组（方阵）、控制器、蓄电池（组）、直流─交流逆变器、测试仪表和计算机监控等电力设备或其他辅助发电设备组成，其系统组成如图2.1所示。
2.2 太阳能光伏发电系统的运行方式
太阳能光伏发电目前工程上广泛使用的光电转换器件多采用晶体硅太阳电池组件，基于晶体硅太阳电池的生产工艺技术成熟，已进入大规模产业化生产，现已广泛应用于工业，农业、科技、国防和人民生活的各个领域，并发挥着越来越大的作用。不久的将来，太阳能光伏发电将成为重要的发电方式，在世界可持续能源结构中占有一定比例。
光伏系统应用非常广泛，对于地面用太阳能光伏发电系统，其应用的基本形式可分为两大类：没有与公用电网相连接的太阳能光伏系统称为离网太阳能光伏发电系统，也称为独立太阳能光伏发电系统。它通常用作便携式设备的电源，向远离现有电网的地区或设备供电，以及用于任何不想与电网发生联系的供电场合。如为公共电网难以覆盖的边远农村、海岛、
通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵、无电缺电地区户、边防哨所等场合提供电源。另外与公共电网相连接，共同承担供电任务的太阳能光伏发电系统称为并网太阳能光伏发电系统，也称为联网太阳能光伏发电系统。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之一的重要方向，也是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。而并网太阳能光伏发电系统具有许多独特的优越性：
（1）可以对电网调峰，提高电网末端的电压稳定性，改善电网的功率因数，有效地消除电网杂波。
（2）所发电能回馈电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池。与独立太阳能光伏系统相比可减少建设投资35%─45%，发电成本大大降低。
（3）光伏电池与建筑完美结合，既可发电又可作为建筑材料和装饰材料，使资源充分利用，发挥多种功能。
（4）出入电网灵活，既有利于改善电力系统的负荷平衡，又可降低线路损耗。
随着技术发展和世界经济可持续发展的需要，越来越多的国家开始有计划地推广城市光伏并网发电，其中太阳电池与建筑相结合的并网屋顶太阳能光伏发电系统—光伏建筑一体化(BIPV)是众多发达国家竞相发展的热点，发展迅速，市场广阔，前景诱人。目前并网太阳能光伏发电系统在我国还处于实验示范的起步阶段，远远落后于美国、欧洲、日本等发达国家。我国太阳电池多数是用于独立光伏发电系统，到2010年以前这种现象不会有很大改变，仍然是以独立发电系统为主。将来不久，中国光伏发电的市场将会由独立发电系统转向并网发电系统，主要是建设户用屋顶光伏发电系统和MW级集中型大型并网发电系统等，同时在交通工具和城市照明等方面大力推广太阳能光伏系统的应用。
2.3 太阳能光伏发电系统的组成
2.3.1独立太阳能光伏发电系统的组成
独立运行的光伏发电系统可根据用电负载的特点，分为直流系统、交流系统和交直流混合系统。其主要区别是系统中是否带有逆变器。独立太阳能光伏发电系统如图2.2 所示，它主要由太阳电池方阵、储能装置(蓄电池组）、直流─交流逆变装置、控制设备与连接装置等组成。
1. 太阳电池方阵
太阳能光伏发电的最核心的器件是太阳电池。商用的太阳电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等几种类型。目前在研究的还有纳米氧化钛敏化电池、多晶硅薄膜以及有机太阳电池等。目前世界上多采用硅太阳电池，即单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池。
太阳电池单体是用于光电转换的最小单元，一般不能单独作为电源使用。尺寸通常为2cm×2cm到目前的15cm×15cm。太阳电池的单体工作电压为400mV~500mV，工作电流为20~25mA/cm2，远低于实际应用所需要的电压值。为了满足实际应用的需要，需要把太阳电池连接成组件。太阳电池组件包含一定数量的太阳电池，把这些太阳电池通过导线连接。一个组件上，太阳电池的标准数量是36个或40个（10×10cm2)，这意味着一个太阳电池组件大约能产生16V的电压，正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。
太阳电池组件种类繁多，根据太阳电池片的类型可分为：单晶硅组件、多晶硅组件，砷化镓组件、非晶硅薄膜电池组件等，其中晶体硅（包括单晶硅和多晶硅）太阳电池组件约占市场的80%─90%。封装材料与工艺也有所不同，主要分为环氧树脂胶封、层压封装、硅胶封装等。目前用得最多的是层压封装方式，这种封装方式适宜于大面积电池片的工业化封装。同类太阳电池组件根据峰值功率、额定电压又可以分为不同型号。
将太阳电池组件经过串、并联安装在支架上，就构成了太阳电池方阵，它可以满足负载所要求的输出功率，如图2.3所示。
图2.3太阳电池单体、组件和方阵
2. 防反充二极管
防反充二极管又称阻塞二极管，在太阳电池组件中其作用是避免由于太阳电池方阵在阴雨和夜晚不发电或出现短路故障时，蓄电池组通过太阳电池方阵放电。防反充二极管串联在太阳电池方阵电路中，起单向导通作用。因此它必须保证回路中有最大电流，而且要承受最大反向电压的冲击。一般可选用合适的整流二极管作为防反充二极管。
3. 蓄电池组
蓄电池组的作用是贮存太阳电池方阵受光照时所发出的电能并能随时向负载供电。在为太阳能光伏发电系统选择蓄电池时，要考虑电压电流特性等电气性能，还要求蓄电池组的自放电率低，使用寿命长，深放电能力强，充电效率高，可以少维护和免维护，工作温度范围宽，价格低廉等，再在此基础上考虑经济性选择最佳。蓄电池分为铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂蓄电池等。目前我国与太阳能光伏发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镍镉蓄电池。配套200Ah以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封免维护型铅酸蓄电池；配套200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护型铅酸蓄电池。
4. 控制设备
控制设备是太阳能光伏发电系统中的重要部分之一。系统中的控制设备通常应具有以下功能：①信号检测：检测光伏发电系统各种装置和各个单元的状况和参数，可以对系统进行判断、控制、保护等提供依据。需要检测的物理量有输入电压、充电电流、输出电压、输出电流以及蓄电池温升等。②蓄电池的充放电控制：一般蓄电池组经过过充或过放电后会严重影响其性能和寿命，所以充放电控制设备是不可缺少的。控制设备可根据当前太阳能资源情况和蓄电池荷电状况，确定最佳充电方式，以实现高效、快速充电并对蓄电池放电过程进行管理，如负载控制自动开关机、实现软启动、防止负载接入时蓄电池端电压突降而导致的错误保护等。③其他设备保护：系统所连接的用电设备，在有些情况下需要由控制设备来提供保护，如系统中因逆变电路故障而出现的过电压和负载短路而出现的过电流等，如不及时加以控制，就有可能导致系统或用电设备损坏。④故障诊断定位：当系统发生故障时，可自动检测故障类型，指示故障位置，对系统进行维护提供便利。⑤运行状态指示：通过指示灯、显示器等方式指示光伏系统的运行状态和故障信息。
太阳能光伏发电系统在控制设备的管理下运行。控制设备可以采用多种技术方式实现其控制功能。比较常见的有逻辑和计算机控制两种方式。
5. 逆变器
逆变器是将直流电转变成交流电的一种设备。它是光伏系统中的重要组成部分。由于太阳电池和蓄电池发出的是直流电，当负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。通常逆变器不仅可以把直流电转换为交流电，也可以如下所述那样，具有使太阳电池最大限度地发挥其性能，以及出现异常和故障时保护系统的功能等。①有效地去除受天气变化影响的太阳电池的输出功率，具有自动运行停止功能及最大功率跟踪控制功能。②为保护系统，具有单独（孤岛）运行防止功能及自动调压功能。③当系统和逆变器出现异常时，可以安全地分离或使逆变器停止工作。
逆变器按运行方式，可分为独立运行(离网)逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能光伏发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能光伏发电系统，将发出的电能馈入电网。逆变器按输出波形又分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器，电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器，成本高，但可以适用于各种负载。从长远看，正弦波逆变器将成为发展主流。
6. 测量设备
对于小型太阳能光伏发电系统，一般只需要进行简单的测量，如蓄电池电压和充放电操作电流，这时测量所用的电压表和电流表一般就装在控制器上。对于太阳能通信电源系统、管道阴极保护系统等工业电源系统和中大型太阳能光伏电站，往往要求对更多的参数进行测量，如测量太阳辐射能，环境温度，充放电电量等，有时甚至要求具有远程数据传输、数据打印和遥控功能。而为了得到这种较为复杂的测量，就必须为太阳能光伏发电系统配备数据采集系统和微机监控系统。
2.2.3 并网太阳能光伏发电系统的组成
并网光伏系统如图2.4所示，这种光伏发电系统实质上与其他类型的发电站一样，可为整个电力系统提供电力。并网太阳能光伏发电系统分为集中大型并网光伏系统（大型集中并网光伏电站）和分散式小型并网光伏发电系统（屋顶光伏系统或住宅并网光伏系统）两大类型。前者功率容量通常在兆瓦级以上，后者则在千瓦级至百千瓦级之间。
大型集中并网光伏发电站的主要特点是系统所发的电能被直接输送到电网上，由电网统一调配向用户供电。大型并网光伏电站的建设，投资巨大，建设期较长，需要复杂的控制及配电设备，同时需要占用大片土地，同时其发电成本目前要比市电贵，因此其发展受到很多限制。但随着太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段，建设这种大型并网光伏电站就是必然趋势。目前在大型并网光伏电站的发展上，国外较国内发展早且技术较为成熟。世界上最大的10兆瓦以上的大型并网光伏电站都集中在欧美。例如西班牙Beneixama （Alicante Province）20MW并网光伏电站、西班牙Salamanca Kyocera 13.8MW 并网光伏电站、西班牙Murcial2.7MW并网光伏电站、美国Nevada Nellis Air Force Basel5MW并网光伏电站及葡萄牙Serpa 11MW并网光伏电站目前都已建成并投入运行。还有德国Rhineland - Palatinate州的Brandis投资1.3亿欧元正在建设中的40MW并网光伏电站（见组图2.5）。相比国外，国内现建成的最大的并网光伏电站有上海崇明岛前卫村1MW太阳能并网光伏电站和深圳国际园林花卉博览园1MW P并网光伏电站（见组图2.6）。
图2.4 并网光伏发电系统示意图
与大型并网光伏系统相比，住宅并网光伏发电系统，特别是与建筑相结合的住宅屋顶并网光伏系统，由于具有许多优越性，建设容易，投资不大，许多国家又相继出台了一系列激励政策，因而在各发达国家备受青睐，发展迅速，成为主流。住宅并网光伏发电系统的主要特点是所发的电能直接分配到住宅（用户）的用电负载上，多于或不足的电力通过连接电网来调节。根据并网光伏发电系统是否允许通过供电区变压器向主电网馈电，分为逆潮流和非逆潮流并网光伏发电系统两种。逆潮流系统（见图2.7），是在光伏系统中产生剩余电力时将该电能送入电网，由于是同电网的供电方向相反，所以成为逆潮流。在光伏发电系统中产生的剩余电力，逆潮流系统采用由电力公司购买剩余电力的制度。因为光伏系统由天气决定其输出功率，为了使住宅等使用稳定的电，有必要和电力公司的电力系统并网运行。当太阳电池的输出功率不能满足某一区域需求的情况下，不足部分是由电力公司的电网补充；相反，太阳电池的输出电力的剩余部分，则向电力公司的电网逆潮流送入，由电力公司买进。现在，住宅用光伏系统几乎都采用逆潮流系统。非逆潮流系统（见图2.8），在区域内的电力需求通常比光伏系统的输出电力大，因此在不可能产生逆潮流电力的情况下被采用，即光伏系统与电网形成并联向负载供电。因为在非逆潮流系统中无法确认光伏系统产生的剩余电力是否逆潮流送入电力公司电网，所以该系统应具有及时产生很小的逆潮流电流的场合，降低光伏系统的输出电力或者停止光伏系统运行的功能。
住宅并网光伏系统又有户用系统和区域系统之分。户用系统，装机容量较小，一般为1kWp~5kW P，为自己单独供电并自行管理，独立计量电量。区域系统，装机容量较大一些，一般为50kW P~300kW P，为一个小区或一栋建筑物供电，统一管理，集中分电量。还可根据并网光伏系统是否配有储能装置，分为有储能装置无储能装置并网光伏发电系统。配有少量蓄电池的系统，称为有储能系统。不配置蓄电池的系统，称为无储能系统。相比不需储能系统的有储能系统的主动性较强，当出现电网限电、停电、掉电等情况时仍可正常供电。住宅并网光伏发电系统通常是白天光伏系统发电量大而负载耗电量小，晚上光伏系统不发电而负载用电量大。光伏系统与电网相连，就可将光伏系统白天所发的多于电力“储存”到电网中，待用电时随时取出，省掉了储能蓄电池。
并网光伏发电系统主要由太阳电池方阵、并网逆变器和控制监测系统设备等三个重要部分构成。
1. 太阳电池方阵
太阳电池方阵由大量的光伏组件串并联构成。光伏组件包括晶体硅光伏组件、薄膜组件、跟踪组件和聚光光伏组件等。它是光伏系统的核心，在系统中太阳电池所占投资比重最大，因此选择合乎系统需要的光伏组件，对整个系统都有重要影响。在选择组件时首先要求具有非常好的耐气候性，能在室外严酷的条件下长期稳定可靠地运行，同时具有高转换率和廉价
性。另外选择光伏组件时任何生产厂家生产的光伏组件都必须经过中国国内的常规检测或国际著名机构的认证，如通过GB/T9535或IEC 61215的测试及GB/T 18911 - 2002/IEC 61646：1996的测试。目前光伏系统中的太阳电池方阵还主要采用以晶体硅为主要材料的太阳电池组件，同时也可辅助采用部分成熟的薄膜太阳电池组件及跟踪和聚光组件等。考虑了光伏组件的选型后，要将平板式的地面型太阳电池方阵安装在方阵支架上，用于支撑太阳电池组件。支架可分为固定式和跟踪式两种。
2. 并网逆变器
并网逆变器(功率变换器)如图2.9所示，由将直流电转变为交流电的逆变器和当系统发生故障时保护系统的并网保护装置构成。因为功率变换器的主要部分是逆变器，所以它也可称为逆变器。所谓逆变器就是把直流电能转变为交流电能供给负载的一种电能转变装置，它正好是整流装置的逆向变换功能器件，因而被称之为逆变器。逆变器的重要的性能参数有：额定输出、容量输出、电压稳定度、整机效率、保护功能、启动性能。
在优化设计中，主要考虑逆变器的实际效率，应达到90%以上。作为大型并网光伏系统中应用的逆变器，除了具有直流─交流转换功能外，还必须具有光伏阵列的最大功率踉踪功能和各种保护功能，为了不对公用电网造成不利影响，要求输出抑制谐波电流的电流。因此在设计时有很多特殊的设计与使用上的要求，如考虑输出功率和瞬时峰值功率，逆变器输出效率、输出波形及逆变器输入直流电压的问题，这些是检验逆变器技术性能的重要指标。另外当系统并网运行时，为避免对公共电网的电力污染，要求逆变器电源输出正弦波电源，并且“孤岛”检测保护响应快、可靠性好。
一般情况下，单台逆变器容量越大，单位造价相对越低，但是考虑到单台逆变器容量过大，在故障情况下对整个系统影响较大，所以需要结合光伏组件安装场地的实际情况，选择额定容量适当的并网逆变器。并网逆变器单台容量目前国产最大可达到500kW，国外产品现
已达到l000kW，如德国SMA公司SC1000MV，额定容量l000kW，重量35t。但是考虑大功率光伏电站的安全及经济运行，并网逆变器可以考虑分散组成相对独立并网的方式，这有利于整个光伏发电系统的稳定运行。对于兆瓦级的并网光伏电站可选用寿命长，可靠性高，效率高，噪声和谐波少，启动、停止平稳并可进行多机并联的产品。另外根据相关国际标准光伏并网逆变器输出的并网电流波形总谐波畸变率（THD）应小于5%，各次谐波畸变率小于3％。为了使光伏并网逆变器输出的并网电流满足例如IEEE 929.IEC61727还有IEC61000-3-2等相关国际或欧洲标准，对并网光伏发电系统的电路拓扑结构以及控制策略都提出了更高的要求。
3. 控制监测系统
对于并网光伏系统中的控制监测设备通常是与逆变器设置在一起，通过电子装置与外部计算机连接可以对整个电站的运行状况进行实时测量和监控。因为控制装置的存在可以对系统起到控制及并网保护的作用，因此在设计监控系统时应保证为有效取出受天气变化影响太阳电池的输出效率，使其具有最大功率跟踪控制功能，并具有自动运行、停止等功能。另外通过太阳能光伏发电系统的测量设备和显示装置，可以监视整个系统运行状态，掌握发电量，收集评价系统性能的数据。
4. 其他
并网光伏系统除了以上的主要硬件设施，还包括配电系统设计，以及系统的基础建设等。上述各种设备在设计和选取过程中要综合考虑系统所在地的实际情况、系统的规模、客户的要求等因素，并参考国家标准正确合理的做出判断。
2.3.3安全保护及“孤岛效应”防护手段
因为太阳能电池方阵的面积宽，而且安装在没有遮盖物的室外，因此容易受到雷电引起的过高电压影响。为保证电力系统的安全运行和光伏发电及附属设施的安全，大型并网光伏电站必须有良好的避雷、防雷及接地保护装置。避雷和防雷的设计可参考GB50057-94《建筑防雷设计规范》，接地则参考GB50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》的要求。
根据规范要求在考虑避雷、防雷的措施时要将整个场地划入保护范围内，对于直接落到太阳电池方阵、低压配电线路、电气设备及其配线等处以及其近旁的直击雷，可以通过在高处安装避雷针防止雷击，但应尽量避免避雷针的投影落在太阳电池组件上。对于由感应雷引起的雷电浪涌，应保证全部不带电的金属物都要可靠接地，每件金属物品都要单独接到接地干线，不允许串联后再接到接地干线上。对于雷雨多发的地域，在交流电源侧安装耐雷变压器会更加安全。线路的防雷，通常可以安装避雷器(一般选择放电电流额定值大的避雷器），
连接在导线与地之间，保护电站和电力设备不受线路侵入的雷电流的危害。
系统接地保护的设计，要求接地都要连接在一个接地体上，接地电阻满足其中的最小值，不允许设备串联后再接到接地干线上。大型并网光伏电站对接地电阻值的要求较严格，所有电气设备的接地电阻＜4Ω，并满足电子设备的金属屏蔽接地和逆变器、变压器等工作接地的要求；防雷接地应该独立设置，要求R≤30Ω，且和主接地装置在地下的距离保持在3m以上；在中性点直接接地的系统中，要求重复接地，R≤10Ω。
“孤岛效应”指在电网失电情况下，发电设备仍作为孤立电源对负载供电这一现象。“孤岛效应”对设备和人员的安全存在重大隐患，体现在以下两方面：一方面是当检修人员停止电网的供电，并对电力线路和电力设备进行检修时，若并网光伏电站的逆变器仍继续供电，会造成检修人员伤亡事故；另一方面，当因电网故障造成停电时，若并网逆变器仍继续供电，一旦电网恢复供电，电网电压和并网逆变器的输出电压在相位上可能存在较大差异，会在这一瞬间产生很大的冲击电流，导致设备损坏。
对于“孤岛效应”的检测防护，可以在逆变器内设置防护功能。这里有两种方式对“孤岛效应”进行检测。作为被动方式，捕捉从并网到孤岛运行过渡时的电压波形和相位变化等来判断电网是否失电；主动方式是经常给逆变器带来变动因素，这种要素在并网运行时没有体现在输出上，而在孤岛运行时则体现出来的检测异常的方式。表2.1所示为各方式的概要。其中一种方法就是通过测量逆变器输出的谐波电流在并网点所产生的谐波电压值，通过计算电网阻抗来进行判断，当电网失电时，会在电网阻抗参数上发生较大变化，从而判断是否出现了电网失电情况。当逆变器检测到电网失电后，会立即停止光伏电站的运行。当电网恢复供电后，并网逆变器不能立即开始工作，需要对电网的电信号进行检测等其恢复正常，再投入运行。需要指出，任何一种“孤岛效应”的检测方法均具有其局限性，需要同时从电站管理上来杜绝检修人员伤亡事故的发生，当停电对设备和线路进行检修时，需要先断开并网逆变器。
【思考题】
2-1太阳能光伏发电系统的工作原理是什么？
2-2太阳能光伏发电系统的应用方式有哪些？各自的主要特点是什么？2-3旁路二极管有什么作用？
2-4简述太阳能并网光伏发电系统的组成及安全保护？
太阳能光伏发电系统的工作原理
太阳能光伏发电系统的工作原理太阳能光伏发电系统是一种利用太阳光转化为电能的可再生能源发电系统。它由太阳能电池板、逆变器、储能设备和电网组成。本文将详细介绍太阳能光伏发电系统的工作原理。 一、太阳能电池板的工作原理 太阳能电池板是太阳能光伏发电系统的核心组件，它的工作原理基于光电效应。当太阳光照射在太阳能电池板上时，光束中的能量将被光敏材料吸收。太阳能电池板上的光敏材料，通常是由硅、硒化镉等半导体材料制成的。光敏材料吸收光能后，部分电子会被激发出来，形成电流。这个过程称为光电转化。 二、逆变器的工作原理 光伏发电系统产生的电流是直流电（DC），而家庭和工业用电系统使用的是交流电（AC）。逆变器的作用就是将太阳能电池板输出的直流电转换为交流电，以供电网使用。逆变器利用电子元件和电路来实现这一转换过程。 逆变器首先将直流电输入，然后经过整流和滤波处理，得到稳定的直流电信号。接下来，逆变器将直流电信号转换为交流电信号，通过控制开关元件的开关状态来改变电流的方向和大小。最终，逆变器输出的交流电信号满足电网的要求。 三、储能设备的工作原理
太阳能光伏发电系统在太阳充足时会产生过剩的电能，而当天气阴 天或夜晚时则无法获得太阳能。因此，储能设备的作用就是将白天产 生的多余电能储存起来，供夜晚或低充电时使用。 常见的储能设备包括蓄电池和储能装置。蓄电池是一种将电能以化 学能形式储存的设备。它通过充放电过程，将电能转化为化学能或从 化学能转化为电能。储能装置则多采用超级电容器、储能飞轮等技术，具备更高的储能效率和更长的使用寿命。 四、光伏发电系统与电网的连接 光伏发电系统通过与电网的连接，实现电能的输送与共享。当太阳 能光伏发电系统产生的电能超过自身需求时，多余的电能会流入电网，按照合同约定与电网运营商进行结算。而在天气不佳或光伏发电系统 产生的电能不足时，可以从电网中购买所需的电能。 这种与电网的互动使光伏发电系统具备了可持续发展和经济可行性。光伏发电系统的并网运行，为实现清洁能源的利用和减少化石燃料消 耗作出了重要贡献。 总结： 太阳能光伏发电系统利用太阳能电池板将太阳光转化为电能，经过 逆变器的转换和储能设备的储存，最终将电能接入电网。光伏发电系 统具备环保、可再生和经济可行性等优势，是未来能源发展的重要方向。随着技术的不断进步和成本的降低，太阳能光伏发电系统的广泛 应用将为人类创造更加清洁和可持续的能源未来。
光伏电站系统原理及组成
光伏电站及户用光伏系统运营维护模式 光伏电站系统原理及组成一、光伏系统的工作原理（图1） 页脚内容
工作原理：白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。 二、光伏系统的组成 光伏系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜等设备组成。其各部分设备的作用是： ⑴太阳能电池方阵：在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。 ⑵蓄电池组：其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a.自放电率低；b.使用寿命长；c.深放电能力强；d.充电效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。目前我国与太阳能发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。配套200Ah以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封式免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为2V DC；配套200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为12V DC。
光伏发电原理
光伏发电原理 1.光伏发电系统组成及运行方式 1.1离网型光伏发电系统的组成 一般来说，离网型太阳能光伏发电系统由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、逆变器等部分组成。 1.1.1太阳能电池方阵 太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为2cm×2cm到15cm×15cm不等，单体工作电压为0.45-0.5V，工作电流为20-25mA/cm2。太阳能组件是将太阳能电池单体进行串并联封装后形成的，其功率一般为几瓦、几十瓦、可以单独使用。当应用领域需要较高的电压电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件连成太阳能电池方阵，以获得需要的电压电流。 单体组件阵列 1.1.2防反充二极管 又称阻塞二极管，其作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和夜晚不发电时或出现短路故障时，蓄电池组通过太阳能电池方阵放电。它串联在太阳能电池方
阵电路中，其单向导通作用，一般选用合适的整流二极管即可。 1.1.3蓄电池组 蓄电池的作用是储存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并随时向负载放电。对其的基本要求有：（1）自放电率低（2）使用寿命长（3）深放电能力强（4）充电效率高（5）少维护或免维护（6）工作温度范围宽（7）价格低廉。目前我国与太阳能系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池。 1.1.4控制器 光伏发电系统的核心部件之一，其一般具备如下功能：（1）信号检测检测光伏发电系统各装置和各单元的状况与参数，检测的物理量有输入电压、充电电流、输出电压、输出电流以及蓄电池温升。（2）最优充电控制根据当前太阳能资源情况和电池状态确定最佳充电方式，实现高效快速的充电。（3）蓄电池放电管理对蓄电池放电过程进行管理，如负载控制自动开关机，实现软启动、防止负载接入时蓄电池端电压压降而导致的错误保护。（4）设备保护控制系统中因逆变器故障而出现的过电压和负载短路引起的过电流。（5）运行状态指示通过指示灯、显示器等方式指示光伏系统的运行状态和故障信息。 1.1.5逆变器 逆变器是将直流电转换为交流电的设备，由于太阳能电池方阵和蓄电池组发出的是直流电，而当负载是交流负载时，逆变器是不可缺少的。逆变器按运行方式可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能发电系统，将发出的电馈入电网。逆变器按输出波形可分方波逆变器和正弦逆变器，方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求的系
光伏发电系统的工作原理与构成
光伏发电系统的工作原理与构成光伏发电系统是一种利用太阳能转换为电能的设备，它由太阳能电 池板、逆变器、电池组和配电系统等组成。本文将详细介绍光伏发电 系统的工作原理与构成，并探讨其在可再生能源领域的重要性。 一、工作原理 光伏发电系统的工作原理基于光伏效应，即光照射到太阳能电池板 上时，光子激发太阳能电池板中的电子，将其释放为电流。太阳能电 池板由多个光伏电池组成，光伏电池通常由硅材料制成，其表面覆盖 着p型和n型半导体。当光照射到太阳能电池板表面时，光子的能量 将电子从价带激发到导带，这些自由电子随即形成电流。 二、构成要素 1. 太阳能电池板（光伏电池阵列） 太阳能电池板是光伏发电系统的核心组件，由若干个光伏电池串联 或并联而成。电池板表面通常覆盖着抗反射涂层，以提高光的吸收效率。它们能将太阳能转化为直流电能，为后续的能源转换和利用提供 动力。 2. 逆变器 逆变器是将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电的装置。由于 国家电网为交流电供电，所以逆变器在光伏发电系统中起到重要作用。
逆变器能够将直流电转换为与国家电网标准相同的交流电，以供给民 用电器使用或并网发电。 3. 电池组 电池组是储存电能的装置，主要用于在夜间或光照不足时提供电力。电池组通常由多个蓄电池串联而成，能够将光伏发电系统多余的电能 进行储存，以备不时之需。 4. 配电系统 配电系统是将太阳能电池板、逆变器和电池组之间的电能进行分配 和传输的系统。它包括电线、开关、保险丝等元件，能够合理地分配 电能，保障电力传输的安全和稳定。 三、可再生能源的重要性 光伏发电系统作为可再生能源的重要代表，具有以下优点： 1. 环保节能 光伏发电系统不产生任何二氧化碳等有害气体，相比传统的化石燃 料发电方式更加环保，有助于减少大气污染和温室气体排放。同时， 光伏发电系统利用的是太阳能资源，不需要额外的能源供给，具有自 给自足的特点。 2. 可持续发展 太阳能作为一种可再生能源，具有无限的潜力和持久的供应。相对 于有限的化石燃料资源，太阳能不会枯竭，能够持续供应电力需求。
光伏发电系统的构成与工作原理
光伏发电系统的构成与工作原理 一、引言 光伏发电系统是通过太阳能光伏电池将太阳光转化为电能的一种可再生能源发电方式。该系统由多个组成部分构成，包括光伏电池、逆变器、电池组和电网接口等。本文将详细介绍光伏发电系统的构成和工作原理。 二、光伏电池 光伏电池是光伏发电系统的核心组件，它能够将太阳光中的光能直接转化为电能。常用的光伏电池包括单晶硅、多晶硅和非晶硅等材料制成的太阳能电池。 光伏电池的结构一般由P-N结构组成，其中P层富含正电荷，N层富含负电荷。当太阳光照射到光伏电池上时，会激发电荷在P-N结构之间移动，产生电流。这种直接利用光能转化为电能的过程称为光伏效应。 三、逆变器 光伏电池产生的电流是直流电，而我们日常使用的家电设备一般是交流电。为了能够将光伏电池产生的直流电转化为交流电，需要使用逆变器。
逆变器是光伏发电系统中的重要组件，它能够将光伏电池产生的直 流电转化为交流电。逆变器可以根据需要调整输出的电压和频率，以 满足不同家电设备的需求。 四、电池组 在光伏发电系统中，电池组的作用是储存电能。由于太阳能不是全 天候都能供应，因此需要一个电池组来储存白天产生的多余电能，以 备晚上或阴天使用。 电池组一般由多个电池串联或并联组成，可以根据实际需求增加或 减少电池数量。电池组能够稳定供电，保证系统的连续工作。 五、电网接口 光伏发电系统一般会连接到电网上，以便将多余的电能供应给电网，或在光伏电池供电不足时从电网获取所需电能。 电网接口是光伏发电系统与电网之间的连接点，它一方面能够将光 伏发电系统产生的多余电能注入电网，另一方面能够从电网获取所需 的电能。 六、工作原理 光伏发电系统的工作原理可以概括为以下几个步骤： 1. 光线照射：太阳光照射到光伏电池上。 2. 光伏效应：光线激发电荷在P-N结构之间移动，产生电流。 3. 电流输出：通过连接电池组和逆变器等设备，将电流输出。
太阳能光伏发电的工作原理
太阳能光伏发电的工作原理太阳能光伏发电是一种通过将太阳能转化为电能的技术。它利用太阳辐射中的光子能量，通过光电效应将其转化为电能。下面将详细介绍太阳能光伏发电的工作原理。 一、光电效应原理 光电效应是指当光照射到某些金属或半导体表面时，光子能量被吸收并导致材料中电子的跃迁。当光子能量大于或等于材料的带隙能量时，电子会被激发并跃迁到导带中，从而形成电流。这是太阳能光伏发电的基本原理。 二、光伏电池的组成结构 光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心组件。它由多个层次的结构组成，包括表面玻璃、透明导电层、P型半导体层、N型半导体层和背面金属电极等。 1. 表面玻璃：光伏电池顶部的表面玻璃用于保护内部的元件，同时具有良好的透明性，使太阳光能够进入电池内部。 2. 透明导电层：光伏电池的透明导电层通常由氧化锌或氧化铟锡等材料组成，它在阻挡外界尘埃和湿气的同时，也能传导电流。 3. P型半导体层：光伏电池中的P型半导体层通常使用硼杂化的硅材料，它具有电子亏缺的特性。
4. N型半导体层：光伏电池中的N型半导体层通常采用磷杂化的硅材料，它具有电子富集的特性。 5. 背面金属电极：背面金属电极主要用于收集电子，并将电流从光伏电池传导出来。 三、光伏电池的工作过程 太阳能光伏发电的工作过程主要分为光伏电池的吸收、电荷分离和电场驱动等步骤。 1. 光伏电池的吸收：当阳光照射到光伏电池表面时，光线会通过表面玻璃进入到电池内部。在进入电池内部后，光线会与半导体层相互作用。 2. 电荷分离：光线与半导体层相互作用时，光子能量会激发半导体中的电子。P型半导体中的电子将被吸引到N型半导体层，而P型半导体中的空穴将向P型半导体层移动。 3. 电场驱动：由于在P型半导体层和N型半导体层之间形成了电势差，电子和空穴将被电场驱动，从而形成了电流。这个电流可通过电池的导线传输到外部电路中进行使用。 四、太阳能光伏发电系统的应用 太阳能光伏发电系统的应用非常广泛，从小型家庭太阳能发电系统到大型商业太阳能发电站。以下是一些主要的应用领域：
太阳能光伏发电系统的工作原理
太阳能光伏发电系统的工作原理 太阳能光伏发电系统是利用太阳能将光能转化为电能的一种可再生能源发电方式。光伏发电系统由多个组件组成，包括太阳能电池板、逆变器、电网接入、电池储能系统等。以下是太阳能光伏发电系统的工作原理的详细解释： 1. 太阳能电池板的光吸收和电能转换： 太阳能电池板是整个系统的核心组件，它由多个光电池片组成。当太阳光照射到光电池片上时，光子的能量将激发光电池片中的电子。这些激发的电子通过固定的电子流动路径形成电流，产生直流电能。 2. 直流电转换为交流电： 由于太阳能电池板输出的电能是直流电，而生活中大部分电器设备使用的是交流电，因此需要通过逆变器将直流电转换为交流电。逆变器能够将直流电的电流和电压进行调整，使其符合电网的交流电标准。 3. 电网接入和电能供应： 经过逆变器转换后的交流电能可直接接入电网供电。当太阳能电池板所产生的电能超过使用需求时，多余的电能可以流入电网，并向其他用户供电。而当太阳能电池板所产生的电能不足以满足使用需求时，电网将自动补充电能。 4. 电池储能系统： 光伏发电系统中还可以加装电池储能系统，用于存储多余的电能。当太阳光不足或夜间时，电池可以释放储存的电能，供电给用户使用。这种方式可以解决夜间或光照不足时的电能需求问题。 5. 监测和控制系统：
光伏发电系统通常还配备有监测和控制系统，用于实时监测系统的运行状态和 各个组件的工作情况。通过监测和控制系统，可以及时发现并解决系统中可能出现的故障，并保持系统的稳定运行。 总结起来，太阳能光伏发电系统的工作原理如下： 1. 太阳能电池板吸收光能并将其转换为直流电； 2. 逆变器将直流电转换为交流电，使其符合电网标准； 3. 交流电可直接接入电网供电，满足用户的使用需求； 4. 电池储能系统可存储多余的电能，并在需要时供电； 5. 监测和控制系统用于实时监测和维护系统运行。 太阳能光伏发电系统在可再生能源中具有重要的地位，其工作原理清晰明确。 通过提高太阳能电池板的光电转换效率、加强逆变器的稳定性和控制系统的可靠性，光伏发电系统的发展前景将更加广阔。这种清洁的能源形式不仅有助于减少对传统能源的依赖，还对环境保护产生积极的影响，值得我们进一步研究和推广应用。
光伏发电原理及系统基本构成
光伏发电原理及系统基本构成 光伏发电是一种利用太阳辐射能直接将光能转化为电能的技术。光伏 发电系统主要由光伏电池组件、光伏组件支架、光汇流排、光电控制及能 量变换装置等组成。 光伏电池组件是光伏发电系统的核心部分，由多个光伏电池单元组成。常见的光伏电池有单晶硅、多晶硅和非晶硅等，其工作原理都是利用光电 效应将太阳能转化为电能。 光伏电池组件需要通过光伏组件支架进行安装。光伏组件支架通常由 钢铁材料制成，具有强度高、抗风性能好的特点，可确保光伏电池组件在 固定的位置上稳定地工作。 光伏组件支架上设置有光汇流排，其作用是将光伏电池组件中产生的 电流连接起来，形成一个电路，使得电流能够顺利地流动到充电和逆变装 置中。 光电控制是光伏发电系统的重要组成部分，负责控制光伏电池组件的 工作状态。光电控制根据光照强度的变化，调整光伏电池组件的工作电流 和电压，保持其在最佳工作点上。 能量变换装置是将光伏电池组件产生的直流电能转化为交流电能的装置。能量变换装置通常由逆变器组成，它将直流电能转化为交流电能，以 供应给家庭、工厂或其他用电设备使用。 在一个完整的光伏发电系统中，还需要补充一些附件设备，如电池组、控制器、电表、保护装置等。电池组用于储存电能，以便在太阳能不足时 继续供电；控制器用于监控光伏电池组件的运行状态并保护其安全运行； 电表用于测量光伏发电系统的发电能力和电能输出。
综上所述，光伏发电系统是利用光电效应将太阳能转化为电能的一种技术，其基本构成包括光伏电池组件、光伏组件支架、光汇流排、光电控制及能量变换装置等。通过光伏发电系统，我们可以将太阳能充分利用，实现清洁能源的高效利用。
太阳能发电系统的组成和原理
太阳能发电系统的组成和原理太阳能是一种无限可再生性的清洁能源，因此被广泛应用于发电系统中。太阳能发电系统可以分为三个部分：光伏电池板、光伏逆变器和储能装置。 一、光伏电池板 光伏电池板是太阳能发电系统的核心部分，由若干个太阳能电池组成。光伏电池是利用光的能量将太阳能转换成电能的一种半导体器件。在光线的照射下，光伏电池板中的光伏电池会产生电压和电流。典型的光伏电池板是由硅、镓等材料制成，可以提供相对较高的开路电压和工作电流。 二、光伏逆变器 光伏逆变器是将直流电转换成交流电的关键装置，是太阳能发电系统的必备部件。在光伏电池板将太阳能直接转化为直流电之后，光伏逆变器可以将直流电转化为符合交流电要求的电压和频率。这种技术被称为电源逆变技术，可以保证电力系统的稳定运行，并将太阳能发电系统连接到公共电力网中，实现能源互联。
三、储能装置 储能装置用于将太阳能发电系统产生的电能进行储存，供出现能源短缺时使用。目前储能装置主要包括钠硫蓄电池、铅酸蓄电池、锂离子电池和超级电容器等。太阳能发电系统生产的电力在白天光照充足的时候会被储存在储能装置中，在夜间或天气不好时可以使用这些电量。 太阳能发电系统的原理是基于光电效应，将太阳所辐射的光能转化为电能。光伏电池板可以将太阳的光能够转化为光电流，回路电压与光照强度成正比。在太阳光照比较强烈时，光伏电池板生成的光电流也相对较大，逆变器将直流电转化为交流电后储存在储能装置中。当环境光照下降或消失时，光伏电池板生成的光电流也变小或者完全停止，逆变器也不再输出电流，此时储能装置开始为用户供电，保障能源的连续性供应。 总的来说，太阳能发电系统是一种环保、可再生的清洁能源，具有广泛应用的前景。随着科技的不断进步和技术的日益成熟，太阳能发电系统的发展前景将变得更加广阔。未来，太阳能发电系统将成为世界各国普及的一种绿色能源。
太阳能光伏发电系统的分析与设计
太阳能光伏发电系统的分析与设计第一章绪论 太阳能是一种广泛存在的可再生能源，其几乎没有污染和排放物，具有长期运行和稳定的优点。而光伏发电则是利用太阳能将光能转换成电能的技术。光伏发电不仅可以满足人们日常生活对电能的需求，还可以为环境保护做出贡献。本文旨在探讨太阳能光伏发电系统的分析与设计。 第二章光伏发电原理 光伏发电的基本原理是光生电效应，即当光线穿过半导体材料时，若其光子能量大于半导体内的价带电子或导带空穴的能量，就有可能使得价带的电子被激发并跃迁到导带成为自由电子，从而对外发生电流。光伏系统通常由光电池、控制器、电池组和逆变器等部分组成。其中，光电池是最关键的部分，它负责将光能转化为电能。 第三章光伏系统的设计 太阳能光伏发电系统的设计必须根据实际应用场景进行，其主要考虑因素包括：目标负载的功率和电压等级、系统的使用时间和负载使用特性等。在选择光电池板时，需要根据实际照射情况进行选择，并考虑其温度系数等性能指标。在设计电池组时，需要根据实际电能需求计算电池组容量，并选择高性能的电池。在
逆变器的选择方面，需要考虑逆变器的额定容量、输出电压和频率等指标。 第四章太阳能光伏发电系统的性能评估 在实际使用中，需要对太阳能光伏发电系统的性能进行评估。常用的性能指标包括：系统的发电效率、光伏电池的温度系数、光电池板的工作温度范围、系统的损失因素等。其中，光伏电池的温度系数越小，太阳能光伏发电系统的性能越好。 第五章光伏系统的维护管理 太阳能光伏发电系统的维护管理对于保证系统的正常运行和延长寿命具有重要作用。在维护方面，需要定期检查光伏电池的连接线、保护装置和电子元器件是否存在故障，并及时进行维修和更换。在管理方面，需要制定完善的维护计划和操作规程，保证系统的安全可靠。 第六章光伏系统的应用前景 近年来，随着能源需求的增长和环境问题的日益突出，太阳能光伏发电系统在国内外得到了广泛的应用和发展。未来，太阳能光伏发电技术的进一步发展将进一步降低光伏系统的成本和提高发电效率，推动太阳能光伏发电系统的广泛应用和推广。 第七章结论
光伏发电系统的组成与工作原理
光伏发电系统的组成与工作原理光伏发电系统是一种利用太阳辐射能直接转化为电能的可再生能源 系统。它由多个组件和设备组成，通过特定的工作原理实现电能的产 生和利用。本文将详细介绍光伏发电系统的组成和工作原理。 一、光伏发电系统的组成 光伏发电系统主要由以下几个组成部分构成： 1. 光伏电池组件：光伏电池是光伏发电系统的核心组件，它将太阳 光直接转化为电能。光伏电池通常由硅材料制成，具有正负两个电极。太阳光照射到光伏电池上时，光子会激发光伏电池内部的电子，从而 产生电流。 2. 逆变器：光伏电池组件产生的电流为直流电，而我们常用的家庭 电器需要交流电才能正常工作。逆变器的作用是将直流电转换为交流电，使得电能可以供给家庭和工业设备使用。 3. 支架和安装系统：为了使光伏电池组件能够正常工作，需要将其 安装在适当的位置，并使用支架和安装系统固定。支架可以使光伏电 池组件倾斜，以便更好地接收太阳辐射能。 4. 电缆和连接器：光伏电池组件、逆变器和其他组件之间需要通过 电缆和连接器进行连接。电缆将电流从光伏电池组件传输到逆变器， 连接器用于连接不同部分的电缆。
5. 收集器：光伏发电系统需要收集太阳辐射能才能正常工作，收集 器的作用是将太阳光收集起来，使其能够充分照射到光伏电池组件上。收集器通常由反光镜或透镜组成，可以增加太阳能的集中度。 二、光伏发电系统的工作原理 光伏发电系统的工作原理基于光伏效应，即当光线照射到光伏电池 组件上时，光子会与光伏电池内部的原子相互作用，从而激发电子运动，并产生电流。具体的工作原理如下： 1. 光吸收：光伏电池组件表面覆盖着能够吸收光线的材料，例如硅。当光线照射到光伏电池组件上时，吸收层会吸收光线，并将其中的光 子激发。 2. 光子激发电子：光吸收后，光子会将光伏电池内的某些原子中的 电子激发到一个较高的能级，使其获得足够的能量来跃迁到与其他原 子相邻的电子能级。这个跃迁过程将形成自由电子和空穴（原子中缺 失电子的空位）。 3. 电子运动和电流产生：由于光伏电池内部两个电极之间存在电场，因此激发的自由电子和空穴将受到电场力的作用，自由电子将向负极（电子所处能级较低的一侧）移动，而空穴则向正极移动。这种运动 会产生电流，即光伏电池发出的直流电。 4. 逆变器转换：光伏电池组件产生的直流电需要通过逆变器转换为 交流电，以供给家庭和工业设备使用。逆变器可以将直流电转换为与 电网频率和电压相匹配的交流电。
光伏发电系统的构成和工作原理
光伏发电系统的构成和工作原理光伏发电系统是一种利用太阳能进行发电的系统，其构成主要包括太阳能电池板、电池板支架、电池组、逆变器以及电网等关键组件。本文将详细介绍光伏发电系统的构成和工作原理。 一、太阳能电池板 太阳能电池板是光伏发电系统的核心组件，它由多个太阳能电池组成。太阳能电池是一种能够将太阳光转化为直流电能的设备，其原理是利用光生电压效应。当太阳光照射到太阳能电池板上时，太阳能电池中的半导体材料将光能转化为电能。 二、电池板支架 电池板支架是支撑太阳能电池板的重要部件，其主要作用是使太阳能电池板能够正确地面向太阳光。电池板支架一般采用轻质金属材料制作，具有良好的强度和耐腐蚀性能，能够抵御恶劣天气的侵蚀。 三、电池组 电池组是光伏发电系统的能源存储和调节装置，它由多个蓄电池组成。电池组的主要作用是将太阳能电池板转化的直流电能储存起来，以便在夜间或光照不足时供电使用。同时，电池组还能平衡发电和消耗之间的能量差异，确保系统的稳定运行。 四、逆变器
逆变器是将直流电能转化为交流电能的关键装置。由于绝大多数家庭和企业使用的电器设备都是交流电，因此光伏发电系统必须通过逆变器将直流电能转化为交流电能才能供电。逆变器还能将多个光伏发电系统并联在一起，形成大型光伏电站，实现对电网的供电。 五、电网 电网是指城市或地区供电系统，光伏发电系统通过逆变器将发电产生的交流电能送入电网。在白天太阳能充足的情况下，光伏发电系统可以向电网供电；而在夜间或光照不足时，系统则从电网获取电能进行使用。电网能够对光伏发电系统的供电进行监测和控制，实现能源的高效利用。 光伏发电系统的工作原理如下： 首先，太阳能电池板吸收并转化太阳光能，产生直流电能。然后，直流电能通过电池组存储，并经过逆变器转化为交流电能。最后，交流电能通过电网供电给家庭或企业使用。 总结： 光伏发电系统的构成包括太阳能电池板、电池板支架、电池组、逆变器和电网等重要组件。其工作原理是通过太阳能电池板将太阳光能转化为直流电能，并通过逆变器将直流电能转化为交流电能，最终供电给家庭或企业使用。光伏发电系统的应用将有助于减少对传统能源的依赖，实现可持续发展。
太阳能光伏发电系统工程(第二版)
太阳能光伏发电系统工程(第二版) 1.引言 太阳能光伏发电系统是一种利用太阳能转化为电能的设备，其在清洁 能源领域具有重要意义。本文将深入探讨太阳能光伏发电系统工程的 各个方面，并对其进行全面评估和深入分析。 2.基本原理 太阳能光伏发电系统是利用光伏效应将太阳能转化为电能的系统。在 光伏电池中，光子的能量被电子吸收，从而产生电流。在光照条件下，光伏电池会产生电能，输出直流电。为了将直流电转化为交流电以供 市电使用，光伏系统需要进行逆变处理。系统还需要配备电池储能设备，以便在夜间或阴雨天气时维持电力供应。 3.系统构成 太阳能光伏发电系统由光伏电池板、支架、逆变器、电池储能设备、 电气配电系统等部件组成。其中，光伏电池板是系统中最核心的部件，其性能直接关系到发电系统的效率和稳定性。逆变器用于将直流电转 化为交流电，电池储能设备则可以储存电能，以应对不同天气条件下 的用电需求。 4.系统设计 太阳能光伏发电系统的设计需要考虑到太阳能资源、系统容量、发电
效率、系统可靠性等多个方面。首先需要进行详细的太阳能资源评估，确定系统的安装位置和朝向。然后根据用电负荷，确定系统的容量和 组件配置。同时还应考虑到系统的可靠性和维护成本，合理设计系统 的结构和布置方式。 5.系统安装与调试 在安装太阳能光伏发电系统时，需要严格按照设计要求进行施工，并 进行系统的调试与运行。在安装过程中，需要注意光伏电池板的固定 和支架的稳固，并保证逆变器和电池储能设备的连接正确。在调试阶段，需要对系统的发电效率和稳定性进行全面检测，并及时调整系统 参数，确保系统能够正常运行。 6.系统维护与运营 太阳能光伏发电系统的维护和运营对系统的长期稳定运行至关重要。 定期对系统进行清洁和维护，检查组件的损坏和老化情况，及时更换 受损部件。另外，要定期对系统进行性能检测和数据分析，及时发现 并处理系统故障，保证系统的高效运行。 7.个人观点 太阳能光伏发电系统工程是当今清洁能源领域发展迅速的一个重要方向，具有广阔的市场前景和发展空间。我认为在未来的能源结构中， 太阳能光伏发电系统将会扮演越来越重要的角色，为人类提供更清洁、更可持续的能源供应。
光伏发电系统的组成和结构
光伏发电系统的组成和结构光伏发电系统是一种通过太阳能将光能转化为电能的系统。它由多个组件和设备组成，这些组件和设备之间相互协作，实现太阳能的捕获、转换和利用。本文将介绍光伏发电系统的组成和结构，详细解释每个组件的功能和作用。 一、光伏发电系统的主要组成部分 1. 太阳能电池板（光伏电池板） 太阳能电池板是光伏发电系统的核心组件，由若干个光伏电池片组成。其主要功能是将太阳光转化为直流电能。太阳能电池板一般安装在户外，以接收充足的阳光。 2. 支架系统 支架系统是用来支持和固定太阳能电池板的设备，通常由金属材料制成。支架系统的设计需要考虑到太阳能电池板的角度和方向，以最大程度地捕捉太阳能，并确保太阳能电池板的安全稳定运行。 3. 逆变器 逆变器是将太阳能电池板产生的直流电能转换为交流电能的设备。由于大多数家庭和工业设备使用的是交流电，在光伏发电系统中需要逆变器来将直流电转换为交流电，以供电器设备使用。 4. 电池（可选）
电池是光伏发电系统中的一个可选组件。它们用于存储太阳能转化的电能，以便在夜间或天气不好时使用。电池的容量大小决定了系统存储和使用能量的能力。 二、光伏发电系统的工作原理 光伏发电系统的工作原理是将太阳能转化为电能。当太阳能电池板接收到阳光时，光能被光伏电池片吸收，并激发出电子。这些电子通过电池板的导线流动，形成直流电。通过逆变器，直流电被转换为交流电，以满足家庭或工业设备的电能需求。 三、光伏发电系统的结构 光伏发电系统的结构可以根据应用场景和功率需求的不同而有所差异。以下是一个常见的光伏发电系统结构示例： 1. 单一轴或双轴跟踪系统（可选） 这种结构中，太阳能电池板通过单一轴或双轴跟踪系统可自动调整角度和方向，以最大程度地捕捉太阳光。这种跟踪系统通常用于大型光伏发电站或商业项目中。 2. 串联或并联连接 太阳能电池板可以通过串联或并联连接在一起，以提供所需的电流和电压。串联连接可以增加电压，而并联连接可以增加电流。连接方式的选择取决于系统的电力需求。 3. 直流或交流供电
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。
太阳能光伏系统的组成结构和工作原理
太阳能光伏系统的组成结构和工作原理 1、太阳能光伏系统的组成和原理太阳能光伏系统由以下三部分组成：太阳电池组件；充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。太阳能光伏系统具有以下的特点： - 没有转动部件，不产生噪音； - 没有空气污染、不排放废水； - 没有燃烧过程，不需要燃料； - 维修保养简单，维护费用低； - 运行可靠性、稳定性好； - 作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达到25年以上；vbr >v/a>-根据需要很容易扩大发电规模。 光伏系统应用非常广泛，光伏系统应用的基本形式可分为两大类：独立发电系统和并网发电系统。应用主要领域主要在太空航空器、通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵和无电缺电地区户用供电。随着技术发展和世界经济可持续发展的需要，发达国家已经开始有计划地推广城市光伏并网发电，主要是建设户用屋顶光伏发电系统和MW 级集中型大型并网发电系统等，同时在交通工具和城市照明等方面大力推广太阳能光伏系统的应用。 光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很 大，小到0.3〜2W的太阳能庭院灯，大到MW级的太阳能光伏电站，如 3.75kWp 家用型屋顶发电设备、敦煌10MW 项目。其应用形式
也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。图4-1 是一个典型的供应直流负载的光伏系统示意图。其中包含了光伏系统中的几个主要部件： 光伏组件方阵：由太阳电池组件（也称光伏电池组件）按照系统需求串、并联而成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。 蓄电池：将太阳电池组件产生的电能储存起来，当光照不足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求，它是太阳能光伏系统的储能部件。目前太阳能光伏系统常用的是铅酸蓄电池，对于较高要求的系统，通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。 控制器：它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出，是整个系统的核心控制部分。随着太阳能光伏产业的发展，控制器的功能越来越强大，有将传统的控制部分、逆变器以及监测系统集成的趋势，如AES 公司的SPP 和SMD 系列的控制器就集成了上述三种功能。 逆变器：在太阳能光伏供电系统中，如果含有交流负载，那么就要使用逆变器设备，将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。太阳能光伏供电系统的基
太阳能光伏发电系统的组成及原理
太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。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。 一、特点： 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（Solarcells）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。 二、系统的组成： 电源系统：太阳能电池组件和蓄电池。 控制保护系统：控制器和逆变器。 系统终端（负载）：用户的用电设备。 三、太阳能发电原理：
太阳能电池板 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。 太阳能电源系统
太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。 1）电池单元：由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件（阵列）。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，于是就有“光生电流”流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。 （2）电能储存单元：太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间（发电时间）的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。 控制器 控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式，使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区
光伏电源系统的原理及组成
光伏电源系统的原理及组成 首先太阳能电池发电系统是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成，其系统组成如图所示。 图1-1宏阳能电池发电僚统示党忸 1 .太阳能电池方阵： 太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm2 到100cm2 不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.5V,工作电流约为20 — 25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率（见图1－2）。（1）硅太阳能电池单体
常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成，在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。硅片本身是P型硅，表面扩散层是N区，在这两个区的连接处就是所谓的PN结。PN结形成一个电场。太阳能电池的顶部被一层抗反射膜所覆盖，以便减少太阳能的反射损失。 太阳能电池的工作原理如下： 光是由光子组成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波长决定，光被晶体硅吸收后，在PN结中产生一对对正负电荷，由于在PN结区域的正负电荷被分离，因而可以产生一个外电流场，电流从晶体硅片电池的底端经过负载流至电池的顶端。这就是“光生伏打效应” m伟组『I m 1 2太阳循电池单体、91件和方PI 将一个负载连接在太阳能电池的上下两表面间时，将有电流流过该负载，于是太阳能电池就产生了电流；太阳能电池吸收的光子越多，产生的电流也就越大。光子的能量由波长决定，低于基能能量的光子不能产生自由电子，一个高于基能能量的光子将仅产生一个自由电子，多余的能量将使电池发热，伴随电能损失的影响将使太阳能电池的效率下降。
太阳能光伏发电系统的组成
太阳能光伏发电系统(d e)组成太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池(de)光伏效应,将太阳光辐射能直接转换成电能(de)一种新型发电系统.一套基本(de)光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池(组)构成. 太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中(de)核心部分,其作用是将太阳能直接转换成电能,供负载使用或存贮于蓄电池内备用. 太阳能控制器：太阳能控制器(de)基本作用是为蓄电池提供最佳(de)充电电流和电压,快速、平稳、高效(de)为蓄电池充电,并在充电过程中减少损耗,尽量延长蓄电池(de)使用寿命；同时保护蓄电池,避免过充电和过放电现象(de)发生.如果用户使用(de)是直流负载,通过太阳能控制器可以为负载提供稳定(de)直流电(由于天气(de)原因,太阳电池方阵发出(de)直流电(de)电压和电流不是很稳定). 逆变器：逆变器(de)作用就是将太阳能电池阵列和蓄电池提供(de)低压直流电逆变成220伏交流电,供给交流负载使用. 蓄电池(组)：蓄电池(组)(de)作用是将太阳能阵列发出(de)直流电直接储存起来,供负载使用.在光伏发电系统中,蓄电池处于浮充放电状态,当日照量大时,除了供给负裁用电外,还对蓄电池充电；当日照量小时,这部分储存(de)能量将逐步放出.太阳能光伏发电系统(de)分类 根据不同场合(de)需要,太阳能光伏发电系统一般分为独立供电(de)光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统三种. (1)独立供电(de)光伏发电系统 独立供电(de)太阳能光伏发电系统如图2-6所示.整个独立供电(de)光伏发电系统由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器组成.太阳能电池板作为系统中(de)