太陽(yáng)能光伏發(fā)電必掌握的基礎知識

1、太陽(yáng)能光伏系統的組成和原理

太陽(yáng)能光伏系統由以下三部分組成：太陽(yáng)電池組件；充、放電控制器、逆變器、測試儀表和計算機監控等電力電子設備和蓄電池或其它蓄能和輔助發(fā)電設備。

太陽(yáng)能光伏系統具有以下的特點(diǎn)：

　　- 沒(méi)有轉動(dòng)部件，不產(chǎn)生噪音；

　　- 沒(méi)有空氣污染、不排放廢水；

　　- 沒(méi)有燃燒過(guò)程，不需要燃料；

　　- 維修保養簡(jiǎn)單，維護費用低；

　　- 運行可靠性、穩定性好；

　　- 作為關(guān)鍵部件的太陽(yáng)電池使用壽命長(cháng)，晶體硅太陽(yáng)電池壽命可達到25年以上；

根據需要很容易擴大發(fā)電規模。

光伏系統應用非常廣泛，光伏系統應用的基本形式可分為兩大類(lèi)：獨立發(fā)電系統和并網(wǎng)發(fā)電系統。應用主要領(lǐng)域主要在太空航空器、通信系統、微波中繼站、電視差轉臺、光伏水泵和無(wú)電缺電地區戶(hù)用供電。隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展和世界經(jīng)濟可持續發(fā)展的需要，發(fā)達國家已經(jīng)開(kāi)始有計劃地推廣城市光伏并網(wǎng)發(fā)電，主要是建設戶(hù)用屋頂光伏發(fā)電系統和MW級集中型大型并網(wǎng)發(fā)電系統等，同時(shí)在交通工具和城市照明等方面大力推廣太陽(yáng)能光伏系統的應用。

光伏系統的規模和應用形式各異，如系統規?？缍群艽?，小到0.3～2W的太陽(yáng)能庭院燈，大到MW級的太陽(yáng)能光伏電站，如3.75kWp家用型屋頂發(fā)電設備、敦煌10MW 項目。其應用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應用。盡管光伏系統規模大小不一，但其組成結構和工作原理基本相同。圖4-1是一個(gè)典型的供應直流負載的光伏系統示意圖。其中包含了光伏系統中的幾個(gè)主要部件：

光伏組件方陣：由太陽(yáng)電池組件（也稱(chēng)光伏電池組件）按照系統需求串、并聯(lián)而成，在太陽(yáng)光照射下將太陽(yáng)能轉換成電能輸出，它是太陽(yáng)能光伏系統的核心部件。

蓄電池：將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電能儲存起來(lái)，當光照不足或晚上、或者負載需求大于太陽(yáng)電池組件所發(fā)的電量時(shí)，將儲存的電能釋放以滿(mǎn)足負載的能量需求，它是太陽(yáng)能光伏系統的儲能部件。目前太陽(yáng)能光伏系統常用的是鉛酸蓄電池，對于較高要求的系統，通常采用深放電閥控式密封鉛酸蓄電池、深放電吸液式鉛酸蓄電池等。

控制器：它對蓄電池的充、放電條件加以規定和控制，并按照負載的電源需求控制太陽(yáng)電池組件和蓄電池對負載的電能輸出，是整個(gè)系統的核心控制部分。隨著(zhù)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來(lái)越強大，有將傳統的控制部分、逆變器以及監測系統集成的趨勢，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三種功能。

逆變器：在太陽(yáng)能光伏供電系統中，如果含有交流負載，那么就要使用逆變器設備，將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉化為負載需要的交流電。

太陽(yáng)能光伏供電系統的基本工作原理就是在太陽(yáng)光的照射下，將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電能通過(guò)控制器的控制給蓄電池充電或者在滿(mǎn)足負載需求的情況下直接給負載供電，如果日照不足或者在夜間則由蓄電池在控制器的控制下給直流負載供電，對于含有交流負載的光伏系統而言，還需要增加逆變器將直流電轉換成交流電。光伏系統的應用具有多種形式，但是其基本原理大同小異。對于其他類(lèi)型的光伏系統只是在控制機理和系統部件上根據實(shí)際的需要有所不同，下面將對不同類(lèi)型的光伏系統進(jìn)行詳細地描述。

2、光伏系統的分類(lèi)與介紹

光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N電子元件技術(shù)，這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是較少受地域限 制，因為陽(yáng)光普照大地;光伏系統還具有安全可靠、無(wú)噪聲、低污染、無(wú)需消耗燃料和架設輸電線(xiàn)路即可就地發(fā)電供電及建設同期短的優(yōu)點(diǎn)。

光伏發(fā)電是根據光生伏特效應原理，利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是并 網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統主要由太陽(yáng)能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件，所以，光伏發(fā)電設備極為精 煉，可靠穩定壽命長(cháng)、安裝維護簡(jiǎn)便。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場(chǎng)合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源 無(wú)處不在。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽(yáng)能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統和計算器輔助電源等。

太陽(yáng)能光伏相關(guān)術(shù)語(yǔ)

大氣質(zhì)量AM（Air Mass） 太陽(yáng)光通過(guò)大氣層的路徑長(cháng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)AM，外層空間為AM 0，陽(yáng)光垂直照射地球時(shí)為AM1（相當春/秋分分陽(yáng)光垂直照射于赤道上之光譜），太陽(yáng)電池標準測試條件為AM 1.5（相當春/秋分陽(yáng)光照射于南/北緯約48.2度上之光譜）。

日照強度（Irradiance） 單位面積內日射功率，一般以W/O或mW/cO為單位，AM 0之日照強度超過(guò)1300W/O，太陽(yáng)電池標準測試條件為1000W/O（相當于100mW/cO）。

日射量（Radiation） 單位面積于單位時(shí)間內日射總能量，一般以百萬(wàn)焦爾/年。平方米（MJ/Y.O）或百萬(wàn)焦爾/月。平方米（MJ/M.O），1焦爾為1瓦特功率于1秒鐘累積能量（1J=1W.s）。

太陽(yáng)能電池（Solar Cell） 具有光伏效應（Photovoltaic Effect）將光（Photo）轉換成電（Voltaic）的組件，又稱(chēng)為光伏電池（PV Cell），太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電皆為直流電。

太陽(yáng)光電（Photovoltaic）簡(jiǎn)稱(chēng) PV（photo=light光線(xiàn)，voltaics=electricity電力），由于這種電力方式不會(huì )產(chǎn) 生氮氧化物，以及對人體有害的氣體與輻射性廢棄物，被稱(chēng)為「清凈發(fā)電技術(shù)」。PV System，則是將太陽(yáng)光能轉換成電能整套系統，稱(chēng)為太陽(yáng)光電系統或光伏系統，依分類(lèi)有獨立型、并聯(lián)型與混合型。

PV模板（PV Module） 將多只太陽(yáng)電池串聯(lián)提升電壓，并以堅固外材封裝以利應用，又稱(chēng)為模塊（PV Pannel或PV Module）。

PV組列（PV String） 將模板多片串聯(lián)成一列，組列的目的在提高電壓，將10片模板電壓20伏特5安培串聯(lián)成組列，組列電壓即有200伏特、電流為5安培。

PV數組（PV Array） 將多個(gè)組列并聯(lián)即為數組。數組目的在提高電流，將5串組列電壓200伏特5安培并聯(lián)成數組，數組電壓為200伏特、電流為25安培。由1個(gè)組列構成的數組，數組就相當于組列。

獨立型系統（Stand Along System） 將多只太陽(yáng)電池串聯(lián)提升電壓，并以堅固外材封裝以利應用，又稱(chēng)為模塊（PV Pannel或PV Module）。

并聯(lián)型系統（Grided System） PV數組輸出經(jīng)換流器轉換成交流與市電或自備發(fā)電機并聯(lián)，系統無(wú)需配置蓄電裝置。

混合型系統（Hybrid System） 獨立型與并聯(lián)型混合體，在天災市電停止供電時(shí)，并聯(lián)型系統會(huì )停止運作，混合型可切換于獨立型繼續供電，因此又稱(chēng)為防災型。

（kW）千瓦，發(fā)電設備容量的計算單位；1=1000瓦（Watt）。

峰（kWp）P 表peak，代表峰值。指裝設的太陽(yáng)電池模板在標準狀況下，（即模板溫度25℃、轉換

轉換效率15%）最大發(fā)電量總和。通常1峰可發(fā)3-5度電。

時(shí)（kWh） 為衡量發(fā)電用量的單位，指使用1000瓦的電器設備1小時(shí)所消耗的電力，俗稱(chēng)「度」。

MW（Mega Watt）百萬(wàn)瓦，在衡量太陽(yáng)光電公司產(chǎn)能時(shí)通常采用單位。

安培小時(shí)Ah （Ampere Hour） 另一種電能量表示方式，通常用于蓄電池容量，50Ah表示5安培10小時(shí)容量或1安培50小時(shí)容量，唯蓄電池容量不能全部利用。

負載（Load）特定時(shí)間內，每單位時(shí)間輸出的電力或電流。

建材一體太陽(yáng)電池模板（BIPV，Building Integrated Photovoltaics）將太陽(yáng)光電系統結合建筑設計的一種節能建材產(chǎn)品，可直接取代傳統屋頂、窗戶(hù)、外墻及遮陽(yáng)（雨）棚等?？纱蠓纳苽鹘y太陽(yáng)光電系統笨重外型，不但美觀(guān)還可以增加空間效益；打造另一個(gè)太陽(yáng)光電建筑產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)商機 。

電力調節器（Power Conditioner） 負責電力調節功能設備的統稱(chēng)，對蓄電池充電/放電調節的控制器，或將直流轉換交流調節的換流器皆是。

充電控制器Charger）具蓄電池充電控制功能，可控制充電電