光伏发电系统

光伏发电系统 txt 人生重要的不是所站的位置 而是所朝的方向 不要用自己的需求去衡 量别人的给予 否则永远是抱怨 本文由凯斯冰奴贡献 pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳 建议您优先选择 TXT 或下载源文件到本机查看 第 25 卷 第 5 期 2007 年 10 月 可再生能源 Re ne wa ble Ene rgy Re s ource s Vol 25 No 5 Oct 2007 太阳电池及其应用技术讲座 五 光 伏 发 电 系 统 谢 建 马勇刚 廖 华 苏庆益 李景天 杨丽娟 650092 云南师范大学 太阳能研究所 云南 昆明 中图分类号 TK511 TM615 文献标志码 B 文章编号 1617 5292 2007 05 0117 04 1 太阳能光伏发电系统的分类 太阳能光伏发电系统可分为空间用系统和地 化为电能 不经过蓄电池储能 直接通过并网逆变 器把电能送上电网 图 1 光伏并 网发电是当今 世界太阳能发电技术发展的主流趋势 交流电网 并网 逆变器 面用系统 按运行方式分 地面用光伏系统主要有 离网运行系统和并网运行系统两大 类 1 离网运行系统 未与公共电网相联接的闭合系统为离网运 行系统 主要应用于远 离公共电网的无电地区 为公共电网难以覆盖的边远偏僻农村 区 牧 海 岛的农 民提 供基本生活用电 为通信中 牧 渔 继站 沿海与内河航标 输油输气管道阴极保 护 象台站 路道班及边防哨所等特殊场合 气 公 提供电源 根据负载的特点 离网运行系统可分为直 流 系统 交流系统和交直流混合系统 3 种 向集中居住的整个地区供电的系统称为集中 式光伏发电系统 也称为光伏电站 集中式光伏发 电系统为交流系统 由专用场地 专用 机房和专用 围栏或围墙 专用的小规模电网等组成 在分散居住的地区 每户安装一套供 用户单 独使用的光伏发电系统称为户用光伏发电系统 户用光伏发电系统的功率一般为 200 W 以下 根 据负载的不同 户用系统有直流系统 交流系统和 交直流混合系统 2 并网运行系统 与公共电网相联接的光伏发电系统为并网运 行系统 这种光伏发电系统和水 电站 火电站一 样 称为光伏电站 光伏并网运行系统把太阳能转 收稿日期 2007 05 15 作者简介 谢 太阳电池组件 交流 负载 图 1 并网光伏发电系统 3 直流总线光伏发电系统和交流总线光伏 发电系统 直流总线光伏发电系统在逆变 器前是直流总 线连接 系统只输出直流电 交流总线光伏发电系 统设备的电气连接是交流 总线 图 2 太阳电池方阵 单向逆变器 太阳电池方阵 单向逆变器 双向逆变器 双向逆变器 蓄电池组 蓄电池组 图 2 交流总线系统 如图 2 所示 有太阳时 太阳电池方阵输出的 直流电经单向逆变器变为交流电送到交 流总线 上 双向逆变器从总线上得到交流电 经整流将交 流电变为直流电给蓄电池组充电 同时系统通过 建 1955 男 云南剑川人 教授 硕士研究生导师 从事可再生能源技术研究和 教学工作 E mail xiejian9 交流输出 117 可再生能源 交流总线给外电网送电 无太阳时 蓄电池组放 电 经双向逆变器逆变成交流电送到交 流总线 系 统通过交流总线给外电网送电 图 5 为太阳电池连接示意图 7 2007 25 5 太 阳 电 池 组 件 3A 12V 太 阳 电 池 组 件 3A 12V 2 光伏发电系统的组成 光伏发电系统由太阳电池方阵 蓄电池组 控 3A 24V 制器和逆变器等组成 图 3 太 阳 电 池 方 阵 控制器 逆变器 交流负载 图 5 太阳电池组件串联 蓄电池组 图 3 光伏发电系统的组成 太 阳 电 池 组 件 3A 12V 太 阳 电 池 组 件 3A 12V 1 太阳电池方阵 太阳电池方阵是由多块太阳电池组件串联 并联构成的阵列 其作 用是将太阳能转换为电能 图 4 太阳电池方阵可由若干个单元方阵串联 和并联组成 单元方阵由多个太阳电池组件组成 称为子方阵 太阳电池方阵能产生所需要的电压 和电流 其功率根据负载设计确定 可达 kW 级 6A 12V 图 6 太阳电池组件并联 MW 级 太 阳 电 池 组 件 3A 12V 太 阳 电 池 组 件 3A 12V 太 阳 电 池 组 件 3A 12V 太 阳 电 池 组 件 3A 12V 6A 24V 图 7 太阳电池组件串 并联 同 太阳电池组件串联 电压增加 电流不变 样的 2 个 12 V 3 A 光伏组件 串联 后得到 24 V 3 A 系统 图 5 图 4 太阳电池方阵 太阳电池组件并联 电流增加 电压不变 同 样的两个 12 V 3 A 光伏组件 并联后 得到 12 V 6 A 系统 图 6 为组合 24 V 6 A 的方阵 可用 4 个相同光伏 组件串 并联组合 图 7 太阳电池组件在方阵中组合时 阴影的存在不 仅会减少组件的输出 也将严重地影响整个方阵的 输出 二极管是具有单向导电性的半导体器件 只 允许电流在 一个方向通过 把旁路二极管与组件 并联 当组件出现阴影或损坏时 用来旁路该组件 转 移流经该组件的电流 方阵通过二极管形成回 路 减少了该组件对方阵输出的影响 多数厂 家在 组件的接线里安装了旁路二极管 一般已能够满足 太阳电池方阵可分为平板式和聚光式 2 大类 平板式方阵只须把一定数量的太阳电池 组件按照 电性能要求串联 并联即可 不需加装汇聚阳光的 装置 结构简单 多用于固 定安装场合 聚光式方阵 加有汇聚阳光的搜集器 通常采用平面反射镜 抛 物面反射镜或 菲涅尔透镜等装置聚光 以提高入射 光的辐照度 聚光式方阵比相同输出功率的平板式 方 阵少用一些组件 从而使成本下降 但是 聚光式 方阵通常需要装设向日跟踪装置 跟踪 装置要消 耗一定的能量 为获得所需要的电压和电流值 可将太阳电 池组件串联 并联和 串 并联组合 118 谢 建 等 光伏发电系统 要求 2 蓄电池组 蓄电池组由多只蓄电池串联或并联组成 其 作用是贮存太阳电 池方阵发出的电能 并可随时 向负载供电 图 8 组的电压由串联的蓄电池单体只数确定 有 24 48 60 110 V 等 以放电时间表示的放电速率为蓄电池的放 电时间率 即以某电流放电至规定终止电压 所经 历的时间 标识为 20 h 10 h 5 h 3 h 1 h 0 5 h 等 例如 容量 C 100 Ah 蓄电池的 20 h 放电率 表示电池以 100 Ah 20 h 5 A 的电流放电 时间 为 20 h 简称 20 h 率 蓄电池的额定容量是按放电率标定的 国际 标准规定 对于起动型蓄电池 其额定容量以 20 h 率标定 表示为 C20 对于固定型蓄电池 其额定 容量以 10 h 率标 定 表示为 C10 蓄电池的放电终止电压 指蓄 电 池 放 电 时 电 压下降到不宜再放电 时的最低工作电压 对于铅 图 8 蓄电池组 酸蓄电池 后备电源系列电池 10 h 和 3 h 放电的 终止电压为 1 80 V 单体 1 h 终 止电压 为 1 75 V 单体 由于铅酸电池本身的特性 即使放电的终止 电压继续降低 电 池也不会放出太多的容量 但终 止电压过低对电池的损伤极大 尤其当放电电压 达到 0 又不能及时充电 将会大大地缩短电池的 寿命 对于光伏发电系统用的蓄电池 针对不同 型 号和用途 放电终止电压的设计也不一样 终止电 压视放电率和需要而定 通常 小于 10 h 的小电 流放电 终止电压取值稍高 大于 10 h 的大 电 流 放电 终止电压取值稍 低 蓄电池放电深度 DOD 指从蓄电池放出的容 量占该电池额定容量的比值 通常以百分 数表示 光伏发电系统要求所用的蓄电池组的自放电 率低 使用寿命长 深放电能力强 充电 效率高 少 维护或免维护 工作温度范围宽 价格低廉 与光伏发电系统配套使用的蓄电 池主要是铅 酸蓄电池和碱性蓄电池 例如镉镍蓄电池 碱性 蓄电池价格高 约为铅酸蓄 电池的 2 倍 内阻大 其应用受到限制 传统开口式铅酸蓄电池重量和 体积大 比能量 低 不密封 自放电率大 需要定期 阀控式密封铅酸 加水和测酸密度等 不利于使用 蓄 电池由于全密封 使用时无需加水 具有免维护 的特点 近年来有代替传统开口蓄电池用 于光伏 发电系统的趋势 尤其是阀控式密封胶体蓄电池 更是一个新的亮点 阀控式密封铅 蓄电池装有能自动开启和关闭 的单向排气阀 内有防酸雾垫 该电池采用吸收 电解液的 多孔超细玻璃纤维隔板和使用氧气循环 技术 其正极析出的氧可在负极上被还原而消失 实现了 免维护 阀控式密封铅蓄电池的优点 不 加水 不溢酸 酸雾极少 运输方便 不需要专门的 通风装置 可以任意方位使用和积木式安装 寿命 较长 价格低廉 可是 阀控式密封铅蓄电池必须 严格执行充电制度 单格电压一般为 2 3 V 2 4 保持良好的 通风 搁置寿命 2 年 单体蓄电池是蓄电池的最小单元 200 Ah 以 下的铅酸蓄电池每只为 一单体 电压为 2 V 200 17 为浅循环放电 30 为中等循环放 25 50 电 60 为深循环放电 80 蓄电池经历一次充电和放电 称为一次循环 在一定的放电条件下 电池使用至某一容 量规定 值之前 电池所能承受的循环次数 称为循环寿 命 放电深度对蓄电池的循环使用 寿命影响很大 放电浅 循环寿命长 放电深 循环寿命短 例如 后 备 电 源 以 100 DOD 放 电 循 环 寿 命 一 般 为 100 次 如果电池以 30 DOD 放电 循环寿 200 命一般为 1 000 200 次 1 3 控制器 蓄电池组使用寿命的长短对光伏发电系统的 寿命影响极大 延长蓄电池组使用寿命的关 键在 于对它的充 放电条件加以规定和控制 控制器 是防止蓄电池组被太阳电池方阵过充 电和被负载 119 Ah 以上的铅酸蓄电池每只为 6 个单体串联 电压 为 12 V 镉镍蓄电池的单体电压为 1 2 V 蓄电池 可再生能源 过放电 使蓄电池组使用达到最佳状态的中心控 制设备 它还具有其他辅助功能 2007 25 5 控制器具有负载 蓄电池组短路保护 太阳电 池方阵 蓄电池组极性反接保护 蓄电 池组向太阳 电池方阵反放电保护等功能 控制器用指针或数字方式显示太阳电池方阵 充电 电流 电压和蓄电池组的电压 电流 控制器还指示蓄电池组状态和太阳电池方阵 的工作 状态 4 逆变器 逆变器是光伏发电系统的电源转换设备 其 作用是将直流电转换为单 相或者三相交流电 按 输出电压波形分类 逆变器可分为方波逆变器 阶 梯波逆变器和正 弦波逆变器 kW 以下的光伏发 4 电系统一般采用正弦波逆变器 按输出交流电相 单 数分 类 它又可分为单相逆变器和三相逆变器 相供电系统采用单相逆变器 三相供电系统采用 三相逆变器 按功率流动方向分类 逆变器还可分 为单向逆变器和双向相逆变器 逆变器还 有离网 逆变器和并网逆变器之分 逆变器的主要保护功能有直流输入过电压 欠电压和极 性反接保护和输出短路 过电压 欠 压 过载保护 逆变器的测量显示功能有直流输入电压 输 入电流的测量显示 交流输出电压 输出电流的测 量显示 它还指示逆变器的运行状态 运行 故障 停机等 充电控制 根据蓄电池的容量和电压进行充电控制 当 蓄电池容量和电压达到充电控制设定值时 控制 器自动关断蓄电池充电回路 当蓄电池容量和电 压低于充电控制设定值时 控制器可 自动恢复接 通蓄电池充电回路 设定值可调节和改变 常规过充电保护原理 对于开口式 固定型铅 酸蓄电池 标准状态 25 0 1 C 放电率 下的充 电终止电压约为 2 5 V 对于阀控式密封铅酸蓄电 池 标准状态 25 0 1 C 放电率 下的充电终止 电压约为 2 35 V 当控制器检测出蓄电池充电至 充电终止电压时 将自动关断蓄电池充电回路 对于 由多个子方阵组成的 4 kW 以下光伏发 电系统 充电控制还采用多路控制方式 多路控制 即太阳电池方阵中的一个子方阵对应控制器的一 路输入 控制器根据蓄电池组的充电状态 逐个断 开或者接通各个子方阵的输入 以产生不同的充 电电流 防止蓄电池组过充电 放电控制 根据蓄电池容量和电压进行放电控制 当蓄 电池容量和电压达到放电控制设定值时 控 制器 自动关断蓄电池放电回路 当蓄电池容量和电压 高于放电控制恢复设定值时 控制器 可自动恢复 接通蓄电池放电回路 设定值可调节和改变 常规过放电保护原理 对于开口 式固定型铅 酸蓄电池 标准状态 25 0 1 C 放电率 下的放 电终止电压约为 1 75 V 对于阀控式密封铅 1 8 酸蓄电池 标准状 态 25 0 1 C 放 电 率 下 的 放 电终止电压约为 1 78 1 82 V 当控制器检测出蓄 电池放电至放电终止电压时 将自动关 断蓄电池 放电回路 3 光伏发电系统的特点 1 太阳能光伏发电系统的优点 太阳电池组件由半导体材料制成 控制器 和逆变器是电子设备 蓄电池是化学装置 所以供 电系统无转动部件 运行可靠 故 障率低 光伏 发电系统使用寿命长 一次投资可保证 20 a 不间 断供电 系统设备 管理维护简单 不需要维护 只需要保持清洁 系统用清洁的太阳能发电 没 有废渣 废料 废气排放 无任何污染 2 太阳能光伏发电系统的缺点 自动温度补偿控制 控制器依据工作环境温度对蓄电池的