光伏发电系统

1、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 sVol.25 No.5 Oct. 2007太阳电池及其应用技术讲座光伏发电系统谢建,马勇刚,廖华,( 五 )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 :

2、 1617- 5292 ( 2007 ) 05- 0117- 041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

3、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

4、, 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

5、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 : !交流输出117可再生能源交流总线给外电网送电 . 无太阳时 , 流总线 ; 系 统通过交流总线给外电网送电蓄电池组放电 ,经双向逆变器逆变成交流电送到交. 图 5 为太阳电池连接示意图. 72007,25(5)+太阳电池组件3A 12V+太阳电池组件3A 12V2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

6、+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.

7、样的2个 12 V, 3A 光伏组件,串联后得到 24 V,3A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 12V,6A系统( 图 6).为组合 24V,6A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

8、, 减少了该组件对方阵输出的影响在 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 ,串 / 并联组合 . 118

9、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20h ,10h ,5h ,3h ,1h ,0.5h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 ,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

10、蓄电池 ,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/止电压为 1.75V/单体. 由于铅酸电池本身的特性,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又不能及时充电,将会大大地缩短 寿命 . 对于光伏发电系统用的蓄电池电池的型 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10 h 的小电流放电 , 终止电压取值稍高 ;大于 10h

11、 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 .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

12、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 ,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

13、一单体 ,电压为 2 V. 20017% 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

14、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 119Ah以上的铅酸蓄电池每只为6个单体串联1.2 V.蓄电池,电压 为 12 V.镉镍蓄电池的单体电压为可再生能源过放电 ,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

15、 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

16、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:固定型铅酸蓄电池 ,标准状态(25 , 0.1C 放电率) 下的充电终止电压约为于阀控式密封铅酸蓄电池,标准状态(25 ,0.1C放电率 ) 下的充电终止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

17、蓄电池充电回路由多个子方阵组成的4kW以下光伏发电系统 ,充电控制还采用多路控制方式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V;对于阀控式密封铅终止电压约为1.78 蓄电池

18、放电回路 .1.8酸蓄电池,标准状态 ( 25, 0.1 C 放 电 率1.82 V.当控制器检测出蓄电池放电至放电终止电压时)下的放电,将自动关断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充电状态进