光伏發電系統是指無需通過熱過程直接將光能轉變為電能的發電系統。它的主要部件是太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器。其特點是可靠性高、使用壽命長、不污染環境、能獨立發電又能併網運行。
基本介紹
- 中文名：光伏發電系統
- 外文名：PV system
- 組成：光伏方陣、蓄電池等
- 優點：維護保養簡單等
- 缺點：電力調節比較複雜等
- 學科：電力學
簡介,組成,特點,分類,設計要求,檢查,套用領域,
簡介
太陽能發電分為光熱發電和光伏發電。通常說的太陽能發電指的是太陽能光伏發電，簡稱“光電”。光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯後進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。光伏發電的優點是較少受地域限制，因為陽光普照大地；光伏系統還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無須消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設周期短的優點。
光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。
組成
光伏發電系統通常由光伏方陣、蓄電池組（可選）、蓄電池控制器（可選）、逆變器、交流配電櫃和太陽跟蹤控制系統等設備組成：高倍聚光光伏系統（HCPV）還包括聚光部分（通常為聚光透鏡或者反射鏡）。光伏發電系統各部分設備的作用如下：
(1)光伏方陣光伏方陣（PV Array）稱光伏陣列，是由若干個光伏組件或光伏板按一定方式組裝在一起並且具有同定的支撐結構而構成的直流發電單元一在有光照（無論是太陽光，還是其他發光體產生的光照）的情況下，電池吸收光能，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生“光生電壓”。這就是“光生伏特效應”。在光生伏特效應的作用下，太陽電池的兩端產生電動勢，將光能轉換成電能，完成能量轉換
(2)蓄電池組（可選）。蓄電池組的作用是貯存太陽電池方陣受光照時發出的電能並可隨時向負載供電：太陽電池發電對所用的蓄電池組的基本要求是：①自放電率低；②使用壽命長；③深放電能力強；④充電效率高；⑤少維護或免維護；⑥工作溫度范同寬；⑦價格低廉。
(3)蓄電池控制器（可選）。蓄電池控制器是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設備。由於蓄電池的循環充放電次數及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的蓄電池控制器是必不可少的設備
(4)逆變器。逆變器是將直流電轉換成交流電的設備。當太陽電池和蓄電池是直流電源，而負載是交流負載時，逆變器是必不可少的j逆變器按運行方式，可分為離網逆變器和併網逆變器。離網逆變器用於獨立運行的太陽電池發電系統，為負載供電。併網逆變器用於併網運行的太陽電池發電系統。逆變器按輸出波形可分為方波逆變器和正弦波逆變器方波逆變器的電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用於幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統。正弦波逆變器成本高，但可以適用於各種負載。
(5)跟蹤系統。由於相對於某一個同定地點的太陽能光伏發電系統來說，一年四季、每天日升日落，太陽光照角度時時刻刻都在變化，只有太陽電池板能夠時刻正對太陽，發電效率才會達到最佳狀態。世界上通用的太陽跟蹤控制系統都需要根據安放點的經緯度等信息計算一年中的每一天的不同時刻太陽所在的角度，將一年中每個時刻的太陽位置存儲到PLC、單片機或電腦軟體中，也就是靠計算太陽位置以實現跟蹤採用的是電腦數據理論。需要地球經緯度地區的數據和設定，一旦安裝，就不便移動或裝拆，每次移動完就必須重新設定數據和調整各個參數。
特點
1、光伏發電系統具有以下特點：
(1)沒有轉動部分，不產生噪聲。
(2)沒有空氣污染，不排放廢水。
(3)沒有燃燒過程，不需要燃料。
(4)維護保養簡單，維護費用低。
(5)運行可靠，無工質消耗。
(6)作為關鍵部分的太陽電池使用壽命長。
(7)啟動快，有太陽就能發電，適用於建立分散式變電站。
(8)安裝容易，建設周期短，很容易根據需要擴大發電規模。
(9)規模大小皆宜（100W～100MW）。
2、光伏發電存在如下缺點：
(1)屬於平面光源，面密度較小，地面最大為1kW/m2。
(2)發電隨天氣成周期性和隨機性變化，電力調節比較複雜。
(3)地區性分布有差異。
分類
一、獨立光伏發電系統
獨立光伏發電也叫離網光伏發電。主要由太陽電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器，獨立光伏電站包括邊遠地區的村莊供電系統、太陽能戶用電源系統、通信信號電源、陰極保護、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發電系統。
二、併網光伏發電系統
併網光伏發電就是太陽能組件產生的直流電經過併網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之後直接接入公共電網。可以分為帶蓄電池的併網光伏發電系統和不帶蓄電池的併網光伏發電系統，帶有蓄電池的併網光伏發電系統具有可調度性，可以根據需要併入或退出電網，還具有備用電源的功能，當電網因故停電時可緊急供電；帶有蓄電池的光伏併網發電系統常常安裝在居民建築；不帶蓄電池的併網光伏發電系統不具備可調度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統上。
三、分散式光伏發電系統
分散式光伏發電系統又可分為集中式大型併網光伏電站和分散式光伏系統。集中式大型併網光伏電站的主要特點是能將所發電直接輸送到電網，由電網統一調配向用戶供電。這種電站投資大、建設周期長、占地面積大。而分散式光伏系統，有投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優點。
設計要求
在進行光伏發電系統的設計之前，需要了解並獲取一些進行計算和設備選擇所必需的基本數據：如光伏發電系統安裝的地理位置，包括地點、緯度、經度和海拔；該地區的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量以及散射輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫。最長連續陰雨天數，最大風速以及冰雹、降雪等特殊氣象情況等。要求所設計的光伏發電系統具有先進性、完整性、可擴展性、智慧型化程度高，以保證系統安全性、可靠性和經濟性。
(1)先進性。隨著國家對於可再生能源的日益重視，開發利用可再生能源已經是新能源戰略的發展趨勢。根據當地太陽日照條件、電源設施及用電負載的特性，選擇利用太陽能資源建設光伏發電系統，既節能環保，又能避免採用市電鋪設電纜的巨大投資（遠離市電電源的用電負載），是具有先進性的電源建設方案。
(3)可擴展性。隨著太陽能光伏發電技術的快速發展，光伏發電系統的功能也會越來越強大。這就要求光伏發電系統能適應系統的擴充和升級，光伏發電系統的太陽能電池組件應為並聯模組結構組成，在系統需擴充時可以直接並聯加裝太陽能電池組件模組，控制器或逆變器也應採用模組化結構，在系統需要升級時，可直接對系統進行模組擴展，而原來的設備器件等都可以保留，以使光伏發電系統具有良好的可擴展性。
(4)智慧型化程度。所設計的太陽能光伏發電系統，在使用過程中應不需要任何人工的操作。控制器可以根據太陽能電池組件和蓄電池的容量狀況控制負載端的輸出，所有功能都由微處理器自動控制，還應能實時檢測太陽能光伏發電系統的工作狀態，定時或實時採集光伏發電系統主要部件的狀態數據並上傳至控制中心。通過計算機分析，實時掌握設備工作狀況，對於工作狀態異常的設備，發出故障報警信息，以使維護人員可提前排除故障，保證供電的可靠性。
檢查
1．電池組件及方陣檢查
光伏發電系統的檢查主要是對各個電器設備、部件等進行外觀檢查，內容包括電池組件方陣、基礎支架、接線箱、控制器、逆變器、系統併網裝置和接地系統等。
檢查方陣外觀是否平整、美觀，組件是否安裝牢固，引線是否接觸良好，引線外皮有否破損等。檢查組件或方陣支架是否有生鏽和螺絲鬆動之處。
2．直流接線箱和交流配電櫃的檢查
檢查外殼有無腐蝕、生鏽、變形；內部接線有無錯誤，接線端子有無鬆動，外部接線有無損傷。
3．控制器、逆變器的檢查
檢查外殼有無腐蝕、生鏽、變形；接線端子是否鬆動，輸入、輸出接線是否正確。
4．接地系統的檢查
檢查接地系統是否連線良好，有無鬆動；連線線是否有損傷；所有接地是否為等電位連線。
5．配線電纜的檢查
太陽能光伏發電系統中的電線電纜在施工過程中很可能出現碰傷和扭曲等，這會導致絕緣被破壞以及絕緣電阻下降等。因此在工程結束後，在做上述各項檢查的過程中，同時對相關配線電纜進行外觀檢查，通過檢查確認電線電纜有無損傷。
套用領域
一、用戶太陽能電源
(1)小型電源10-100W不等，用於邊遠無電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收音機等；
(2)3~5KW家庭屋頂併網發電系統；
(3)光伏水泵：解決無電地區的深水井飲用、灌溉;
(4)太陽能淨水器：解決無電地區的飲水、淨化水質問題。
二、交通領域
如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標誌燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。
三、通訊/通信領域
太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統；農村載波電話光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。
四、石油、海洋、氣象領域
石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鑽井平台生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。
五、家庭燈具電源
六、光伏電站
10KW-50MW獨立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。
七、太陽能建築
將太陽能發電與建築材料相結合，使得未來的大型建築實現電力自給，是未來一大發展方向。
八、其他領域包括
(1)與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等；
(2)太陽能制氫加燃料電池的再生髮電系統；
(3)海水淡化設備供電；
(4)衛星、太空飛行器、空間太陽能電站等。
