太陽能光伏系統的組成和原理

     1、太陽能光伏系統的組成和原理

     太陽能光伏系統由以下三部分組成 ：太陽電池組件 ；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電設備。
     太陽能光伏系統具有以下的特點 ：
     - 沒有轉動部件 ，不產生噪音 ；
     - 沒有空氣污染、不排放廢水 ；
     - 沒有燃燒過程 ，不需要燃料 ；
     - 維修保養簡單 ，維護費用低 ；
     - 運行可靠性、穩定性好 ；
     - 作為關鍵部件的太陽電池使用壽命長 ，晶體硅太陽電池壽命可達到25年以上 ； 根據需要很容易擴大發電規模。
     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 ：獨立發電系統和并網發電系統。應用主要領域主要在太 空航空器、通信系統、微波中繼站、電視差轉臺、光伏水泵和無電缺電地區戶用供電。隨著技術發展和世界經濟可持續發展的 需要 ，發達國家已經開始有計劃地推廣城市光伏并網發電 ，主要是建設戶用屋頂光伏發電系統和MW級集中型大型并網發電系 統等 ，同時在交通工具和城市照明等方面大力推廣太陽能光伏系統的應用。
     光伏系統的規模和應用形式各異 ，如系統規模跨度很大 ，小到0.3 ~ 2W的太陽能庭院燈 ，大到MW級的太陽能光伏電站 ， 如3.75kWp家用型屋頂發電設備、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主要部件 ：
     光伏組件方陣 ：由太陽電池組件 (也稱光伏電池組件) 按照系統需求串、并聯而成 ，在太陽光照射下將太陽能轉換成電能 輸出 ，它是太陽能光伏系統的核心部件。
蓄電池 ：將太陽電池組件產生的電能儲存起來 ，當光照不足或晚上、或者負載需求大于太陽電池組件所發的電量時 ，將儲 存的電能釋放以滿足負載的能量需求 ，它是太陽能光伏系統的儲能部件。 目前太陽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電池組件和蓄電池對負載的電能輸 出 ，是整個系統的核心控制部分。隨著太陽能光伏產業的發展 ，控制器的功能越來越強大 ，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 ，將太陽電池組件產生的直流電或者蓄 電池釋放的直流電轉化為負載需要的交流電。
    太陽能光伏供電系統的基本工作原理就是在太陽光的照射下 ，將太陽電池組件產生的電能通過控制器的控制給蓄電池充電 或者在滿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。對于其他類型的光伏系統只是在控制機理和系統部件上根據實際的需要有所不同 ，下面將對不同類型的光伏系統進行 詳細地描述。

2、光伏系統的分類與介紹

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電子元件技術 ，這種技術的關鍵元件是太陽能 電池。太陽能電池經過串聯后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、無需消耗燃料和架 設輸電線路即可就地發電供電及建設同期短的優點。

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。不論是獨立使用還是并 網發電 ，光伏 發電系統主要由太陽能電池板 (組件) 、控制器和逆變器三大部分組成 ，它們主要由構成 ，不涉及機械部件 ，所以 ，光伏發電 設備極為精 煉 ，可靠穩定壽命長、安裝維護簡便。理論上講 ，光伏發電技術可以用于任何需要電源的場合 ，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 無處不在。太陽能光伏發電的最基本元件是太陽能電池 (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。

太陽能光伏相關術語

大氣質量AM ( Air Mass) 太陽光通過大氣層的路徑長度 ，簡稱AM ，外層空間為AM 0 ，陽光垂直照射地球時為AM1 (相 當春/秋分分陽光垂直照射于赤道上之光譜) ，太陽電池標準測試條件為AM 1.5 (相當春/秋分陽光照射于南/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/㎡或mW/c㎡為單位 ，AM 0之日照強度超過1300W/㎡ ，太陽電 池標準測試條件為1000W/㎡ (相當于100mW/c㎡) 。

日射量 ( Radiation) 單位面積于單位時間內日射總能量 ，一般以百萬焦爾/年。平方米 ( MJ/Y. ㎡) 或百萬焦爾/月。平方 米 ( MJ/M. ㎡) ，1焦爾為1瓦特功率于1秒鐘累積能量 ( 1J=1W.s) 。

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

太陽光電 ( Photovoltaic) 簡稱 PV (photo=light光線 ，voltaics=electricity電力) ，由于這種電力方式不會產 生氮氧化 物 ，以及對人體有害的氣體與輻射性廢棄物 ，被稱為「清凈發電技術」 。PV System ，則是將太陽光能轉換成電能整套系統 ， 稱為太陽光電系統或光伏系統 ，依分類有獨立型、并聯型與混合型。

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

PV組列 ( PV String) 將模板多片串聯成一列 ，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) 將多個組列并聯即為數組。數組目的在提高電流 ，將5串組列電壓200伏特5安培并聯成數組 ，數組 電壓為200伏特、電流為25安培。由1個組列構成的數組 ，數組就相當于組列。

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

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

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

瓩 (kW ) 千瓦 ，發電設備容量的計算單位 ；1瓩=1000瓦 ( Watt) 。

峰瓩 (kWp) P 表peak ，代表峰值。指裝設的太陽電池模板在標準狀況下 ， (即模板溫度25℃ 、轉換 轉換效率15%) 最大發電量總和。通常1峰瓩可發3-5度電。

瓩時 (kWh) 為衡量發電用量的單位 ，指使用1000瓦的電器設備1小時所消耗的電力 ，俗稱「度」。 MW ( Mega Watt) 百萬瓦 ，在衡量太陽光電公司產能時通常采用單位。

安培小時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小時容量或1安培50小 時容量 ，唯蓄電池容量不能全部利用。

負載 ( Load) 特定時間內 ，每單位時間輸出的電力或電流。

建材一體太陽電池模板 ( BIPV ，Building Integrated Photovoltaics) 將太陽光電系統結合建筑設計的一種節能建材產品 ， 可直接取代傳統屋頂、窗戶、外墻及遮陽 (雨) 棚等。可大幅改善傳統太陽光電系統笨重外型 ，不但美觀還可以增加空間效 益 ；打造另一個太陽光電建筑產業的市場商機 。

電力調節器 ( Power Conditioner) 負責電力調節功能設備的統稱 ，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