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工业技术 166 2016 年 24 期 谈太阳能光伏发电系统的原理与应用 陈忠意1 孔令稷 2 刘宁宁 3 1.国网山东省电力公司物资公司，山东 济南 250000 2.国网菏泽供电公司，山东 菏泽 274000 3.山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250000 摘要：随着全球对能源危机的重视，太阳能作为可再生、最原始、最安全、最环保、最直接的新能源。越来越受到人们的青睐。太阳能光伏发电正成为我国可再生能源的一支生力军。本文针对这一情况，概括了太阳能光伏发电系统原理以及太阳能光伏发电系统的组成，结合实际应用情况，分析太阳能光伏发电系统的类型与应用。望以此促进太阳能资源的更大限度的利用。 关键词：太阳能；光伏发电系统；原理 中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2016）24-0166-02 1 太阳能光伏发电系统原理 1.1 光-热-电转换方式 光-热-电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸汽，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光-热转换过程；后一个过程是热-电转换过程，与普通的火力发电一样，太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵 5～10 倍。 1.2 光-电直接转换方式 该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光-电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性 3 大优点。太阳 能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用。与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 2 太阳能光伏发电系统的组成 2.1 太阳能电池方阵 表 1 各类电磁只要性能表 太阳能电池技术是太阳能发电技术的主要组成部分。太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。各类型电池主要性能如表 1。 2.1.1 晶硅类电池 晶硅类电池分为单晶硅电池组件和多晶硅电池组件，两种组件最大的差别是单晶硅组件的光电转化效率略高于多晶硅组件，也就是相同功率的电池组件，单晶硅组件的面积小于多晶硅组件的面积。单晶硅、多晶硅太阳能电池具有制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点。 2.1.2 非晶硅薄膜太阳能电池 非晶硅薄膜太阳能电池具有弱光效应好，成本相对于硅太阳能电池较低的优点。而碲化镉、铜铟硒电池则由于原材料剧毒或原材料稀缺性，其规模化生产受到限制。 2.2 控制器 太阳能控制器采用高速 CPU 微处理器和高精度。/D 模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统。既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得 PV 站工作信息，又可详细积累 PV 站的历史数据，为评估 PV 系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分依据。 2.3 逆变器 由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，当负载是交流负载时，逆变器是将直流电转换成交流电的必不可少的设备。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电；并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。 3 太阳能光伏发电系统的分类与应用 3.1 光伏独立发电系统 白天发电，全天候用电，因此，在此系统中储能元件是必不可少的。储能元件主要是：蓄电池、超级电容器、超导储能器件等。该系统的设计要考虑负载用电情况、负载特性和当地的年平均日照量等。 蓄电池充电作为光伏发电能量的储能环节，每天都处于能量循环中，在调节负载的同时，也可以调节充电电流来实现匹配光伏电池最大功率点的目标.变换器也叫控制器，是光伏发电系统的关键部件.光伏发电系统的变换器主要有以下几种类型：太阳能最大功率点控制器通过调节负载功率，匹配太阳能电池的输出电压与电流，使光伏列阵输出电压工作在最大功率点电压处，实现光伏功率输出最大化；蓄电池充放电控制器通过调节控制器的直流电压和电流输出值，实现不同策略的充电控制.如恒流充电、恒压充电等。 3.2 光伏并网系统 并网光伏发电系统根据装机模式可分集中式和分散式两种。集中式容量较大，通常在几百千瓦以上。分散式容量较小，在几千瓦到几十千瓦，我们常见的为分散式并网发电系统。并网系统中光伏电池所发出的直流电能经逆变器逆变成与电网同频同相的交流电能后并入电力系统。该系统不需要蓄电池，是光伏发电系统最合理经济的方式。 3.2.1 并网系统组成 太阳能光伏电池阵列在光照条件下，发生光生伏特效应，产生不稳定且幅值较小的直流电。控制器起到稳定前级电压的作用，并在 DC-DC 部分进行最大功率点跟踪，从而提高系统的发电效率，并为后级 DC-DC 部分提供了逆变所必需的直流母线电压，为并网逆变做出前级准备。并网逆变器是光伏 （下转第 168 页）
