浅诉太阳能光伏发电系统

在资源枯竭、环境污染日益严重的今天，发展清洁能源和可再生能源、促进能源结构优化已刻不容缓。光伏发电结合其自身的特点，已得到很多国家的重视并将成为各国竞向发展的热点。

1.太阳能光伏发电系统的分类及构成

太阳能光伏发电系统按与电力系统关系分类，通常分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统。并网太阳能光伏发电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，一般分为集中式和分散式两种，集中式并网电站一般容量较大，通常在几百千瓦到兆瓦级以上，而分散式并网系统一般容量较小，在几千瓦到几十千瓦。

在并网光伏电站中，太阳能通过太阳电池组成的光伏阵列转换成直流电，经过三相逆变器（DC-AC）转换成电压较低的三相交流电，再通过升压变压器转换成符合公共电网电压要求的交流电，并直接接入公共电网，供公共电网用电设备使用和远程调配。

在独立光伏电站中，太阳能通过太阳电池组成的光伏阵列转换成直流电，经过三相逆变器（DC-AC）转换成电压较低的三相交流电，再通过隔离变压器转换成用户需要的三相交流电供用户使用。

2.太阳能电池组件的选择

目前太阳电池按基体材料主要分为：

（1）硅太阳电池：主要包括单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、微晶硅电池以及HIT电池等。

（2）化合物半导体太阳电池：主要包括单晶化合物电池如砷化镓电池、多晶化合物电池如铜铟镓硒电池、碲化镉电池等、氧化物半导体电池如Cr2O3和Fe2O3等。

（3）有机半导体太阳电池：其中有机半导体主要有分子晶体、电荷转移络合物、高聚物三类。

（4）薄膜太阳电池：主要有非晶硅薄膜电池（α-Si）、多晶硅薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池、纳米晶薄膜电池等。

结合国内太阳电池市场的的产业现状和产能情况，市场主流依然还是晶硅类太阳电池，约占80%市场份额，非晶硅薄膜太阳电池所占市场份额较小。晶硅类电池中，多晶硅电池成熟度较高，效率稳定，目前价格相对较低，太阳电池市场占有率最大，在国内外均有较大规模应用的实例。

3.电池阵列的运行方式

在光伏发电系统的设计中，光伏组件方阵的运行方式对系统接收到的太阳总辐射量有很大的影响，从而影响到光伏发电系统的发电能力。光伏组件的运行方式有固定安装式和自动跟踪式几种型式。其中自动跟踪系统包括单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。单轴跟踪（水平单轴跟踪和斜单轴跟踪）系统以固定的倾角从东往西跟踪太阳的轨迹，双轴跟踪系统（全跟踪）可以随着太阳轨迹的季节性位置的变换而改变方位角和倾角。

固定式与自动跟踪式各有优缺点：固定式初始投资较低、且支架系统基本免维护；自动跟踪式初始投资较高、需要一定的维护，但发电量较固定式相比有较大的提高，假如不考虑后期维护工作增加的成本，采用自动跟踪式运行的光伏电站单位电度发电成本将有所降低。若自动跟踪式支架造价能进一步降低，则其发电量增加的优势将更加明显；同时，若能较好解决阵列同步性及减少维护工作量，则自动跟踪式系统相较固定安装式系统将更有竞争力。

4.电池阵列最佳倾角的计算

电池阵列的安装倾角对光伏发电系统的效率影响较大，对于固定式电池列阵最佳倾角即光伏发电系统全年发电量最大时的倾角。

计算倾斜面上的太阳辐射量，通常采用Klein计算方法。利用RETScreen软件，采用所选工程代表年的太阳辐射资料，计算不同角度倾斜面上各月日平均太阳辐射量，数据分析后并作出不同倾斜面上日平均太阳辐射量变化曲线图，从图中可以得出最佳倾角。

5.逆变器的选择

作为光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备之一，其选型对于发电系统的转换效率和可靠性具有重要作用。逆变器的选型主要考虑以下技术指标。

（1）转换效率高逆变器转换效率越高，则光伏发电系统的转换效率越高，系统总发电量损失越小，系统经济性也越高。

（2）直流输入电压范围宽太阳电池组件的端电压随日照强度和环境温度变化，逆变器的直流输入电压范围宽，可以将日出前和日落后太阳辐照度较小的时间段的发电量加以利用，从而延长发电时间，增加发电量。

（3）最大功率点跟踪太阳电池组件的输出功率随时变化，因此逆变器的输入终端电阻应能自适应于光伏发电系统的实际运行特性，随时准确跟踪最大功率点，保证光伏发电系统的高效运行。

（4）输出电流谐波含量低，功率因数高。

（5）具有低电压耐受能力。

（6）系统频率异常响应。

（7）具有保护功能根据电网对光伏电站运行方式的要求，逆变器应具有交流过压、欠压保护，超频、欠频保护，防孤岛保护，短路保护，交流及直流的过流保护，过载保护，反极性保护，高温保护等保护功能。

（8）监控和数据采集逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到主控室，其控制器还应有模拟输入端口与外部传感器相连，测量日照和温度等数据，便于电站数据处理分析。

6.太阳电池方阵接线原则

每个光伏发电单元由太阳电池组串、汇流设备、逆变设备及升压设备构成。

（1）太阳电池组件串联形成的组串，其输出电压的变化范围必须在逆变器正常工作的允许输入电压范围内。

（2）每个逆变器直流输入侧连接的太阳电池组件的总功率应大于该逆变器的额定输入功率，且不应超过逆变器的最大允许输入功率。

（3）太阳电池组件串联后，其最高输出电压不允许超过太阳电池组件自身最高允许系统电压及逆变器最大允许的直流电压。

（4）各太阳电池组件至逆变器的直流部分电缆通路应尽可能短，以减少直流损耗。

7.辅助技术方案

光伏电站内应配置一套环境监测仪，实时监测日照强度、风速、风向、温度等参数。

电池组件很容易积尘，影响发电效率。必须对电池组件进行清洗，保证电池组件的发电效率。

8.结语

本文对太阳能光伏发电系统进行了阐述，建设太阳能光伏电站对节约能源、环境保护有重大意义；目前尚需解决光伏组件转换效率低、影响地区电网稳定等问题。 [科]

【参考文献】

[1]国家电网公司.光伏电站接入电网技术规定，2011，5.

[2]相关工程资料.