【光伏电站员工培训】光伏发电系统概况培训表

被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流出，从而获得功率输出。这样，阳的光能就直接变成了可以付诸实用的电能。

太阳能电池将光能转换成电能的工作原理概括为如下3 个主要过程：①太阳能电池吸收一定数量的光子后，半导体内产生电子－空穴对，称为“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；②电性相反的光生载流子被半导体p-n 结所产生的静电场分离开；③光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。

2. 太阳能光伏发电的运行方式

通过太阳能电池（又称光伏电池）将太阳辐射转换为电能的发电系统称为太阳能电池发电系统（又称太阳能光伏发电系统）。其发电系统可以分为：独立运行和并网运行两种方式。

2.1 太阳能独立运行光伏系统

太阳能光伏发电系统简介

阻塞二极管调节控制器蓄电池用电负载太阳能电池方阵

2.1.1 太阳能电池方阵

太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件,其光电转换效率、各项参数指标的优劣直接代表了整个光伏发电系统的发电性能,电池板尺寸大小的选择服从太阳能光伏阵列造型由单体太阳能电池封装成满足一定电压

和功率的小组合,根据需要可由小组合构成太阳能电池光伏发电系统方阵,

太阳能电池方阵工作电压一般为负载工作电压的1.4 倍。

2.1.2 阻塞二极管

阻塞二极管, 又称阻塞二极管。其作用是避免太阳能方阵不发电或出现短路故障时,蓄电池通过太阳能电池放电。它串联在太阳能电池方阵电路中,起单向导通的作用。

2.1.3 储能蓄电池组

太阳能电池方阵只有在光照射工作,有功率输出,到晚上或阴雨天由于没有光线而不能输出功率,平时将太阳能电池方阵有光时发的电能储存起来,供晚上或雨天无光照时应用,所以太阳能光伏发电系统要装备储能蓄电池。太阳能光伏发电系统中的储能蓄电池具体有两个方面的作用：一是储能;二是确定太阳能光伏发电方阵的工作点和起到一定钳位和稳定作用,不管方阵电压随光照如何变动,输出电压一定被钳位在蓄电池电压上。应用最广、数量最多的蓄电池是铅酸蓄电池。

2.1.4 调节控制器

调节控制器是光伏发电系统的核心部件之一。其主要功能是防止方阵对蓄电池过充电或防止蓄电池对负载过放电。太阳能光伏发电系统,电力是并入电网使用,必须设置控制调节转换装置,调节控制器又起到以下的作

用:(1)当蓄电池过充或过放时,可以报警或自动切断电路,保护蓄电池。(2)接需要设置高精度的恒压或恒流装置。(3)当蓄电池有故障时,可以自动切换接通备用蓄电池,以保证负载正常用电。(4)当负载发生短路时,可以自动断开。(5)与交流电网同步以保证并网的可靠性。

2.2 太阳能并网运行光伏系统

并网光伏发电系统是与电网相连,并向电网馈送电能的光伏发电系统。可分为集中式大型联网光伏系统和分散式小型联网光伏系统。系统主要由太阳能电池方阵、联网逆变器和控制器三大部分组成。利用蓄电池和太阳能电池构成独立的供电系统来向负载提供电能,当太阳能电池输出电能不能满足负载要求时,由蓄电池来进行补充,而当其输出的功率超出负载需求时, 将电能储存在蓄电池中; 将太阳能电池控制系统和电网并联,当太阳能电池输出电能不能满足负载要求时,由电网来进行补充;而当其输出的功率超出负载需求时,将电能输送到电网中。

2.2.1 太阳能并网运行光伏系统分类

根据联网系统是否允许通过供电区变压器向主电网馈电可分为：可逆流和不可逆流联网光伏发电系统。可逆流系统是在光伏系统产生剩余电力时将该电能送入电网，由于同电网的供电方向相反，故称为逆流；当光伏系统电力不够时，则由电网供电。不可逆流系统是指不会出现光伏系统向电网输电的情况，当光伏系统由于某种特殊原因产生剩余电能时，通过某种手段加以处理或放弃。

根据联网光伏系统是否配置贮能装置，分为有贮能装置和无贮能装置联网光伏发电系统。配置少量蓄电池的系统，称为有贮能系统。不配置蓄电池

的系统，称为无贮能系统。有贮能系统主动性较强，当出现电网限电、掉电、停电等情况时仍可正常供电。

2.2.2 逆变器

逆变器是将直流电变换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池发出的是直流电，当负载是交流负载时，逆变器是不可缺少的。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，将发出的电能馈入电网，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，将发出的电能馈入电网。

3. 太阳能光伏发电主要技术进展

太阳能光伏发电技术主要涉及太阳能电池、电源转换（逆变器、充电器）、控制系统、储能系统、并网技术等领域。

3.1 太阳能电池

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。各类电池主要性能如表1所示。

目前，薄膜电池的转换效率达到6%~8%，近两年内可达到10%~12%，五年内有望达到18%，其功率衰退问题也已解决。薄膜电池对弱光的转化率十分高，即使在阴天照样能够发电。其技术正在成为太阳能电池主流技术，与晶体硅太阳能电池技术并驾齐驱。

3.2 逆变器及控制系统

逆变器是一种电源转换装置，太阳能逆变器的作用是将太阳能电池产生的DC电压转换成为电网兼容的AC输出。太阳能发电系统对逆变器的主要要求是可靠、效率高、波形畸变小、功率因数高。对逆变器的性能的各种要求如表：

3.3 并网技术

国际上并网光伏发电有两种应用方式，一种是在城镇的建筑屋顶或其它空地上建设，和低压配电网并联，光伏电站发出的电力直接被用户消耗，多

余部分输送到电网；另一种是在荒漠建设，和高压输电网并联，通过输电网输送，降压后再供给用电负载。

光伏与建筑相结合的系统（BIPV）是一种先进、有潜力的高科技绿色节能建筑发电系统。BIPV系统也是目前世界上大规模利用光伏技术发电的重要市场，BIPV是光伏并网一种重要的应用形式，主要在城镇安装光伏电站，它是我国未来光伏发电的主要发展方向之一，我国目前已建成1MWp BIPV低压并网光伏电站，已经初步掌握了低压配电网并联的大型太阳光伏电站系统集成技术，但在关键设备及大容量光伏电站接入低压电网后对电网的影响等方面还有待深如研究。

3.4 跟踪式光伏发电技术

太阳能跟踪系统有效解决了太阳能光能利用效果最佳化的问题，太阳能跟踪系统能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板，国外的研究显示单轴跟踪系统可以提高发电量20%以上，而双轴跟踪系统则可以将发电量提高40%之多。跟踪控制技术现在已经非常成熟，例如：2006年德国建成的当时世界上最大的光伏并网电站，总容量为12MWp，全部采用双轴跟踪的安装方式；此外西班牙、葡萄牙等国也在建设上百兆瓦的跟踪光伏电站。我国目前尚未建成带有光伏阵列跟踪系统的并网光伏电站。中科院电工所2006年10月底在西藏羊八井建成我国第一座具有多种跟踪方式的光伏示范电站，总容量为13.2kWp，目前处于试运行阶段。

4. 太阳能光伏发电的几个关键问题

太阳能光伏发电系统简介（上海理工大学）

发展太阳能光伏发电产业的关键问题包括光伏电池技术、光伏发电成本、

光伏发电政策以及光伏电网的接入等。

4．1 光伏电池技术

光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心部件。光伏电池大规模应用需要解决2大难题:提高光电转换效率和降低生产成本。

太阳能光伏电池通常用晶体硅或薄膜材料制造,前者由切割、铸锭或者锻造的方法获得,后者是一层薄膜附着在低价的衬背上。

晶体硅仍是当前太阳能光伏电池的主流。晶体硅电池包括单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。单晶硅电池的实验室最高转换效率可达24. 7% ,商业化电池效率为16% ～20%。多晶硅太阳能电池的实验室最高效率也超过了20% ,商业化电池效率为15%～18%。除效率外,电池的厚度也很重要。降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶硅太阳电池成本的有效技术措施。硅片的平均厚度已从2003年的0. 23mm减小到2007年的0. 18mm。

表3 2003—2007年世界各类太阳能产量MW

年份单晶硅电池多晶硅电池薄膜电池总计 2003 237 467.0 43 747.0 2004 409 727.0 65 1201.0 2005 672 1013.9 107 1792.9 2006 1141 1229.7 191 2561.7 2007 1651 1999.0 350 4000.0

这6种电池分别为单晶硅、多晶硅、H IT(H IT太阳能电池为三洋电机采用特殊结构、结合结晶型及薄膜型特点研发而成的太阳能电池) 、非晶硅、铜铟镓硒和碲化镉电池。在对能量产出要求比较均衡的情况下,单晶硅、H IT 组件在太阳辐射较高时性能最优,适合在太阳辐射强、多晴天的地区使用;

在太阳辐射量较高、少云或多云地区,碲化镉有优势;多晶硅和铜铟稼硒受太阳辐照影响较大,不适合在太阳辐射变化大、四季分明的地区使用;非晶硅在