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1、第五章 太阳能光伏系统概要,5.1 太阳能光伏系统的种类及用途 5.2 独立系统 5.3 并网系统 5.4 混合系统 5.5 小规模新能源电力系统,5.1 太阳能光伏系统的种类及用途,根据是否与电力系统并网，太阳能光伏系统可分为：,1、独立太阳能光伏系统,2、并网太阳能光伏系统,1、独立型太阳能光伏系统的分类及用途,2、并网型太阳能光伏系统的分类及用途,5.2 独立系统,1、独立系统的一般组成： 太阳电池组件 控制器 蓄电池 逆变器(针对交流负载) 负载,太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。 其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，
2、或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。,太阳电池组件,控制器的作用是对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出，是整个系统的核心控制部分。系统的充电、放电和负载的工作由它进行自动智能控制和保护，它的性能直接影响到系统的可靠性，特别是蓄电池的寿命。,控制器,合格的太阳能控制器要具备以下功能： 蓄电池过充、过放电保护 ； 蓄电池开路保护 ，输出短路保护； 夜间防反充电保护； 负载过压保护； 太阳能电池反接保护； 蓄电池接反保护；,蓄电池的作用是将太阳电池组件产生的电能储存起来，当光照不足或晚上、或者负载需求大
3、于太阳电池组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求。它是太阳能光伏系统的储能部件。 国内目前被广泛使用的太阳能蓄电池主要是铅酸免维护蓄电池，因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点，很适合用于性能可靠的太阳能电源系统，特别是无人值守的工作站。 根据负载的不同需要，蓄电池可用也可不用。,蓄电池,太阳能蓄电池应该具备以下特性： 比较好的深循环能力，有着很好的过充和过放能力。 寿命长，特殊的工艺设计和胶体电解质保证它长久耐用。 适用不同的环境要求，如高海拔，高温，低温等不同的条件下都能正常使用的电池。,太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VA
4、C的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。,逆变器,2、独立系统的用途,独立系统一般适用于下列情况: 需要自由携带的设备; 夜间、阴雨天等不需电网供电; 远离电网的边远地区幕； 不需要并网; 不采用电气配线施工; 不需要备用电源。,3、独立系统的构成及种类,种类,直流负载直接型系统,直流负载蓄电池使用型系统,交流负载蓄电池使用型系统,直、交流负载蓄电池使用型系统,该系统的特点是系统负载为直流负载而且对负载的使用时间没有特别的要求，负载主要是在白天使用，所以该系统由太阳电池组件和负载组成，在系统中没有使用蓄电池，也不需要使用控制器。 系统
5、结构简单，直接使用太阳能太阳电池组件给负载供电，省去了能量在蓄电池中的储存和释放过程所造成的损失，以及控制器中的能量损失，提高了太阳能的利用效率。其常用于光伏水泵系统、灌溉系统以及一些白天临时设备用电和旅游设施中。,直流负载直接型系统,右图显示的是一个简单直流的光伏水泵系统这种系统，在发展中国家的无纯净自来水供饮地区得到了广泛的应用，产生了良好的社会效益。,简单直流的光伏水泵系统,该系统是由太阳电池组件、蓄电池、充放电控制器以及直流负载构成。,直流负载蓄电池使用型系统,这种系统一般用在夜间照明(如庭园照明等)、交通指示用电源、边远地区设置的微波中转站等通讯设备备用电源、远离电网的农村用电源等场
6、合。日前这种系统比较常用。,太阳能路灯,该系统是由太阳电池组件、蓄电池、充放电控制器、逆变器以及交流负载构成。,交流负载蓄电池使用型系统,该系统主要用于家庭电器设备，如电视机、电冰箱等。由于这些设备为交流设备，而太阳电池的出力为直流，因此必须使用逆变器将直流电转换成交流电。,我国在西部地区实施的“光明工程”中，一些无电地区建设的部分乡村光伏电站就是采用这种形式；中国移动和中国联通公司在偏僻无电网地区建设的通信基站也采用了这种光伏系统供电。,青海无电山区太阳电站组件方阵,这种光伏系统能够同时为直流和交流负载提供电力，通常这种系统的负载耗电量也比较大，从而系统的规模也较大。在一些同时具有交流和直流
7、负载的通信基站和其它一些含有交、直流负载的光伏电站中得到应用。,直、交流负载蓄电池使用型系统,这种光伏系统最大的特点就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。,5.3 并网系统,并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。,特点： 在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。 由于并网系统直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，这不仅可节省投资，使太阳能光伏系统的成本大大降低，有利于太阳能光伏系统的普及，而且可省去蓄电池的维护、检修等费用，所以该系统是一种十分经济的系统。,系统中
8、需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网电力对电压、频率等电性能指标的要求。 并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染，孤岛效应等。,太阳电池的出力供给负载后若有剩余电能且剩余电能流向电网的系统，我们称之为有逆潮流并网系统。,有逆潮流并网系统,由于太阳电池产生的剩余电使则能可以供给其他的负载使用，因此可以发挥太阳电池的发电能力，电能得到充分利用。 当太阳电池的出力不能满足负载的需要时，从电力系统得到电能。,特点：,应用：,这种系统可用于家庭的电源、工业用电源等场合。,太阳电池的出力供给负载，即使有剩余电能，但剩余电能并不流向电网，
9、此系统称为无逆潮流并网系统。,无逆潮流并网系统,当太阳电池的出力不能满足负载的需要时，从电力系统得到电能。,特点：,应用：,这种有逆潮流的并网系统在屋顶太阳能光伏系统中正得到越来越广泛的应用。,正常情况下，太阳能光伏系统与电网分离，直接向负载供电。而当日照不足或连续雨天，太阳能光伏系统的出力不足时，切换器自动切向电网一边，由电网向负载供电。这样的系统称之为切换式并网系统。,切换式并网系统,这种系统主要由太阳电池、蓄电池、逆变器、切换器以及负载等构成。系统在设计蓄电池的容量时可选择较小容量的蓄电池，以节省投资。,通常，该系统通过系统并网保护装置与电力系统连接，太阳能光伏系统所产生当灾害发生时，系
10、统并网保护装置动作使太阳能光伏系统与电力系统分离。这样的系统称之为自立运行切换型太阳能光伏系统。,自立运行切换型太阳能光伏系统(防灾型),自立运行一切换型太阳能光伏系统一般用于灾害、救灾等情况。该系统可作为紧急通讯电源、避难所、医疗设备、加油站、道路措示、避难场所指示以及照明等的电源，当灾害发生时向灾区的紧急负荷供电。,由于情报通信用电源为直流电源，因此，太阳能光伏系统所产生的直流电可以直接供给情报通讯设备使用。 为了提高供电的可靠性和自立性，太阳能光伏系统也可同时与商用电力系统并用。,直、交流并网型太阳能光伏系统,直流并网型太阳能光伏系统,交流并网型太阳能光伏系统可以为交流负载提供电能。图中
11、，实线为通常情况卜的电能流向，虚线为灾害情况下的电能流向。,交流并网型太阳能光伏系统,传统太阳能光伏并网系统主要由太阳能电池、逆变器、控制器、自动保护系统、负荷等构成。 其特点是太阳能光伏系统分别与电力系统的配电线相连。各太阳能光伏系统的剩余电能直接送往电力系统(称为卖电)；各负荷的所需电能不足时，直接从电力系统得到电能(称为买电)。,地域并网型太阳能光伏系统,逆充电问题 当电力系统的某处出现事故时，尽管将此处与电力系统的其他线路断开，但此处如果接有太阳能光伏系统的话，太阳能光伏系统的电能会流向该处，有可能导致事故处理人员触电，严重的会造成人身伤亡。 电压上升问题 由于大量的太阳能光伏系统与电
12、力系统并网，晴天时太阳能光伏系统的剩余电能会同时送往电力系统，使电力系统的电压上升，导致供电质量下降。,传统太阳能光伏并网系统的不足：,太阳能发电的成本问题 目前，太阳能发电的价格太高是制约太阳能发电普及的重要因素，如何降低成本是人们最为关注的问题。 负荷均衡问题 为了满足最大负荷的需要，必须相应地增加发电设备的容量，但这样会使设备投资增加，不经济。,提高了电能的利用率 太阳能发电站发出的电能首先向地域内的负荷供电，有剩余电能时，电能存储系统先将其储存起来，若仍有剩余电能则卖给电力系统；太阳能发电站的出力不能满足负荷的需要时，先由电能储存系统供电，仍不足时则从电力系统买电。 这种并网系统与传统
13、的并网系统相比，可以减少买、卖电量。太阳能发电站发出的电能可以在地域内得到有效利用，可提高电能的利用率，降低成本。,地域并网太阳能光伏系统的特点：,有效解决了逆充电问题 地域并网太阳能光伏系统通过系统的并网装置(内设有开关)与电力系统相连。当电力系统的某处出现故障时，系统并网装置检测出故障，并自动断开开关，使太阳能光伏系统与电力系统脱离，防止太阳能光伏系统的电能流向电力系统，有利于检修与维护。因此这种并网系统可以很好地解决逆充电问题。,有效解决了电压上升问题 地域并网太阳能光伏系统通过系统并网装置与电力系统相连，所以只需在并网处安装电压调整装置或使用其他方法，就可解决由于太阳能光伏系统同时向电
14、力系统送电时所造成的系统电压上升问题。,解决了负荷均匀问题 由于设置了电能储存装置，可以将太阳能发电的剩余电能储存起来，可在最大负荷时向负荷提供电能，因此可以起到均衡负荷的作用，从而大大减少调峰设备，节约投资。,大型光伏并网发电站 该种光伏发电站无需蓄电池蓄能，政府通过对太阳能光伏发电收购价格的扶持，倡导环保绿色电力。,并网光伏发电的应用,屋顶光伏并网发电系统 该系统适用于独立节能别墅、公寓等，通过享受卖电与买电的差价，享受更合理的建造成本优势。 系统为用电负荷提供电力， 同时多余电力流向商业电网，反之，系统电力不足时，由商业电网提供所需电力。,我们将太阳能光伏系统与其他系统(如风力、集热器、
15、燃料电池等)组成的系统称为混合系统。 这种太阳能光伏系统中除了使用太阳能太阳电池组件阵列之外，还使用了其他系统作为备用电源。其目的就是为了综合利用各种发电技术的优点，避免各自的缺点。比方说，光伏系统的优点是维护少，缺点是能量输出依赖于天气，不稳定。,5.4 混合系统,混合系统的分类：,混合系统,光、热混合太阳能光伏系统,现地电源混合系统,光、热混合系统就是太阳电池与太阳能热水器组合的系统。 光、热混合太阳能光伏系统用于住宅负载时可以得到有效利用，即可以有效利用设置空间、减少使用的建材以及能量回收年数、降低设置成本以及能源成本等。,光、热混合太阳能光伏系统,太阳电池的转换效率大约为10%，加上集
16、热功能，太阳光热混合集热器可使综合能量转换效率提高。 集热用媒质的循环运动可促进太阳电池阵列的冷却效果，可抑制太阳电池单元随温度上升转换效率下降。,特点：,现地电源混合系统是指由太阳能光伏系统与风力发电、水力发电以及柴油机发电等组成的系统。使用混合供电系统的目的就是为了综合利用各种发电技术的优点，避免各自的缺点。,现地电源混合系统,它由太阳能光伏系统、燃料电池系统构成，燃料电池所用燃料为都市煤气。该系统可以综合利用能源，提高能源的综合利用率。将来可作为个人住宅电源使用。太阳能光伏、燃料电池系统由于使用了燃料电池发电，因此可以节约电费、明显降低二氧化碳的排放量、减少环境污染。,太阳能光伏、燃料电池系统,这种太阳能光伏系统中除了使用太阳能太阳电池组件阵列之外，还使用了燃油发电机作为备用电源。,太阳能光伏、燃油发电机系统,使用混合供电系统可以达到可再生能源的更好利用。因为可再生能源是变化的，不稳定的，所以系统必须按照能量产生最少的时期进行设计，所以在其他的时间，
