1.4 光伏发电系统

一个完整的光伏发电系统由多个部分组成，主要包括光伏面板或光伏阵列、逆变器，同时还包括诸如跟踪支架、控制器等组件以及电网。一个典型的光伏发电系统如图1-5所示。光伏发电系统需要对光伏面板的工作状态进行监测、控制，并且对光伏面板的输出电能进行有效利用。目前广泛应用的光伏发电系统的形式主要分为独立（离网）光伏系统和并网光伏系统两种。光伏发电系统根据是否与其他发电系统或电网连接可分为单机系统和电网连接系统；单机系统又包括三大类：无存储装置、有存储装置和混合发电系统。电网连接系统包括直接与公共电网连接的系统和通过内部电网连接到公共电网的系统。光伏发电系统的具体分类如图1-6所示。

1.4.1 独立光伏系统

独立光伏系统（stand-along PV system）不与公共电网相连，只满足小范围的电力需求，特别适用于电网难以覆盖的偏远地区，以及通信基站、太阳能照明系统等需要灵活部署或者需要持续供电保障的场合。蓄电池将日照充足时发出的剩余电能储存起来，供日照不足或没有日照时使用。为了延长蓄电池的寿命，直流控制中应具有一个调节和保护环节来控制蓄电池的充放电的速率和深度。蓄电池的充放电控制是独立光伏系统的重要内容。图1-7所示是一个典型的独立光伏系统，主要由光伏电池板、充/放电控制器、电能存储装置（蓄电池）和逆变器等组成，下面对各个组成部分进行详细的介绍。

1.光伏电池板

一块电池板由许多互相连接的电池（通常为36块串联的电池）组成，把互相连接的电池封装起来的主要原因是为了保护电池及其连接线不受周围环境的破坏。由于光伏电池非常薄，在缺乏保护的情况下很容易受到机械损伤。此外，电池表面的金属网格以及连接每个电池的金属线都有可能受到水或水蒸气的腐蚀，通过封装就能阻止损坏的发生。比如，非晶硅光伏电池通常被封装在柔软的板块内，而在偏远地区使用的晶体硅光伏电池则通常保护在刚硬的玻璃封装内，一般规定的硅光伏电池板的使用寿命为20年以上，组件封装可使其可靠性大大提高。

2.充/放电控制器

充/放电控制器的作用是将光伏电池板产生的电能存储到蓄电池中，在用户需要电能的时候，将蓄电池中的电能释放出来供用户使用，充/放电控制器在充电、放电过程中还要对蓄电池起保护作用。

3.电能储存装置

电能储存用来储存光伏电池产生的能量，目前主要的储存方式有铅酸蓄电池、锂电池和大容量电容器等。

4.逆变器（在需要提供交流电压的情况下）

由于目前的用电设备，如普通照明用的电灯、计算机等都是220V的交流电，机床、水泵等都是380V的交流电，为了使光伏发电产生的电能够用于日常生活和工农业生产，还需要将其产生的直流电能转换为交流电能，这就需要逆变器来完成。

1.4.2 并网光伏系统

并网光伏系统是指与公共电网相连的光伏发电系统，主要有大型光伏电站和分布式光伏发电系统两种形式。并网光伏系统产生的电能可以馈送至电网，使光伏发电成为能源供应中的重要组成部分。大型光伏电站通常设立在偏远空旷山区或沙漠地区，而分布式光伏系统则是分散安装在城市建筑物的墙壁或屋顶上。典型的并网光伏系统如图1-8所示。

并网光伏发电系统由光伏阵列、汇流箱、逆变器和交、直流配电柜等组成，各部分的功能如下。

1.汇流箱

在光伏发电系统中，数量庞大的光伏电池组件进行串并组合达到需要的电压电流值，以使发电效率达到最佳。光伏汇流箱的主要作用就是对光伏电池阵列的输入进行一级汇流，用于减少光伏电池阵列接入到逆变器的连线，优化系统结构，提高可靠性和可维护性。在提供汇流防雷功能的同时，还监测光伏电池板的运行状态、汇流后的电流、电压和功率、防雷器状态、直流断路器状态、继电器接点的输出等。

2.交、直流配电柜

交、直流配电柜包含直流配电单元和交流配电单元，直流配电单元提供直流输入、输出接口，主要是将光伏组件输入的直流电源进行汇流后接入逆变器或直接供给其他直流负载（如蓄电池、充电电源等）；交流配电单元主要通过本柜给逆变器提供并网接口，配置输出交流断路器直接供交流负载使用，另外还含有（市电或发电机）网侧断路器、光伏防雷模块、逆变器输出计量电度表（可带RS485接口）和交流电网侧配置电压电流表等测量仪表，方便系统管理。

并网光伏系统与离网光伏系统在结构上的差别不是很大，其主要差别体现在技术实现上，并网光伏系统除了要具有独立光伏系统的功能外，还要考虑并网的相关标准和要求，具体会在以后章节中介绍。