1.1.2 光伏发电系统结构

【任务说明】

太阳能是光伏发电系统能量的来源，按照光伏发电系统应用结构来分，可以分为离网光伏发电系统和并网光伏发电系统。本书中的“光伏发电系统”均指“太阳能光伏发电系统”，“光伏电池”即“太阳能电池”。从光伏发电系统应用角度出发，要求掌握离网光伏发电系统、并网光伏发电系统的结构组成及各部件功能。

【任务实施】

1.离网光伏发电系统

（1）离网光伏发电系统组成

离网光伏发电系统主要包括光伏电池组件（光伏方阵）、光伏控制器、蓄电池、离网逆变器和负载。光伏发电的核心部件是光伏电池组件（即太阳能电池板），它能将太阳能直接转换成电能；并通过光伏控制器把光伏电池产生的电能存储于蓄电池中；当负载用电时，蓄电池中的电能通过光伏控制器合理地分配到各个负载上。光伏电池组件所产生的电流为直流电，可以直接以直流电的形式应用，也可以用离网逆变器将其转换成为交流电，供交流负载使用。光伏发电的电能可以即发即用，也可以用蓄电池等储能装置将电能存储起来。离网光伏发电系统结构如图1-3所示。

（2）离网光伏发电系统各部件功能

1)光伏电池组件。

光伏电池组件也叫太阳能电池板，是太阳能发电系统中的核心部分。其作用是将太阳光的辐射能量转换为电能，并送往蓄电池中存储起来，也可以直接用于驱动负载工作。当发电容量需要较大时，就需要用多块电池组件串、并联后构成太阳能电池阵列。目前应用的光伏电池组件主要是晶体硅电池，分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池等几种。

2）蓄电池（组）。

蓄电池的作用主要是存储太阳能电池板发出的电能，并可随时向负载供电。太阳能光伏发电系统对蓄电池的基本要求是：自放电率低、使用寿命长、充电效率高、深放电能力强、工作温度范围宽、少维护或免维护以及价格低廉。目前为光伏系统配套使用的主要是免维护铅酸电池，在小型、微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池、锂电池或超级电容器。当需要大容量电能存储时，就需要将多只蓄电池进行串、并联，构成大容量蓄电池组。

3)光伏控制器。

光伏控制器的作用是控制整个光伏系统的工作状态。其功能主要有：蓄电池防过充电保护、蓄电池防过放电保护、系统短路保护、系统极性反接保护、夜间防反充保护等。在温差较大的地方，控制器还具有温度补偿的功能。另外控制器还有光控、时控等工作模式，以及充电状态、蓄电池电量等各种状态的显示功能。光伏控制器一般分为小功率、中功率、大功率和风光互补控制器等几种。

4)离网逆变器。

离网逆变器是把光伏电池组件或者蓄电池输出的直流电转换成交流电供应给交流负载使用的设备。

2.并网光伏发电系统

并网光伏发电系统就是光伏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能后接入公共电网。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏系统，也有分布式小型并网光伏系统。集中式大型并网光伏系统一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。这种电站投资大、建设周期长、占地面积大。分布式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网光伏发电的主流。常见并网光伏发电系统一般有下列两种形式。

（1）有逆流并网光伏发电系统

有逆流并网光伏发电系统如图1-4所示。当光伏发电系统发出的电能充裕时，可将剩余电能馈入公共电网，向电网供电（卖电）；当光伏发电系统提供的电力不足时，由电网向负载供电（买电）。由于向电网供电时与电网供电的方向相反，所以称为有逆流并网光伏发电系统。

（2）无逆流并网光伏发电系统

无逆流并网光伏发电系统如图1-5所示。光伏发电系统即使发电充裕也不向公共电网供电，但当光伏发电系统供电不足时，则由公共电网向负载供电。