太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)研究

黃偉

摘要：在低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和能源危機(jī)的今天，各國都加大了對新能源的開發(fā)和利用，而太陽能被認(rèn)為是最清潔的能源，并具有無限使用的可能，因?yàn)殂y河系還能運(yùn)行45億年，并且太陽目前向地球輸送的能量是整個人類社會能源消耗的1.2萬倍。然而目前人類社會面對這樣的能源寶庫，卻因?yàn)榧夹g(shù)落后而不能進(jìn)行利用，實(shí)在可惜。本文對太陽能光伏發(fā)電類型及應(yīng)用進(jìn)行研究，期望能夠?yàn)槭澜缣柲苣茉吹脑缛掌占斑\(yùn)用產(chǎn)生促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；類型；應(yīng)用

2014年，我國光伏發(fā)電應(yīng)用規(guī)模不斷創(chuàng)新，30個分布式光伏發(fā)電示范區(qū)項(xiàng)目充分發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，目前已經(jīng)建成50萬千瓦，在建規(guī)模60萬千瓦，帶動社會資金超過100億。然而太陽能光伏發(fā)電仍然存在成本高，電板材料生產(chǎn)具有污染性的缺點(diǎn)。然而我們不能因噎廢食，科學(xué)技術(shù)必將不斷進(jìn)步，對于太陽能的運(yùn)用必將成為世界能源的主流。

1光伏發(fā)電系統(tǒng)研究歷史和現(xiàn)狀

太陽能發(fā)電研究很早就在進(jìn)行了，20實(shí)際80年代以來，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)一直在蓬勃發(fā)展，每年以30%-40%的速度遞增。非洲、亞洲、南美等都投入了很大研究力度。為了鼓勵太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用，美國、日本等主要發(fā)達(dá)國家都開始用各種政策進(jìn)行鼓勵，德國是最早和最積極倡導(dǎo)太陽能光伏發(fā)電的國家之一，早在1990年就推出了“1000太陽能屋頂計劃”，1998年更是推出了10萬光伏屋頂計劃，并在2000年頒布了《可再生能源法》。此外，美國在2002年光伏電池的生產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了112.9MW，日本在2013年光伏電池生產(chǎn)總量達(dá)到了2.8GW，世界范圍內(nèi)已經(jīng)開始加大對光伏發(fā)電的研究。

我國在60年代開始發(fā)展空間太陽能的電池，70年代發(fā)展地面用光伏電池。80年代中期。我國的光伏電池組件生產(chǎn)能力達(dá)到4.5MW。與發(fā)達(dá)國家差距不斷縮小，2014年，我國光伏發(fā)電量同比增長200%。實(shí)現(xiàn)了驚人的進(jìn)步。

2太陽能的光伏發(fā)電系統(tǒng)作用原理

當(dāng)前太陽能的光伏發(fā)電機(jī)制是利用太陽能電池的不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體和金屬結(jié)合部位之間產(chǎn)生的電位差反應(yīng)，把太陽能的光能輻射能量轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)成是由太陽能電池板在前吸收輻射，連接太陽能發(fā)電放電控制器、恒流交流逆變器和蓄電池組，組成一整套的發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電的電池板是太陽能光伏發(fā)電的核心，可以將太陽的光能輻射進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換，提供電力供應(yīng)使用或進(jìn)行儲存；太陽能充電放電控制器是控制蓄電池的充電電流和電壓的，能夠安全、快速的為蓄電池充電，并在充電中盡量減少損耗。增加了蓄電池使用時限，同時減輕蓄電池負(fù)擔(dān)，避免充電過飽和和放電現(xiàn)象的發(fā)生；逆變器的作用是將太陽能電池陣列和蓄電池提供的低壓直電流逆變成220伏的交流電，交流負(fù)載使用；蓄電池組的作用是將太陽能陣列發(fā)出的直流電儲存起來，供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池是處于浮充放電狀態(tài)的，日照量大時，除了供給負(fù)載使用外，還要進(jìn)行充電。

3太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類

目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為三類，一種是可以獨(dú)立使用的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)、一種是需要并網(wǎng)連接的光伏發(fā)電系統(tǒng)、一種是結(jié)合兩者的混合型的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

獨(dú)立發(fā)電供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)如下圖所示：

獨(dú)立轉(zhuǎn)化太陽能的光伏發(fā)電系統(tǒng)也是由電池板、蓄電池、太陽能充電放電控制器、直流交流逆變器組成。太陽能的電池板將太陽能轉(zhuǎn)化成直流形式的電能，當(dāng)發(fā)電量大時太陽能通過充電器對蓄電池充電，當(dāng)產(chǎn)生電力不夠時，太陽能電池發(fā)電和蓄電池放電。一起提供電力供電，蓄電池一般采用鉛酸蓄電池?？刂破饔沙潆婋娐贰⒎烹婋娐?、最大功率點(diǎn)跟蹤控制裝置組成。直流交流逆變器可以將恒流電轉(zhuǎn)換為與負(fù)載相同的交變電流。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如下圖所示：

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是直接連接電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，與獨(dú)立的發(fā)電供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，逆變器起到的作用更加的大，要求能夠直接與電網(wǎng)連接。當(dāng)前與電網(wǎng)相連光伏發(fā)電系統(tǒng)具有兩種結(jié)構(gòu)形式。最大的區(qū)別在于是否有蓄電池進(jìn)行電能的儲備。用蓄電池進(jìn)行電能儲備的稱為可調(diào)節(jié)式電網(wǎng)連接光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于系統(tǒng)中的直流交流逆變器配有總開關(guān)和供電開關(guān)，系統(tǒng)具備了不斷電電源的功能，對于一些家庭自用用戶和大型耗電用戶來說至關(guān)重要。這一機(jī)器還能夠起到調(diào)節(jié)功率的作用，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，消除對機(jī)器有害的高次諧波分量，提高電能穩(wěn)定性和清潔性；不用蓄電池儲電的并網(wǎng)廣發(fā)發(fā)電系統(tǒng)叫做不可調(diào)度式電網(wǎng)連接發(fā)電系統(tǒng)，逆變器直接把電池板產(chǎn)生的恒電流轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)電壓相同的交變電流，在主用電網(wǎng)系統(tǒng)停電時，機(jī)器自動停止電力供應(yīng)，在日照充足時，或者光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的交變電流超過了供電需要時，多余的電直接送往電網(wǎng)。在光伏系統(tǒng)不產(chǎn)生電或發(fā)電的情況下，供電網(wǎng)絡(luò)向負(fù)載補(bǔ)充電能。

混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)與前兩者的區(qū)別在于增加了一臺備用發(fā)電機(jī)機(jī)組，其構(gòu)造如下圖所示：

發(fā)電機(jī)的作用在于既可以直接給交流負(fù)載供電，又可以經(jīng)整流器后給蓄電池充電。

4太陽能發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，我國光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為兩種，一種是采用戶用光伏系統(tǒng)和建設(shè)小型光伏電站為主，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的用電問題；一種是借鑒發(fā)達(dá)國家屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的建造經(jīng)驗(yàn)，在發(fā)達(dá)地區(qū)建設(shè)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，在2015年6月3日中國電建集團(tuán)建設(shè)投資的大莊并網(wǎng)電站首批發(fā)電光伏方陣順利并網(wǎng)發(fā)電，在太陽能發(fā)電方面取得一大突破。小型光伏電站和戶用光伏系統(tǒng)自使用以來，運(yùn)行穩(wěn)定，受到了一致好評。其中，直流系統(tǒng)由太陽能電池組件和支架、控制器和蓄電池組三部分組成；交流系統(tǒng)比直流系統(tǒng)多了一個逆變器。屋頂光伏系統(tǒng)可以直接在城市中使用，得到政府的大力支持，并于2008奧運(yùn)會中大量應(yīng)用。

5結(jié)語

本文介紹了太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展、基本類型和應(yīng)用，目前我國太陽能光伏發(fā)電蓬勃發(fā)展，大莊并網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)更是促進(jìn)了我國水、風(fēng)、太陽能發(fā)電的并舉。在新型能源的應(yīng)用上，我國必將領(lǐng)先于世界。

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