知识点：光伏发电单元 光伏发电概述 l 太阳能光伏发电的基本原理是利用太阳电池的光生伏打效应直接把太阳的辐射能转变为电能的一种发电方式，太阳能光伏发电的能量转换器就是太阳电池，也叫光伏电池。当太阳光照射到由P、N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的太阳电池上时，其中一部分光线被反射，一部分光线被吸收，还有一部分光线透过电池片。被吸收的光能激发被束缚的高能级状态下的电子，产生电子-空穴对，在PN结的内建电场作用下，电子、空穴相互运动，N区的空穴向P区运动，P区的电子向N区运动，使太阳电池的受光面有大量负电荷（电子）积累，而在电池的背光面有大量正电荷（空穴）积累。若在电池两端接上负载，负载上就有电流通过，当光线一直照射时，负载上将源源不断地有电流通过。
知识点：光伏发电单元
光伏发电概述
l 太阳能光伏发电的基本原理是利用太阳电池的光生伏打效应直接把太阳的辐射能转变为电能的一种发电方式，太阳能光伏发电的能量转换器就是太阳电池，也叫光伏电池。当太阳光照射到由P、N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的太阳电池上时，其中一部分光线被反射，一部分光线被吸收，还有一部分光线透过电池片。被吸收的光能激发被束缚的高能级状态下的电子，产生电子-空穴对，在PN结的内建电场作用下，电子、空穴相互运动，N区的空穴向P区运动，P区的电子向N区运动，使太阳电池的受光面有大量负电荷（电子）积累，而在电池的背光面有大量正电荷（空穴）积累。若在电池两端接上负载，负载上就有电流通过，当光线一直照射时，负载上将源源不断地有电流通过。
图：太阳能光伏电池发电原理
l 单片太阳电池就是一个薄片状的半导体PN结，标准光照条件下，额定输出电压为0.48~0.55V。为了获得较高的输出电压和较大的功率容量，在实际应用中往往要把多篇太阳电池连接在一起构成的电池组件，或者用更多的电池组件构成光伏方阵。太阳电池的输出功率是随机的，不同的，不同时间、不同地点、不同安装方式下，同一块太阳电池的输出功率也是不同的
图：光伏方阵
光伏发电的优点
l 太阳能取之不尽，用之不竭，地球表面接受的太阳辐射能，能够满足全球能源需求的1万倍。只要在全球4%沙漠上安装太阳能光伏系统，所发电力就可以满足全球的需要。太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击。
l 太阳能随处可取，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路的损失；
l 太阳能不用燃料，运行成本很低；
l 太阳能发电没有运动部件，不易用损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下使用；
l 太阳能发电不会产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源；
l 太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，而且可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵容量，避免浪费。
光伏发电的缺点
l 地面应用时有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关，在晚上或阴雨天就不能或很少发电；
l 能量密度较低，标准条件下，地面上接收到的太阳辐射强度为1000W/M^2。大规格使用时，需要占用较大面积；
l 价格比较贵，为常规发电的3~15倍，初始投资高。
l 后期投资较大，储能的蓄电池平均每2-3年要更换一次。
光伏发电的应用
l 通信领域的应用：包括太阳能无人值守微波中继站，光缆通信系统及维护，移动通信基站等
l 公路、铁路、航运交通领域的应用：如铁路和公路信号系统，铁路信号灯，交通警示灯，信号灯，高速公路监控系统，航标灯灯塔和航标灯电源等。
l 石油、海洋、气象领域的应用：石油钻井平台生活及应急电源，海洋检测设备，气象和水文观测设备、观测站电源等
l 农村和边远无电地区的应用：在高原、海岛、牧区、边防哨所等农村和边远地区应用太阳能光伏户用系统解决日常生活用电问题。
l 太阳能光伏照明方面的应用：太阳能光伏照明包括太阳能路灯、庭院灯、草坪灯，还有家庭照明工具及手提灯，野营灯，节能灯，手电等。
l 大型光伏发电系统（电站）的应用：大型光伏发电系统（电站）是100kW~50MW的地面独立或并网光伏电站、风光互补电站、各种大型停车场充电桩等。
l 太阳能光伏建筑一体化并网发电系统：将太阳能发电与建筑材料相结合，充分利用建筑的屋顶和外立面，使得大型建筑能实现电力自给、并网发电。
l 其他领域的应用：包括太阳能电动汽车、电动自行车、电池充电设备、海水淡化系统供电，卫星、航天器、空间太阳能电站等。
图片：海水淡化
图片：微波中继站
图片：太阳能光伏建筑一体化
图片：太阳能路灯
光伏发电系统的构成
太阳电池组件
l 太阳电池组件也叫太阳电池板，是太阳能光伏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，也可以直接用于推动富在工作。当发电容量较大时，就需要多块电池组件串、并联后构成太阳电池方阵。目前应用的太阳电池主要是晶体硅电池，分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池等几种。
图片：太阳电池组件
蓄电池
l 蓄电池的作用主要是存储太阳电池发出的电能，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，当有大容量电能存储时，就需要将多只蓄电池串、并联起来构成蓄电池组。
图：蓄电池
光伏控制器
l 太阳能光伏控制器的作用是控制整个系统的工作状态，其功能主要有防止蓄电池过充电保护、防止蓄电池过放电保护、系统断路电子保护、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，控制器还有光控开关、时控开关等工作模式，以及充电状态、蓄电池电量等各种工作状态的显示功能。
图片：光伏控制器
交流逆变器
l 交流逆变器是把太阳电池组件或者蓄电池输出的直流电转换成交流电供应给电网或者交流负载使用的设备。逆变器按运行方式不同，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发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能发电系统。
图片：光伏逆变器
光伏发电系统附属设施
l 光伏发电系统的附属设施包括直流回流（配线）系统、交流配电系统、运行监控和检测系统、防雷和接地系统等。
图片：光伏汇流箱
光伏发电系统工作原理
独立型光伏发电系统
l 太阳能光伏发电的核心部件是太阳能电池板，它将太阳光的光能直接转换成电能，并通过控制器把太阳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控制器合理地分配到各个负载上。太阳电池所产生的电流为直流电，可以直接以直流电的形式应用，也可以用交流逆变器将其转换成为交流电，供交流负载使用。太阳能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，在需要时用。
图片：独立型太阳能光伏发电系统的工作原理
l 独立性太阳能光伏发电系统适用于下列情况及场合：
① 需要移动携带的设备电源
② 夜间、阴雨天等不需要供电的场合
③ 远离电网的边远地区、农林牧区
④ 不需要并网的场合
⑤ 不需要备用电源的场合
一般来说，远离电网而又必需电力供应的地方以及如柴油发电等需要运输燃料、发电成本较高的场合，使用独立光伏发电系统将比较经济、环保，可优秀考虑。
并网型光伏发电系统
l 并网型太阳能光伏发电系统由太阳电池方阵将光能转变成电能，并经直流配线箱进入并网逆变器，有些类型的并网型光伏系统还要配置蓄电池组存储直流电能。并网逆变器由充放电控制、功率调节、交流逆变、并网保护切换等部分构成。经逆变器输出的交流电供负载使用，多余的电能可通过电力变压器等设备逆流馈入公共电网。当并网光伏系统因气候原因发电不足或自身用电量偏大时，可由公共电网向交流负载补充供电。系统还配备有监控、测试及显示系统，用于对整个系统工作状态的监控、检测及发电量等各种数据的统计，还可以利用计算机网络系统远程传输控制和显示数据。
图：并网型太阳能光伏发电系统的工作原理
l 并网型太阳能光伏发电系统可以向公共电网逆流供电，其“昼发夜用”的发电特性正好可对公共电网实行丰谷调节，对加强供电的稳定性和可靠性十分有利，另一大优点是可以取消储能蓄电设备，使发电系统成本大大降低。
光伏发电系统的分类
l 太阳能光伏发电系统按大类可分为独立（离网）光伏发电系统和并网光伏发电系统两大类。其中，独立光伏发电系统又可分为直流光伏发电系统和交流光伏发电系统以及交、直流混合光伏发电系统，而直流光伏发电系统又可分为有蓄电池的系统和无蓄电池的系统
l 并网光伏发电系统可分为有逆流光伏发电系统和无逆流光伏发电系统，并根据用途也可分为有蓄电池系统和无蓄电池系统等。
图：太阳能光伏发电系统的分类
独立光伏发电系统
l 独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统，主要由太阳电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。因此，独立光伏发电系统根据用电负载的特点，可分为下列几种形式。
无蓄电池直流光伏发电
l 该系统的特点是用电负载是直流负载，对负载使用时间没有要求，负载主要在白天使用。太阳电池与用电负载直接连接，有阳光时就发电供富在工作，无阳光时就停止工作，该系统的有点是减少了电能通过控制器及在蓄电池的存储和释放过程中造成的损失，提高了太阳能的利用效率。这种系统最典型的应用是太阳能光伏水泵。
图：无蓄电池的直流光伏发电系统
有蓄电池直流光伏发电
l 该系统由太阳电池、充放电控制器、蓄电池以及直流负载组成。有阳光时，太阳电池将光能转换为电能供负载使用，并同时向蓄电池存储电能。夜间或阴雨天时，则由蓄电池向负载供电。该系统一般用于太阳能草坪灯、移动通信基站、微波中继站、边远地区农村供电等。
图：有蓄电池的直流光伏发电系统
交直流混合光伏发电
l 与直流光伏发电系统相比，交流光伏发电系统多了一个交流逆变器，用以把直流电转换成交流电，为交流负载提供电能。交、直流混合系统则既能为直流负载供电，也能为交流负载供电
图：交流和交、直流混合光伏发电系统
市电互补型光伏发电
l 所谓市电互补光伏发电系统，就是在独立光伏发电系统中以太阳能光伏发电为主，以普通220V交流电补充电能为辅。这样光伏发电系统中太阳电池和蓄电池的容量都可以设计的小一些，基本上是当天有阳光，当天就用太阳能发的电，遇到阴雨天时就用市电能量作补充。
图：市电互补型光伏发电系统
风光互补及风光柴互补型发电系统
l 所谓风光互补是指在光伏发电系统中并入风力发电系统，使太阳能和风能根据各自的气象特征形成互补。一般来说，白天只要天气晴好，光伏发电系统就能正常运行，而夜晚无阳光时往往风力又比较大，风力发电系统恰好光伏发电系统的不足，风光互补发电系统同时利用太阳能和风能发电，可实现昼夜发电，提高了系统供电的连续性和稳定性，但在风力资源欠佳的地区不宜使用。
l 另外在比较重要的或供电稳定性要求高的场合，还需要采用柴油发电机，其中柴油发电机一般处于备用状态或小功率运行待机状态，当风光发电不足和蓄电池储能不足时，由柴油发电机补充供电。
图：风光互补及风光柴互补型发电系统
并网光伏发电系统
l 所谓并网光伏发电系统就是将太阳能光伏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，也有分散式小型并网光伏系统。集中式大型并网光伏电站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。而分散式小型并网光伏系统，由于投资小，建设快，占地面积小，是目前并网光伏发电的主流。常见的并网光伏发电系统一般有些列几种形式。
有逆流并网光伏发电
l 当光伏发电系统发出的电能充裕时，可将剩余电能亏如公共电网，向电网送电（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）。由于该系统向电网送电时与由电网供电的方向相反，所以称为有逆流并网光伏发电系统。
图：有逆流并网光伏发电系统
无逆流并网光伏发电
l 无逆流并网光伏发电系统及时发电充裕时也不向公共电网供电，但当光伏系统供电不足时，则由公共电网向负载供电
图：无逆流并网光伏发电系统
切换型并网光伏发电
l 所谓切换型并网光伏发电系统，实际上是具有自动运行双向切换的功能。一是当光伏发电系统因多云、阴雨天及自身故障等导致发电量不足时，切换器能自动切换到公共电网供电一侧，由电网向负载供电；二是当电网因为某种原因突然停电时，光伏系统可以自动切换使电网与光伏系统分离，成为独立光伏发电系统工作状态。
图：切换型并网光伏发电系统
有储能并网光伏发电
l 带有储能装置的光伏系统主动性较强，当电网出现停电、限电及故障时，可独立运行并正常向负载供电。因此，带有储能装置的并网光伏发电系统可作为紧急通信电源、医疗设备、加油站、避难场所指示及照明灯重要场所或应急负载的供电系统。
大型并网光伏发电
l 由若干个并网光伏发电单元组合构成。每个光伏发电单元将太阳电池方阵发出的直流电经光伏并网逆变器转换成380V交流电，经升压系统变成10kV的交流高压电，再送入35kV变电系统后，并入35kV的交流高压电网，35kV交流高压电经降压系统后变成380V~400V交流电作为发电站的备用电源。
图：大型并网光伏发电系统
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