光伏發(fā)電系統(tǒng)是由什么組成的

隨著分布式光伏新政的頒布，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)備受業(yè)界人士矚目。在實(shí)際應(yīng)用中，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型。并網(wǎng)型是將系統(tǒng)發(fā)出來的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，并入到電網(wǎng)上；離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)則是自發(fā)自用，就地消納，應(yīng)用靈活。在實(shí)際使用中，離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)隨處可見，如太陽能路燈、交通信號燈、農(nóng)用滅蟲燈等，特別是在一些電網(wǎng)覆蓋不到的偏遠(yuǎn)山區(qū)，離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要作用就凸顯出來了。這里，主要介紹了離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成。那么光伏發(fā)電系統(tǒng)都由哪些部分構(gòu)成呢？其作用分別是什么？OFweek太陽能光伏網(wǎng)小編為您一一解惑。 　　離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)組成： 　　典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、充放電控制器、儲能裝備或逆變器、負(fù)載等組成。其構(gòu)成如圖所示。 　　光照射到光伏陣列上，光能轉(zhuǎn)變成電能，光伏陣列的輸出電流由于受環(huán)境影響，因此是不穩(wěn)定的，需要經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的電流后，才能加載到蓄電池上，對蓄電池充電，蓄電池再對負(fù)載供電。如果是并網(wǎng)售電，則不需要蓄電池，而是通過并網(wǎng)逆變器，將直流電流轉(zhuǎn)換成交流電流，并到電網(wǎng)上進(jìn)行出售。也就是說，離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)必須使用到蓄電池儲能，而并網(wǎng)型則不一定需要。 　　控制系統(tǒng)對光伏陣列的輸出電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，判斷光伏發(fā)電系統(tǒng)是否工作在最大功率點(diǎn)上，然后根據(jù)跟蹤算法，改變PWM信號的占空比，進(jìn)而控制光伏陣列的輸出電壓使其工作點(diǎn)向最大功率點(diǎn)逼近。在蓄電池過充過放控制模塊中，當(dāng)蓄電池電壓充電或放電到一定的設(shè)定值后，就會自動關(guān)閉或打開。 　　下面，OFweek太陽能光伏網(wǎng)小編將為您介紹離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。 　　光伏陣列組件 　　光伏發(fā)電系統(tǒng)利用以光電效應(yīng)原理制成的光伏陣列組件將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能。光伏電池單體是用于光電轉(zhuǎn)換的最小單元，一個(gè)單體產(chǎn)生的電壓大約為0.45V，工作電流約為20~25mA/cm2，將光伏電池單體進(jìn)行串、并聯(lián)封裝后，就成了光伏電池陣列組件。 　　當(dāng)受到光線照射的太陽能電池接上負(fù)載時(shí)，光生電流流經(jīng)負(fù)載，并在負(fù)載兩端建立起端電壓，這時(shí)太陽能電池的工作情況可以用下圖所示的太陽能電池負(fù)載特性曲線來表示。它表明在確定的日照強(qiáng)度和溫度下，光伏電池的輸出電壓和輸出電流以及輸出功率之間的關(guān)系，簡稱I-V特性和P-V特性。 　　從圖中可以看出，光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性曲線具有強(qiáng)烈的非線性，既非恒壓源也非恒流源。從其P-V特性曲線可以看出，在日照強(qiáng)度一定的前提下，其輸出功率近似于一個(gè)開口向下的拋物線。該拋物線頂點(diǎn)對應(yīng)的功率即為該日照強(qiáng)度下的P-V曲線的最大功率點(diǎn)，對應(yīng)的電壓稱為最大功率點(diǎn)電壓。為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率，就必須使系統(tǒng)保持運(yùn)行在P-V曲線最大功率點(diǎn)附近。 　　光伏電池陣列的幾個(gè)重要技術(shù)參數(shù)： 　　1）短路電流（Isc）：在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電流。 　　2）開路電壓（Voc）：在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電壓。 　　3）最大功率點(diǎn)電流（Im）：在給定日照強(qiáng)度和溫度下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電流。 　　4）最大功率點(diǎn)電壓（Um）：在給定日照和溫度下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓。 　　5）最大功率點(diǎn)功率（Pm）：在給定日照和溫度下太陽能電池陣列可能輸出的最大功率。 　　DC-DC轉(zhuǎn)換器 　　光伏電池板發(fā)出的電能是隨著天氣、溫度、負(fù)載等變化而不斷變化的直流電能，其發(fā)出的電能的質(zhì)量和性能很差，很難直接供給負(fù)載使用。需要使用電力電子器件構(gòu)成的轉(zhuǎn)換器，也就是DC-DC轉(zhuǎn)換器，將該電能進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪妥儞Q，變成適合負(fù)載使用的電能供給負(fù)載或者電網(wǎng)。電力電子轉(zhuǎn)換器的基本作用是把一個(gè)固定的電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的電能進(jìn)行輸出，從而滿足不同負(fù)載的要求。它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成成分，一般具備有幾種功能：最大功率點(diǎn)追蹤、蓄電池充電、PID自動控制、直流電的升壓或降壓以及逆變。 　　DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系通過控制開關(guān)的通斷時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)控制信號可以由PWM信號來完成。主要工作原理是保持通斷周期（T）不變，調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間來控制電壓。D為PWM信號的占空比。 　　根據(jù)輸入和輸出的不同形式，可將電力電子轉(zhuǎn)換器分為四類，即AC-DC轉(zhuǎn)換器、DC-AC轉(zhuǎn)換器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和AC-AC轉(zhuǎn)換器。在離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用的是DC-DC轉(zhuǎn)換器。 　　DC-DC轉(zhuǎn)換器，其工作原理是通過調(diào)節(jié)控制開關(guān)，將一種持續(xù)的直流電壓轉(zhuǎn)換成另一種（固定或可調(diào)）的直流電壓，其中二極管起續(xù)流的作用，LC電路用來濾波。DC-DC轉(zhuǎn)換電路可以分為很多種，從工作方式的角度來看，可以分為：升壓式、降壓式、升降壓式和庫克式等。 　　降壓式轉(zhuǎn)換器（BuckConverter）是一種輸出電壓等于或小于輸入電壓的單管非隔離直流轉(zhuǎn)換器；升降壓式變換器（Buck-BoostConverter）轉(zhuǎn)換電路的主要架構(gòu)由PWM控制器與一個(gè)變壓器或兩個(gè)獨(dú)立電感組合而成，可產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。當(dāng)輸入電壓高于目標(biāo)電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行降壓；當(dāng)輸入電壓下降至低于目標(biāo)電壓時(shí)，系統(tǒng)可以調(diào)整工作周期，使轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行升壓動作；而升壓式轉(zhuǎn)換器（BoostConverter）是輸出電壓高于輸入電壓的單管不隔離直流轉(zhuǎn)換器，所用的電力電子器件及元件和Buck轉(zhuǎn)換器相同，兩者的區(qū)別僅僅是電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。 　　蓄電池 　　在獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲能裝置是必不可少的?，F(xiàn)在可選的儲能方法有很多，如電容器儲能、飛輪儲能、超導(dǎo)儲能等，但是從方便、可靠、價(jià)格等綜合因素來考慮，大多數(shù)大中型的光伏發(fā)電系統(tǒng)都使用了免維護(hù)式的鉛酸蓄電池作為系統(tǒng)的儲能裝置。 　　但選用鉛酸蓄電池也有不足之處，它比較昂貴，初期投資能夠占到整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的1/4到1/2，而蓄電池又是整個(gè)系統(tǒng)中較薄弱的環(huán)節(jié)，因此如果管理不當(dāng)，會使蓄電池提前失效，增加整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營成本。 　　光伏控制模塊 　　光伏控制模塊以單片機(jī)為控制中心，為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效地為蓄電池充電。并在它充電過程中減少蓄電池的損耗，盡量延長蓄電池的使用壽命，同時(shí)保護(hù)蓄電池免受過充電和過放電的危害。如果用戶使用的是直流負(fù)載，通過太陽能控制器可以為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電（由于受天氣等外界因素的影響，太陽電池陣列發(fā)出的直流電的電壓和電流不是很穩(wěn)定），同時(shí)也通過控制傳感器電路（光控、聲控等）來實(shí)現(xiàn)全自動開關(guān)燈功能。 　　單片機(jī)的主要工作是將電流采集電路和電壓采集電路采集到的電流、電壓進(jìn)行運(yùn)算比較，然后通過MPPT算法來調(diào)節(jié)PWM的占空比D，使光伏陣列組件工作在最大功率點(diǎn)處。 　　離網(wǎng)型逆變器 　　住宅用的離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)因?yàn)椴糠重?fù)載是交流負(fù)載，因此還需要離網(wǎng)型逆變器，把光伏組件發(fā)出的直流電變成交流電給交流負(fù)載使用。光伏離網(wǎng)型逆變器與光伏并網(wǎng)型逆變器在主電路結(jié)構(gòu)上沒有較大區(qū)別，主要區(qū)別在光伏并網(wǎng)型逆變器需要考慮并網(wǎng)后與電網(wǎng)的運(yùn)行安全。也就是同頻;同相;抗孤島等控制特殊情況的能力。而光伏離網(wǎng)型逆變器就不需要考慮這些因數(shù)。 　　為了提高離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，保證電站的長期穩(wěn)定運(yùn)行，逆變器的性能指標(biāo)非常重要。 　　離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用： 　　離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于偏僻山區(qū)、無電區(qū)、海島、通訊基站和路燈等應(yīng)用場所。 　　總結(jié)： 　　這里，OFweek太陽能光伏網(wǎng)小編大致為您介紹了一個(gè)小型的、獨(dú)立的離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成。而大型光伏電站則要考慮更多方面的因素，系統(tǒng)也更為完善。上面提到一個(gè)很重要的概念，就是最大功率點(diǎn)跟蹤（MaximumPowerPointTracking，MPPT）。從電子系統(tǒng)方面考慮，對光伏組件進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤是降低發(fā)電成本、提高發(fā)電效率的最直接、最有效的方法。因此，光伏組件的最大功率點(diǎn)追蹤算法研究是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要難題和關(guān)鍵技術(shù)之一。在后續(xù)的文章中小編會為您介紹一些具體的最大功率點(diǎn)跟蹤算法。