太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)組成及工作分析

易運(yùn)池

摘 要：光伏系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池方陣、蓄電池組、充放電控制器、逆變器、交流配電柜、電子限荷保護(hù)、防雷隔離帶等設(shè)備組成。本文詳細(xì)論述了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)組成及其四種主要部件的工作情況。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏系統(tǒng)；組成

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）23-0105-01

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)又稱為光伏系統(tǒng)，它是由太陽(yáng)能電池方陣、蓄電池組、充放電控制器、逆變器、交流配電柜、電子限荷保護(hù)、防雷隔離帶等設(shè)備組成。

1 太陽(yáng)能電池方陣的組成及工作分析

可做太陽(yáng)能電池材料的材料有Si、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等，目前市場(chǎng)上的民用太陽(yáng)能電池一般是單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池，它利用光生伏特效應(yīng)，即在有光照情況下，電池吸收光能，使電池內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)、電池兩端形成電壓差，即“光生伏特效應(yīng)”，在此作用下，將光能轉(zhuǎn)換成電能[1]。

單體太陽(yáng)能電池不能直接作為電源使用，若作為電源，必須將若干單體電池串、并聯(lián)連接和嚴(yán)密封裝成組件。每塊光伏組件應(yīng)帶有正負(fù)出線、正負(fù)極連接頭和旁路二極管。自帶的串聯(lián)所使用的電纜線滿足抗紫外線、抗老化、抗高溫、防腐蝕和阻燃等性能要求，；接線盒應(yīng)密封防水、散熱性好并連接牢固，引線極性標(biāo)記準(zhǔn)確、明顯；采用工業(yè)防水耐溫快速接插件，接插件防銹、防腐蝕等性能要求，并滿足符合相關(guān)國(guó)家和行業(yè)規(guī)范規(guī)程，滿足25年室外使用的要求[2]。

根據(jù)實(shí)際需要，太陽(yáng)能電池方陣可由多個(gè)光伏組件通過并聯(lián)、串聯(lián)或者串并聯(lián)連接而成。

2 蓄電池組的工作

太陽(yáng)能蓄電池是“蓄電池”在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的應(yīng)用，目前經(jīng)常采用的為普通鉛酸蓄電池、鉛酸免維護(hù)蓄電池、堿性鎳鎘蓄電池和膠體蓄電池四種。目前國(guó)內(nèi)被廣泛使用的太陽(yáng)能蓄電池主要是：鉛酸免維護(hù)蓄電池和膠體蓄電池，對(duì)于太陽(yáng)能蓄電池的使用和維護(hù)，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)[3]。

（1）蓄電池組的工作溫度為15～20℃。（2）太陽(yáng)能蓄電池組聯(lián)接的方法為：應(yīng)將太陽(yáng)能蓄電池的正極與正極、負(fù)極與負(fù)極聯(lián)接。另外太陽(yáng)能蓄電池兩極柱切不可短路。（3）新安裝或者整修后進(jìn)行第一次充電的太陽(yáng)能蓄電池組，應(yīng)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的充電，為初充電，應(yīng)按額定容量1/10的電流來進(jìn)行充電。安裝前應(yīng)該測(cè)量蓄電池是否充足，如電力不足，請(qǐng)?jiān)陉?yáng)光充足的地方對(duì)蓄電池進(jìn)行8到16小時(shí)以上充電或者用交流電先把蓄電池充足。（4）保持蓄電池組的整潔。安裝好的太陽(yáng)能蓄電池組的極柱應(yīng)該涂上凡士林，防止它被腐蝕。（5）應(yīng)為太陽(yáng)能蓄電池組采用在線監(jiān)測(cè)管理措施，對(duì)太陽(yáng)能蓄電池進(jìn)行測(cè)量與分析，及時(shí)反饋蓄電池組的缺陷，以便進(jìn)行維護(hù)。（6）冬季應(yīng)該預(yù)防太陽(yáng)能蓄電池凍裂，夏季應(yīng)該避免陽(yáng)光直曬。

3 充放電控制器

太陽(yáng)能充放電控制器是用來控制光伏電池給蓄電池充電，并且為電壓靈敏的電器設(shè)備提供負(fù)載控制電壓的電子裝置。它對(duì)蓄電池的充、放電條件進(jìn)行規(guī)定和控制，并按照負(fù)載的電源要求控制太陽(yáng)電池組件和蓄電池對(duì)負(fù)載的電能量的輸出，是整個(gè)光伏供電系統(tǒng)的核心部分?？刂破鞯某潆姾拓?fù)載控制電壓均可調(diào)，并且可以顯示出蓄電池、負(fù)載、太陽(yáng)能方陣電壓和充電和負(fù)載電流。由蓄電池供電的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，都應(yīng)有一個(gè)太陽(yáng)能充放電控制器，用來調(diào)節(jié)功率[4]。

太陽(yáng)能充放電控制器是采用高速CPU微處理器和高精度A/D轉(zhuǎn)換器，可將多個(gè)子系統(tǒng)站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)程控制。

4 逆變器的工作

逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電器設(shè)備。蓄電池和太陽(yáng)能電池輸出的是直流電源，日常生活中負(fù)載大部分是交流負(fù)載，因此太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)必須用到逆變器。按照運(yùn)行方式，逆變器可分為獨(dú)立運(yùn)行的逆變器和并網(wǎng)運(yùn)行的逆變器。獨(dú)立運(yùn)行的逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立的用戶負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)。按輸出波型，逆變器可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器的電路比較簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，但諧波分量較大，一般用于幾百瓦以下和對(duì)諧波要求不高的電路系統(tǒng)。另外正弦波逆變器成本高，可以適用于各種負(fù)載[5]。

5 防雷接地系統(tǒng)

為了保證本工程光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)安全可靠，防止因雷擊、浪涌等外在因素導(dǎo)致系統(tǒng)器件的損壞等情況發(fā)生，系統(tǒng)的防雷接地裝置必不可少[6]。

5.1 地線是避雷、防雷的關(guān)鍵

防止雷電感應(yīng)：控制機(jī)房?jī)?nèi)的全部金屬物包括設(shè)備、機(jī)架、金屬管道、電纜的金屬外皮都要可靠接地，每件金屬物品都要單獨(dú)接到接地干線，不允許串聯(lián)后再接到接地干線上。

防止雷電波侵入：在出線桿上安裝閥型避雷器，對(duì)于低壓的220/380V可以采用低壓閥型避雷器。要在每條回路的出線和零線上裝設(shè)。架空引入室內(nèi)的金屬管道和電纜的金屬外皮在入口處可靠接地，沖擊電阻不宜大于30歐姆，接地的方式可以采用電焊。另外所有接地都要連接在一個(gè)接地體上，接地電阻滿足其中的最小值，不允許設(shè)備串聯(lián)后再接到接地干線上。光伏電站對(duì)接地電阻值的要求較嚴(yán)格，因此要實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，接地機(jī)的根數(shù)以滿足實(shí)測(cè)接地電阻為準(zhǔn)。

電氣設(shè)備的接地電阻R≤4歐姆，滿足屏蔽接地和工作接地的要求。在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，要重復(fù)接地，R≤10歐姆。防雷接地應(yīng)該獨(dú)立設(shè)置，要求R≤30歐姆，且和主接地裝置在地下的距離保持在3m以上。引下線采用圓鋼或者扁鋼，宜優(yōu)先采用圓鋼直徑≥8mm，扁鋼的截面不應(yīng)該小于4mm。接地裝置：人工垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或者圓鋼。水平接地體宜采用扁鋼或者圓鋼。圓鋼的直徑不應(yīng)該小于10mm，扁鋼截面不應(yīng)小于100mm2，角鋼厚度不宜小于4mm，鋼管厚度不小于3-5mm。人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.5mm，需要熱鍍鋅防腐處理，在焊接的地方也要進(jìn)行防腐防銹處理。根據(jù)實(shí)際情況安裝電涌保護(hù)器。

5.2 直流側(cè)防雷措施

組件支架應(yīng)保證良好的接地，經(jīng)過多級(jí)防雷裝置可有效地避免雷擊導(dǎo)致設(shè)備的損壞。

5.3 交流側(cè)防雷措施

并網(wǎng)逆變器交流輸出線采用防雷箱一級(jí)保護(hù)（并網(wǎng)逆變器內(nèi)有交流輸出防雷器），有效地避免雷擊和電網(wǎng)浪涌導(dǎo)致設(shè)備的損壞，且所有的機(jī)柜要有良好的接地。

6 結(jié)語

環(huán)保能源和可持續(xù)發(fā)展是本世紀(jì)人類生存面臨的重要問題，國(guó)家能源局“國(guó)能新能2016（166號(hào)）”強(qiáng)調(diào)，鼓勵(lì)各省（區(qū)、市）發(fā)展改革委（能源局）建立招標(biāo)、優(yōu)選等競(jìng)爭(zhēng)性方式配置光伏電站項(xiàng)目的機(jī)制，促進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)步，各級(jí)電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)配合地方能源主管部門落實(shí)年度建設(shè)實(shí)施方案。對(duì)列入實(shí)施方案中的光伏發(fā)電項(xiàng)目，應(yīng)本著簡(jiǎn)化流程和提高效率原則，按照有關(guān)規(guī)定和時(shí)限要求，及時(shí)出具項(xiàng)目接網(wǎng)意見和開展配套送出工程建設(shè)，確保項(xiàng)目建成后及時(shí)并網(wǎng)運(yùn)行，推動(dòng)環(huán)保能源的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]（美）梅辛杰，王一波，譯.光伏系統(tǒng)工程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[2]付躍強(qiáng).風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)教程[M].科學(xué)出版社，2013.

[3]周志敏.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2011.

[4]Geoff Stapleton，王一波.太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[5]夏慶觀.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[6]瑞士〕麥克沃伊（McEvoy，A.）、Tom Markvart、Luis Castaner.實(shí)用光伏手冊(cè)：原理與應(yīng)用（原著第2版），科學(xué)出版社，2013.endprint