第三独立光伏系统结构

1、第三独立光伏系统结构第三独立光伏系统结构太阳能发电：将光能直接转化成电能的发电方式，包括光伏发电、光化学发太阳能发电：将光能直接转化成电能的发电方式，包括光伏发电、光化学发 电、光感应发电。电、光感应发电。1. 光伏发电：光伏发电： 利用光伏电池板将太阳光辐射能量转化为电能的直接发电方式。利用光伏电池板将太阳光辐射能量转化为电能的直接发电方式。2. 光伏发电系统：光伏发电系统： 由光伏电池板、控制器、电能存储和变换环节构成的发由光伏电池板、控制器、电能存储和变换环节构成的发电电 与电能变换系统。与电能变换系统。太阳能光伏系统的结构示意图太阳能光伏系统的结构示意图第三独立光伏系统结构太阳能光伏系

2、统的结构示意图太阳能光伏系统的结构示意图典型的光伏发电系统：典型的光伏发电系统：由光伏阵列、电缆、电由光伏阵列、电缆、电力电子变换器、储能元力电子变换器、储能元件、负载等构成。件、负载等构成。第三独立光伏系统结构一一. .光伏阵列结构光伏阵列结构光伏阵列的串并联光伏阵列的串并联光伏组件串联光伏组件串联-要求所串联组件具有相同的电流容量，串联后的阵要求所串联组件具有相同的电流容量，串联后的阵列输出电压为各光伏电池输出电压之和，相同电流容量光伏电池串列输出电压为各光伏电池输出电压之和，相同电流容量光伏电池串联后其阵列输出电流不变；联后其阵列输出电流不变；光伏组件并联光伏组件并联-要求所并联的所有光

3、伏电池具有相同的输出电压等要求所并联的所有光伏电池具有相同的输出电压等级，并联后的阵列输出电流为各个光伏电池输出电流之和，而电压级，并联后的阵列输出电流为各个光伏电池输出电流之和，而电压保存不变。保存不变。第三独立光伏系统结构2. 光伏阵列的连接方式光伏阵列的连接方式l 一般是将部分光伏电池串联成串后，一般是将部分光伏电池串联成串后，再将若干串并联。再将若干串并联。l 串联数目根据其最大功率点电压与负串联数目根据其最大功率点电压与负载运行电压相匹配原则设计，选择串载运行电压相匹配原则设计，选择串联的光伏电池串数应适中。联的光伏电池串数应适中。l 光伏阵列的构成依据变换器工作点电光伏阵列的构成依

4、据变换器工作点电压和电流与光伏电池板最大功率点电压和电流与光伏电池板最大功率点电压、电流相匹配的原则构成。压、电流相匹配的原则构成。光伏电池串并联示意图光伏电池串并联示意图串串第三独立光伏系统结构设计举例：设计举例：现需要工作点电压为现需要工作点电压为350V，电流容量为，电流容量为20A左右的光伏阵列。左右的光伏阵列。l方案一：电池板最大功率点电压为方案一：电池板最大功率点电压为17.5V，电流为，电流为20A。l方案二：电池板功率为方案二：电池板功率为75W，电流为，电流为4A。l方案三：电池板功率为方案三：电池板功率为120W，电流为，电流为7A。请给出每一种方案的具体连接方式。请给出每

5、一种方案的具体连接方式。方案一：可选用方案一：可选用20个最大功率点电压为个最大功率点电压为17.5V的电池板串联成串。的电池板串联成串。方案二：可选用方案二：可选用5串串20组串联后并联。组串联后并联。方案三：可选用方案三：可选用3串串20组串联后并联。组串联后并联。第三独立光伏系统结构3. 连接原则：连接原则：先根据所需电压，使用若干光伏电池板（组件）串联，构成若干串；先根据所需电压，使用若干光伏电池板（组件）串联，构成若干串；再根据所需电流容量进行并联，有效降低热斑效应。再根据所需电流容量进行并联，有效降低热斑效应。热斑效应：光伏电池并联时，若串联光伏电池中部分电池其光照被遮挡，热斑效应

6、：光伏电池并联时，若串联光伏电池中部分电池其光照被遮挡，则被遮挡的光伏电池通流能力下降，它将消耗未被遮挡的串联光伏电池所则被遮挡的光伏电池通流能力下降，它将消耗未被遮挡的串联光伏电池所发出的功率，形成热斑效应。发出的功率，形成热斑效应。第三独立光伏系统结构二、光伏阵列中的二极管二、光伏阵列中的二极管二极管有三方面的作用：二极管有三方面的作用：l 屏蔽二极管：串联在储能的蓄电池或逆变器与光伏阵列之间。防止夜间光屏蔽二极管：串联在储能的蓄电池或逆变器与光伏阵列之间。防止夜间光伏电池不发电或白天光伏电池所发电压低于供电电压时，蓄电池或逆变器伏电池不发电或白天光伏电池所发电压低于供电电压时，蓄电池或逆

7、变器反向向光伏阵列倒送电而消耗蓄电池能量并导致光伏电池板发热。反向向光伏阵列倒送电而消耗蓄电池能量并导致光伏电池板发热。l 旁路二极管：并联在光伏电池组件二端。当若干光伏电池组件串联成光伏旁路二极管：并联在光伏电池组件二端。当若干光伏电池组件串联成光伏阵列时，需要在光伏电池两端并联二极管，其中某组件被阴影遮挡或出现阵列时，需要在光伏电池两端并联二极管，其中某组件被阴影遮挡或出现故障而停止发电时，在该二极管两端形成正向偏压，不至于阻碍其他正常故障而停止发电时，在该二极管两端形成正向偏压，不至于阻碍其他正常组件发电，同时也保护光伏电池免受较高的正向偏压或发热而损坏。正常组件发电，同时也保护光伏电池

8、免受较高的正向偏压或发热而损坏。正常运行期间不存在功率损耗。运行期间不存在功率损耗。l 隔离二极管：当光伏阵列由若干串联阵列并联时，在每串中也要串联二极隔离二极管：当光伏阵列由若干串联阵列并联时，在每串中也要串联二极管，随后在并联，以防某串阵列出现遮挡或故障时消耗能量和影响其他正管，随后在并联，以防某串阵列出现遮挡或故障时消耗能量和影响其他正常阵列的能量输出。常阵列的能量输出。第三独立光伏系统结构旁路二极管旁路二极管屏蔽二极管屏蔽二极管隔离二极管隔离二极管光伏阵列光伏阵列第三独立光伏系统结构三、光伏阵列安装三、光伏阵列安装光伏阵列的发电量与光伏电池板状况和运行工作点、接收太阳能辐射光伏阵列的发

9、电量与光伏电池板状况和运行工作点、接收太阳能辐射能量的多少成正比。能量的多少成正比。u 最佳的阵列安装方式：最佳的阵列安装方式：使其受光面始终正对太阳，让光线垂直投向光伏电池板。若入射角不使其受光面始终正对太阳，让光线垂直投向光伏电池板。若入射角不为零（即光线不垂直于光伏电池板）将会造成太阳能的损失。为零（即光线不垂直于光伏电池板）将会造成太阳能的损失。安装方式：固定式光伏阵列，最有效的接收太阳能辐射能量，需确定安装方式：固定式光伏阵列，最有效的接收太阳能辐射能量，需确定最佳的阵列安装的方位角和倾角。最佳的阵列安装的方位角和倾角。第三独立光伏系统结构四、光伏阵列占地估算四、光伏阵列占地估算u

10、光伏阵列不宜排列过于密集，要考虑防风，即光伏电池板之间要留一定的光伏阵列不宜排列过于密集，要考虑防风，即光伏电池板之间要留一定的间隔以防止风阻过大，导致在大风天气中组件支架被吹倒；间隔以防止风阻过大，导致在大风天气中组件支架被吹倒；u 要考虑光伏电池板间的通风散热。要考虑光伏电池板间的通风散热。常用的多晶硅光伏电池板（转换效率约常用的多晶硅光伏电池板（转换效率约1315%）为例，国产的光伏电池板）为例，国产的光伏电池板大约为大约为120150Wp/m2，考虑到安装的倾角和防风设计，光伏阵列大约，考虑到安装的倾角和防风设计，光伏阵列大约为为100Wp/m2左右。现要安装左右。现要安装1MW的光伏

11、阵列，占地面积约为多少？的光伏阵列，占地面积约为多少？占地约占地约10000m2。第三独立光伏系统结构五、太阳光跟踪系统五、太阳光跟踪系统不带太阳跟踪系统的光伏平板阵列板（聚光倍数等于不带太阳跟踪系统的光伏平板阵列板（聚光倍数等于1），若平板垂），若平板垂面与太阳光线角度存在面与太阳光线角度存在25偏差，就会因垂直射入的辐射能部分减偏差，就会因垂直射入的辐射能部分减少，使得光伏阵列的输出功率下降少，使得光伏阵列的输出功率下降10%采用理想的太阳光跟踪系统，可使能量收采用理想的太阳光跟踪系统，可使能量收集率提高集率提高30%以上。以上。第三独立光伏系统结构聚光型光伏阵列：聚光型光伏阵列：利用一定

12、弧度或角利用一定弧度或角度的镜面结构，通过反射或折射原度的镜面结构，通过反射或折射原理将太阳光聚集到光伏电池阵列。理将太阳光聚集到光伏电池阵列。l 聚光倍数增加，对跟踪精度要求越聚光倍数增加，对跟踪精度要求越高，因跟踪偏差带来的影响越大。高，因跟踪偏差带来的影响越大。l 需要太阳跟踪系统。需要太阳跟踪系统。l 聚光器可提高电池的发光效率，但聚光器可提高电池的发光效率，但会导致电池升温，降低电池使用寿会导致电池升温，降低电池使用寿命，降低发电效率。命，降低发电效率。第三独立光伏系统结构分为手动跟踪和自动跟踪。分为手动跟踪和自动跟踪。l 手动跟踪系统：呈间歇进行，跟踪的精度和效果较差。手动跟踪系统

13、：呈间歇进行，跟踪的精度和效果较差。常用于平板式光伏阵列，每次移动尽可能使太阳光垂直射入电池板上。常用于平板式光伏阵列，每次移动尽可能使太阳光垂直射入电池板上。操作操作-每隔每隔1、2个小时移动一次，可使输出维持在与最佳角度个小时移动一次，可使输出维持在与最佳角度相差相差10%之内。对于精度要求更低的系统，每之内。对于精度要求更低的系统，每1、2个月移动一次，个月移动一次，使得正午时刻太阳光能垂直射入电池板上。使得正午时刻太阳光能垂直射入电池板上。五、太阳光跟踪系统五、太阳光跟踪系统第三独立光伏系统结构l 自动跟踪系统：采用光敏元件或程序控制与动力驱动装置相结合，促自动跟踪系统：采用光敏元件或

14、程序控制与动力驱动装置相结合，促使太阳能采光面在无人值守的条件下，自动跟随太阳的位置而变化。使太阳能采光面在无人值守的条件下，自动跟随太阳的位置而变化。构构 成：成：由电子电路、电力电子控制和由电子电路、电力电子控制和微机的程控系统等组成。微机的程控系统等组成。第三独立光伏系统结构l 自动跟踪系统：自动跟踪系统：原理：由光敏传感器将太阳与原理：由光敏传感器将太阳与光伏阵列之间的位置偏差信号光伏阵列之间的位置偏差信号和光强信号反馈给控制器，经和光强信号反馈给控制器，经过数据处理放大，触发相关的过数据处理放大，触发相关的开关电路，使得电动机带动机开关电路，使得电动机带动机械传动机构，推动修正光伏阵

15、械传动机构，推动修正光伏阵列的位置和角度，从而实现跟列的位置和角度，从而实现跟踪目的。踪目的。偏偏差差反反馈馈数据处理数据处理触触发发修正修正第三独立光伏系统结构l 自动跟踪系统：自动跟踪系统：优点：可节省能量。尽可能使用耗电量小的驱动电机；优点：可节省能量。尽可能使用耗电量小的驱动电机； 自动跟踪系统可通过光敏器件根据光强高低的变化控制电机自动跟踪系统可通过光敏器件根据光强高低的变化控制电机间间 歇工作。具有恶劣条件下的自适应性。歇工作。具有恶劣条件下的自适应性。控制流程控制流程光强达到光光强达到光伏电池输出伏电池输出有效功率有效功率启动跟启动跟踪系统踪系统对准对准太阳太阳监测监测等待等待第

16、三独立光伏系统结构六、电缆六、电缆是连接光伏阵列与电力电子变换器、电力电子变换器与负载的媒介，是连接光伏阵列与电力电子变换器、电力电子变换器与负载的媒介，是传输电能功率的载体。是传输电能功率的载体。应具有：应具有：l 能最佳地传输电流能最佳地传输电流-即导电能力。即导电能力。l 能把电流限制在特定的电路之中能把电流限制在特定的电路之中-即绝缘能力。即绝缘能力。l 良好的物理与化学特性。良好的物理与化学特性。第三独立光伏系统结构六、电缆六、电缆导线布设原则导线布设原则l 不得在墙和支架的锐角边缘布设电缆，以免切、磨损伤绝缘层引起短路，不得在墙和支架的锐角边缘布设电缆，以免切、磨损伤绝缘层引起短路

17、，或切断导线引起断路。或切断导线引起断路。l 应为电流提供足够的支撑和固定，防止风吹等机械损伤。应为电流提供足够的支撑和固定，防止风吹等机械损伤。l 布线的松紧度要适当，过于张紧会因热胀冷缩造成断裂。布线的松紧度要适当，过于张紧会因热胀冷缩造成断裂。l 考虑环境因素影响，绝缘层应能耐受风吹、日晒、雨淋、腐蚀。考虑环境因素影响，绝缘层应能耐受风吹、日晒、雨淋、腐蚀。l 电流接头要特殊处理，要防止氧化和接触不良，必要时镀锡。电流接头要特殊处理，要防止氧化和接触不良，必要时镀锡。第三独立光伏系统结构六、电缆六、电缆电缆有绝缘电缆和裸电缆之分。电缆有绝缘电缆和裸电缆之分。裸电缆：常用于架空导线。特点是

18、成本底、散热性好，但绝缘能力较差。裸电缆：常用于架空导线。特点是成本底、散热性好，但绝缘能力较差。绝缘电缆：户内使用。绝缘电缆：户内使用。选择电缆要根据导线的电流密度来确定其截面积，适当的截面积可以降选择电缆要根据导线的电流密度来确定其截面积，适当的截面积可以降低线损和降低电缆成本。低线损和降低电缆成本。通常光伏阵列到光伏发电控制器的输电线压降损失不允许超过通常光伏阵列到光伏发电控制器的输电线压降损失不允许超过5%，输，输出支路压降不超过出支路压降不超过2%。第三独立光伏系统结构七、负载特性七、负载特性分为稳态特性和动态特性。分为稳态特性和动态特性。稳态特性：包括负载正常运行条件下的伏安特性和

19、功率特性等。稳态稳态特性：包括负载正常运行条件下的伏安特性和功率特性等。稳态条件下要考虑负载功率与发电功率之间的平衡，当某时段存在发电和条件下要考虑负载功率与发电功率之间的平衡，当某时段存在发电和用电功率不平衡时，一般要由蓄电池或柴油发电机加以调节和平衡。用电功率不平衡时，一般要由蓄电池或柴油发电机加以调节和平衡。动态特性：包括启动和停止，以及电压和电流突变期间的电压和电流动态特性：包括启动和停止，以及电压和电流突变期间的电压和电流之间的非线性函数关系。之间的非线性函数关系。第三独立光伏系统结构七、负载特性七、负载特性1.负载接入原则负载接入原则l 接入系统的负载要要进行严格管理和限制，不得过

20、多接入负载。接入系统的负载要要进行严格管理和限制，不得过多接入负载。l 选用节能型负载。如节能灯、液晶电视机等。选用节能型负载。如节能灯、液晶电视机等。l 计划用电，科学安排一天用电。大功率电器，如水泵要尽可能安排在光伏计划用电，科学安排一天用电。大功率电器，如水泵要尽可能安排在光伏发电能力最强的中午使用，夜晚或阴雨条件下，尽量减少用电器的使用。发电能力最强的中午使用，夜晚或阴雨条件下，尽量减少用电器的使用。2.最大功率点匹配最大功率点匹配光伏电池输出伏安特性曲线为非线性特性，其输出功率曲线也为非线性。光伏电池输出伏安特性曲线为非线性特性，其输出功率曲线也为非线性。其中电流与电压乘积为最大时的

21、工作点为最大功率点。其中电流与电压乘积为最大时的工作点为最大功率点。负载特性一般是非线性，使用时应尽可能让负载工作点与电池阵列最大功率负载特性一般是非线性，使用时应尽可能让负载工作点与电池阵列最大功率工作点接近，这样光伏阵列将输出最大功率。工作点接近，这样光伏阵列将输出最大功率。第三独立光伏系统结构3.负载评估负载评估负载评估在光伏系统设计之前进行，以保证所设计的光伏发电系统能够与负负载评估在光伏系统设计之前进行，以保证所设计的光伏发电系统能够与负载相匹配。载相匹配。光伏发电系统的设计光伏发电系统的设计l 保证光伏发电的电压和电流时刻能满足负载总运行负荷的容量要求；保证光伏发电的电压和电流时刻

22、能满足负载总运行负荷的容量要求；l 要满足负荷动态变化的要求；要满足负荷动态变化的要求；l 要满足对负载的可调节性能要求以实现光伏发电系统的高效运行。要满足对负载的可调节性能要求以实现光伏发电系统的高效运行。负载的种类负载的种类阻性、感性和容性三类。阻性、感性和容性三类。 阻性负载：指负载的伏安特性表现为电阻特性。如白炽灯、电炉、电熨斗、阻性负载：指负载的伏安特性表现为电阻特性。如白炽灯、电炉、电熨斗、热水器等。热水器等。第三独立光伏系统结构 感性负载：指负载的数学模型是由电阻和电感组合而成，通常由带铁芯和感性负载：指负载的数学模型是由电阻和电感组合而成，通常由带铁芯和线圈类的负载构成。如水泵

23、、冰箱、电动工具等。线圈类的负载构成。如水泵、冰箱、电动工具等。 容性负载：带有滤波电容器的电子整流设备。如电动机、变压器。容性负载：带有滤波电容器的电子整流设备。如电动机、变压器。（1）负载实际耗电量统计）负载实际耗电量统计 考查各个特定时刻的实际功率消耗，并不是简单的将全部负载按铭牌功率进考查各个特定时刻的实际功率消耗，并不是简单的将全部负载按铭牌功率进 行累计。行累计。（2）负载的动态特性）负载的动态特性 负载特性是时变的，也是电压、频率的函数。为控制器对负载实施调节和负载特性是时变的，也是电压、频率的函数。为控制器对负载实施调节和 控制创造了条件，可以对运行点进行调控。控制创造了条件，

24、可以对运行点进行调控。第三独立光伏系统结构八、变换器八、变换器是光伏发电系统是光伏发电系统 的关键部件。的关键部件。变换器分直流变换器和交流变换器。变换器分直流变换器和交流变换器。l 直流变换器：类似于开关电源，将直流电压和电流变换为不同电压直流变换器：类似于开关电源，将直流电压和电流变换为不同电压等级的直流电压和电流。等级的直流电压和电流。l 交流逆变器：将直流电力逆变成交流电力。交流逆变器：将直流电力逆变成交流电力。光伏发系统中的变换器：包括太阳能最大功率点控制器、蓄电池充电光伏发系统中的变换器：包括太阳能最大功率点控制器、蓄电池充电控制器、光伏直流输电用升降压变换器、交流逆变器等。控制器

25、、光伏直流输电用升降压变换器、交流逆变器等。第三独立光伏系统结构变换器的作用变换器的作用 太阳能最大功率点控制器：其变换器通过调节负载功率，改变光伏电池板的太阳能最大功率点控制器：其变换器通过调节负载功率，改变光伏电池板的输出电流和电压，使光伏电池板输出电压工作在最大功率点电压处，实现光输出电流和电压，使光伏电池板输出电压工作在最大功率点电压处，实现光伏功率输出最大化。伏功率输出最大化。 蓄电池充电控制器：该变换器为蓄电池充电控制器：该变换器为DC/DC变换器，通过调节控制器的直流电变换器，通过调节控制器的直流电压和电流输出值，达到对电流和电压不同目标的控制，实现不同策略的充电压和电流输出值，

26、达到对电流和电压不同目标的控制，实现不同策略的充电控制。控制。 光伏直流输电用升降压变换器：该变换器为光伏直流输电用升降压变换器：该变换器为DC/DC变换器，包括升压变换变换器，包括升压变换器和降压变换器。其中升压变换器主要用于光伏发电系统向电站配电房直流器和降压变换器。其中升压变换器主要用于光伏发电系统向电站配电房直流输电，或光伏电池升压输出或蓄电池升压输出。降压变换器主要用于光伏工输电，或光伏电池升压输出或蓄电池升压输出。降压变换器主要用于光伏工作点控制、负载调节控制以及蓄电池充电控制。作点控制、负载调节控制以及蓄电池充电控制。第三独立光伏系统结构 交流逆变器：该变换器为交流逆变器：该变换

27、器为DC/AC变换器，包括无源式逆变器和有源式逆变变换器，包括无源式逆变器和有源式逆变器。其中无源式用于孤立型光伏电站为交流负载供电。有源式逆变器用于光器。其中无源式用于孤立型光伏电站为交流负载供电。有源式逆变器用于光伏并网。伏并网。九、光伏发电系统分类九、光伏发电系统分类按与电力系统关系分为孤立光伏发电系统和并网光伏发电系统。按与电力系统关系分为孤立光伏发电系统和并网光伏发电系统。u 孤立光伏发电系统孤立光伏发电系统不与常规电力系统相连而孤立运行的发电系统，通常建设在远离电网的偏远地不与常规电力系统相连而孤立运行的发电系统，通常建设在远离电网的偏远地区或作为野外移动式便携电源。区或作为野外移

28、动式便携电源。组成：由光伏阵列、储能装置、电能变化装置、控制系统和配电设备组成。组成：由光伏阵列、储能装置、电能变化装置、控制系统和配电设备组成。第三独立光伏系统结构u 孤立光伏发电系统孤立光伏发电系统工作原理工作原理光伏阵列接受太阳能并转换为电能，发出的电能经变换器变换成用电负载所光伏阵列接受太阳能并转换为电能，发出的电能经变换器变换成用电负载所需要的合格电力，经配电设备向负载供电，并将发电与负载用电之剩余的需要的合格电力，经配电设备向负载供电，并将发电与负载用电之剩余的电能供给充电器向蓄电池充电。电能供给充电器向蓄电池充电。控制系统采用光伏电池的最大功率点跟踪、能量管理和变换器输出控制。控

29、制系统采用光伏电池的最大功率点跟踪、能量管理和变换器输出控制。第三独立光伏系统结构光伏发电系统从负载用电时间上划分：白天用电光伏发电系统、夜间用电光伏光伏发电系统从负载用电时间上划分：白天用电光伏发电系统、夜间用电光伏发电系统和昼夜用电的光伏发电系统。发电系统和昼夜用电的光伏发电系统。l 白天用电光伏发电系统白天用电光伏发电系统所用负载为计算机、光伏空调器、光伏水泵等。不需要储能器件，系统造价低。所用负载为计算机、光伏空调器、光伏水泵等。不需要储能器件，系统造价低。工作特点工作特点：光伏阵列发电全部供给负载使用，发电和用电是平衡的。负载用电受：光伏阵列发电全部供给负载使用，发电和用电是平衡的。

30、负载用电受环境因素影响较大，为维持系统稳定性需要接入储能元件，一定程度上可提高环境因素影响较大，为维持系统稳定性需要接入储能元件，一定程度上可提高光伏电池发电的利用率以应付电压波动。光伏电池发电的利用率以应付电压波动。第三独立光伏系统结构l 夜间用电光伏发电系统夜间用电光伏发电系统所用负载为照明灯、电视机等。储能器件必不可少。所用负载为照明灯、电视机等。储能器件必不可少。工作特点：白天光伏阵列发电所发电量除去自身系统所用外全部储存在储能元工作特点：白天光伏阵列发电所发电量除去自身系统所用外全部储存在储能元件中，夜间光伏电池停止发电，由储能元件向负载和自身系统供电，负载供件中，夜间光伏电池停止发

31、电，由储能元件向负载和自身系统供电，负载供电相对平稳。受气象环境的影响较小。电相对平稳。受气象环境的影响较小。第三独立光伏系统结构u 并网光伏发电系统并网光伏发电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，像其他类型发电站一样，可为电是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，像其他类型发电站一样，可为电力系统提供电能。力系统提供电能。分类：集中式和分散式并网发电站。分类：集中式和分散式并网发电站。l 集中式集中式容量较大，通常在几百千瓦到兆瓦级。容量较大，通常在几百千瓦到兆瓦级。l 分散式分散式容量较小，在几千瓦到几十千瓦，目前并网光伏系统大多为分散式并网系统。容量较小，在几千瓦到几十千瓦，目前并网

32、光伏系统大多为分散式并网系统。第三独立光伏系统结构u 并网光伏发电系统并网光伏发电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，像其他类型发电站一样，可为电是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，像其他类型发电站一样，可为电力系统提供电能。力系统提供电能。分类：集中式和分散式并网发电站。分类：集中式和分散式并网发电站。l 集中式集中式容量较大，通常在几百千瓦到兆瓦级。容量较大，通常在几百千瓦到兆瓦级。l 分散式分散式容量较小，在几千瓦到几十千瓦，目前并网光伏系统大多为分散式并网系统。容量较小，在几千瓦到几十千瓦，目前并网光伏系统大多为分散式并网系统。第三独立光伏系统结构u 并网光伏发电系统并网光伏发

33、电系统l 组成：由光伏阵列、变换器和控制器构成。组成：由光伏阵列、变换器和控制器构成。l 部件的作用：部件的作用：变换器变换器-光伏电池所发的直流电经变换器变换成与电网相同频率的交流电，光伏电池所发的直流电经变换器变换成与电网相同频率的交流电，以电压源或电流源方式送入电力系统；以电压源或电流源方式送入电力系统；控制器控制器-重要部件，控制着并网电流的频率、相位、波形、光伏电池的最重要部件，控制着并网电流的频率、相位、波形、光伏电池的最大功率点等。大功率点等。l 特点：特点：不需要蓄电池，减少了蓄电池的投资与损耗，间接减少了处理废旧电池产生不需要蓄电池，减少了蓄电池的投资与损耗，间接减少了处理废

34、旧电池产生的污染，降低了运行成本，提高了系统供电稳定性。的污染，降低了运行成本，提高了系统供电稳定性。第三独立光伏系统结构1.户用光伏系统户用光伏系统主要指办公楼、住宅等配合建筑安装的，为住户自身供电的小型光伏发电系统。主要指办公楼、住宅等配合建筑安装的，为住户自身供电的小型光伏发电系统。l 组成：由光伏电池板、蓄电池、充放电变换器和控制器构成。组成：由光伏电池板、蓄电池、充放电变换器和控制器构成。l 典型的户用光伏系统示意图：典型的户用光伏系统示意图：第三独立光伏系统结构1.户用光伏系统户用光伏系统工作原理：白天，发电系统对蓄电池进行充电；晚间，发电系统对蓄电池所工作原理：白天，发电系统对蓄

35、电池进行充电；晚间，发电系统对蓄电池所储存的电能进行逆变放电，实现对住户负载的供电。储存的电能进行逆变放电，实现对住户负载的供电。特点：容量一般在几十到几百瓦，主要用于照明和小型家电、小型农用机械特点：容量一般在几十到几百瓦，主要用于照明和小型家电、小型农用机械等，还包括应用在野外无人设备的供电：通信塔、灯塔等。可采用与风力发等，还包括应用在野外无人设备的供电：通信塔、灯塔等。可采用与风力发电、柴油机发电相互补方式。电、柴油机发电相互补方式。第三独立光伏系统结构362.独立光伏电站独立光伏电站l 应用：光照条件好，负载需求量大的无电村镇、海岛，并且在几公里范围应用：光照条件好，负载需求量大的无

36、电村镇、海岛，并且在几公里范围内相对集中的无电区域适宜建立独立光伏电站。内相对集中的无电区域适宜建立独立光伏电站。l 组成：光伏电池板阵列、蓄电池和变换器、能量管理器、配电和输电系统。组成：光伏电池板阵列、蓄电池和变换器、能量管理器、配电和输电系统。l 工作原理：白天，完成对蓄电池的充电。同时也给光伏水泵、加工机器等工作原理：白天，完成对蓄电池的充电。同时也给光伏水泵、加工机器等供电，进行抽水、蓄水和加工作业；晚间，完成对蓄电池的逆变放电控制，供电，进行抽水、蓄水和加工作业；晚间，完成对蓄电池的逆变放电控制，实现对负载的供电。实现对负载的供电。l 特点：容量一般在几十到几百瓦，主要用于照明和小

37、型家电、小型农用机特点：容量一般在几十到几百瓦，主要用于照明和小型家电、小型农用机械等，还包括对野外无人设备的供电：通信塔、灯塔等。可采用与风力发械等，还包括对野外无人设备的供电：通信塔、灯塔等。可采用与风力发电、柴油机发电相互补方式。电、柴油机发电相互补方式。第三独立光伏系统结构2.独立光伏电站独立光伏电站l 缺点：系统整体能量利用率偏低、系统的供电可靠性和稳定性差，需要蓄缺点：系统整体能量利用率偏低、系统的供电可靠性和稳定性差，需要蓄电池加以储能以稳定供电电网电压和平衡发电与负载。同时也存在蓄电池电池加以储能以稳定供电电网电压和平衡发电与负载。同时也存在蓄电池的更新支出和其回收过程中的二次

38、污染的问题。的更新支出和其回收过程中的二次污染的问题。应用举例应用举例（1）光伏照明系统）光伏照明系统 最典型的最典型的“光伏光伏+储能储能”系统。系统。 工作原理：白天光伏发电，所发电力向蓄电池供电，夜晚蓄电池向用电负荷工作原理：白天光伏发电，所发电力向蓄电池供电，夜晚蓄电池向用电负荷 放电。若负载是直流的，则无须增加逆变环节，否则需要放电。若负载是直流的，则无须增加逆变环节，否则需要加装逆加装逆 变环节，但会带来额外的功率损耗。变环节，但会带来额外的功率损耗。第三独立光伏系统结构 特点：照明负载应尽可能采用高效的节能灯或气体放电灯等高效光源。蓄电特点：照明负载应尽可能采用高效的节能灯或气体

39、放电灯等高效光源。蓄电池由于节数限制，其输出一般要加升压电路。采用的蓄电池一般为铅酸免维池由于节数限制，其输出一般要加升压电路。采用的蓄电池一般为铅酸免维护蓄电池。照明系统一般带有能量管理系统，用来控制蓄电池充放电电量和护蓄电池。照明系统一般带有能量管理系统，用来控制蓄电池充放电电量和控制照明的时间。控制照明的时间。l 光伏高压其他放电灯照明系统光伏高压其他放电灯照明系统气体放电灯是一种高效电光源，包括金属卤化物灯、高压钠灯等。气体放电灯是一种高效电光源，包括金属卤化物灯、高压钠灯等。第三独立光伏系统结构第三独立光伏系统结构金卤灯金卤灯由金属蒸汽（例如汞）和卤化物（如镝、由金属蒸汽（例如汞）和

40、卤化物（如镝、钠、铊、铟等元素的卤化物）的分解物钠、铊、铟等元素的卤化物）的分解物的混合物辐射而发光的气体放电灯。的混合物辐射而发光的气体放电灯。第三独立光伏系统结构高压钠灯高压钠灯-第三代绿色照明光源第三代绿色照明光源 特点：发光效率高、耗电少、寿命长及透雾能力强，广泛用于市政路灯照特点：发光效率高、耗电少、寿命长及透雾能力强，广泛用于市政路灯照明系统。常用功率有明系统。常用功率有150W、250W和和400W。该灯供电采用高频方式，。该灯供电采用高频方式，可消除灯光的工频频闪，提高发光效率，可延长灯的寿命。可消除灯光的工频频闪，提高发光效率，可延长灯的寿命。 组成：光伏电池、蓄电池（全封闭

41、免维护铅酸）和光伏路灯照明控制器。组成：光伏电池、蓄电池（全封闭免维护铅酸）和光伏路灯照明控制器。第三独立光伏系统结构高压钠灯高压钠灯-第三代绿色照明光源第三代绿色照明光源 各部分的作用：各部分的作用：光伏电池：为整个系统提供照明和控制所需电能。白天，光伏电池接收光光伏电池：为整个系统提供照明和控制所需电能。白天，光伏电池接收光能并转化为电能，经充电电路对蓄电池充电；天黑，光伏电池停止工作。能并转化为电能，经充电电路对蓄电池充电；天黑，光伏电池停止工作。蓄电池：照明系统的储能环节。白天，将光伏电池输出的电能转换为化学蓄电池：照明系统的储能环节。白天，将光伏电池输出的电能转换为化学能储存；夜间，

42、再转换回电能输出到照明灯。控制器的电源由蓄电池供给。能储存；夜间，再转换回电能输出到照明灯。控制器的电源由蓄电池供给。照明灯：高压钠灯，需配合镇流器、启辉器工作。照明灯：高压钠灯，需配合镇流器、启辉器工作。第三独立光伏系统结构高压钠灯高压钠灯-第三代绿色照明光源第三代绿色照明光源 提高系统效率的手段提高系统效率的手段应用太阳能最大功率点跟踪（应用太阳能最大功率点跟踪（MPPT）技术）技术采用高效的蓄电池充电策略采用高效的蓄电池充电策略提高照明效率提高照明效率第三独立光伏系统结构根据蓄电池的不同状态，充电电路可根据蓄电池的不同状态，充电电路可以采取不同策略进行充电控制。以采取不同策略进行充电控制

43、。一保持光伏电池输出功率最大；二考虑蓄电池的电流接受能力。一保持光伏电池输出功率最大；二考虑蓄电池的电流接受能力。高效的蓄电池充电策略高效的蓄电池充电策略控制电路：连续采点，实现光控制电路：连续采点，实现光伏电池的最大功率点跟踪。当伏电池的最大功率点跟踪。当光伏电池的输出能力超出电池光伏电池的输出能力超出电池接受能力，控制器停止对光伏接受能力，控制器停止对光伏电池的最大功率点控制，对蓄电池的最大功率点控制，对蓄电池进行分段式充电控制。电池进行分段式充电控制。第三独立光伏系统结构分段式充电策略：快充、过充和浮充三个阶段。分段式充电策略：快充、过充和浮充三个阶段。高效的蓄电池充电策略高效的蓄电池充

44、电策略n 快充阶段。电源的输出电流根据蓄电快充阶段。电源的输出电流根据蓄电池的充电状态确定，即蓄电池最大可池的充电状态确定，即蓄电池最大可接受电流。接受电流。n 过充阶段。充电电路对蓄电池提供一过充阶段。充电电路对蓄电池提供一个较高电压，同时检测充电电流。个较高电压，同时检测充电电流。n 浮充阶段。充电电路给蓄电池提高一浮充阶段。充电电路给蓄电池提高一个精确的、具有温度补偿功能的浮充个精确的、具有温度补偿功能的浮充电压（恒定电压）。电压（恒定电压）。第三独立光伏系统结构高压钠灯高压钠灯 工作过程：工作过程：钠灯灯泡钠灯灯泡启动启动钠汞受热钠汞受热蒸发蒸发阴极发射阴极发射电子撞击电子撞击钠汞原子

45、钠汞原子电离激发电离激发以光辐射以光辐射形式释放形式释放光子光子第三独立光伏系统结构工频工频50Hz，220V交流电压交流电压存在问题：存在问题：l 镇流电感笨重，铁损和铜损较大，镇流电感笨重，铁损和铜损较大，降低效率并导致发热；降低效率并导致发热；l 存在噪音污染启辉高压频繁冲击存在噪音污染启辉高压频繁冲击镇流电感，影响其绝缘、寿命。镇流电感，影响其绝缘、寿命。第三独立光伏系统结构解决方法：解决方法：l 提 高 电 源 工 作 频 率 ， 取提 高 电 源 工 作 频 率 ， 取 5 0 -100kHz；l 采用高频磁芯绕制镇流电感。采用高频磁芯绕制镇流电感。第三独立光伏系统结构柴油发电抽水

46、的现状：柴油发电抽水的现状：l 柴油发电抽水的成本越来越高；柴油发电抽水的成本越来越高；l 光伏水泵可利用丰富的太阳能，直接把太阳能转换成电能驱动光伏水泵可利用丰富的太阳能，直接把太阳能转换成电能驱动水泵，维护成本低，寿命长。水泵，维护成本低，寿命长。第三独立光伏系统结构（2）光伏水泵系统）光伏水泵系统太阳能水泵系统太阳能水泵系统柴达木光伏提水滴灌柴达木光伏提水滴灌系统系统第三独立光伏系统结构（2）光伏水泵系统）光伏水泵系统具体包括光伏阵列、最大功率点跟踪器、电力电子逆变器和电机水泵。具体包括光伏阵列、最大功率点跟踪器、电力电子逆变器和电机水泵。组成：光伏发电系统和水泵系统构成。组成：光伏发电

47、系统和水泵系统构成。第三独立光伏系统结构（2）光伏水泵系统）光伏水泵系统第三独立光伏系统结构第三独立光伏系统结构l 光伏阵列：由众多的光伏电池串并联构成，其作用是直接将太阳能转换为光伏阵列：由众多的光伏电池串并联构成，其作用是直接将太阳能转换为直流形式的电能。直流形式的电能。l 功率调节器：协调水泵用电与光伏发电之间的功率平衡，达到高效和稳定功率调节器：协调水泵用电与光伏发电之间的功率平衡，达到高效和稳定的状态。使整个系统工作在最佳工作点。的状态。使整个系统工作在最佳工作点。l 电力电子逆变器：是跟踪最大功率点的执行单元，根据功率调节器的控制电力电子逆变器：是跟踪最大功率点的执行单元，根据功率

48、调节器的控制信号，发出不同频率的电压波形，带动电机水泵工作，同时又具有保护功信号，发出不同频率的电压波形，带动电机水泵工作，同时又具有保护功能。能。l 电机水泵：是系统的最终执行单元，完成稳定、可靠的出水。电机水泵：是系统的最终执行单元，完成稳定、可靠的出水。（2）光伏水泵系统）光伏水泵系统第三独立光伏系统结构（2）光伏水泵系统）光伏水泵系统工作特点工作特点l 一般主要工作在白天，对于单纯的扬水系统，可根据实时光伏发电功率确一般主要工作在白天，对于单纯的扬水系统，可根据实时光伏发电功率确定相应的抽水功率，不配置蓄电池。抽水效率低，受天气影响大，不稳定，定相应的抽水功率，不配置蓄电池。抽水效率低

49、，受天气影响大，不稳定，只能在中午前后扬水。只能在中午前后扬水。l 改进：加入蓄电池，平时对蓄电池进行浮充电，使光伏扬水系统工作平稳。改进：加入蓄电池，平时对蓄电池进行浮充电，使光伏扬水系统工作平稳。可利用早晚低值时的光伏发电功率作为蓄电池充电能量加以利用，显著提可利用早晚低值时的光伏发电功率作为蓄电池充电能量加以利用，显著提高扬水系统的效率。高扬水系统的效率。第三独立光伏系统结构（2）光伏水泵系统）光伏水泵系统图为图为2.5kW光伏水泵系统一光伏水泵系统一天之内的太阳能利用曲线天之内的太阳能利用曲线第三独立光伏系统结构（3）扬水与照明综合系统）扬水与照明综合系统扬水和照明是工作在不同时段的最

50、典型的负载供电模式。扬水和照明是工作在不同时段的最典型的负载供电模式。综合系统的组成：光伏发电系统、蓄电池、照明灯、变频器和水泵构成。综合系统的组成：光伏发电系统、蓄电池、照明灯、变频器和水泵构成。第三独立光伏系统结构（3）扬水与照明综合系统）扬水与照明综合系统l 工作特点工作特点白天白天夜间夜间供电抽水供电抽水第三独立光伏系统结构（3）扬水与照明综合系统）扬水与照明综合系统习题：各个部分所起到的作用？习题：各个部分所起到的作用？第三独立光伏系统结构（3）扬水与照明综合系统）扬水与照明综合系统系统主要由光伏阵列、逆变器、电机水泵和蓄电池构成。系统主要由光伏阵列、逆变器、电机水泵和蓄电池构成。控

51、制部分分为三部分：控制部分分为三部分：MPPT（最大功率点跟踪）控制、（最大功率点跟踪）控制、DC/AC变频控制和变频控制和充放电控制。充放电控制。工作过程：在阳光充足的白天为电机水泵负载提高最大限度的功率输出；在阳工作过程：在阳光充足的白天为电机水泵负载提高最大限度的功率输出；在阳光欠充足的清晨或傍晚以最大限度的功率提高给蓄电池组充电；在没有阳光的光欠充足的清晨或傍晚以最大限度的功率提高给蓄电池组充电；在没有阳光的黑夜，具有充足电能的蓄电池组将为照明负载提供稳定持续的直流电源。黑夜，具有充足电能的蓄电池组将为照明负载提供稳定持续的直流电源。第三独立光伏系统结构l 光伏阵列：直接将太阳能转换为

52、电能。光伏阵列：直接将太阳能转换为电能。l 变频器变频器(DC/AC)：由于应用的电动机是专门设计的变频调速三相异步电动：由于应用的电动机是专门设计的变频调速三相异步电动机，故需要此装置。机，故需要此装置。l MPPT（最大功率点跟踪）控制器：保证电源和负载之间的和谐、高效和（最大功率点跟踪）控制器：保证电源和负载之间的和谐、高效和稳定的工作状态。可以使光伏扬水与照明综合应用系统在任何日照强度下稳定的工作状态。可以使光伏扬水与照明综合应用系统在任何日照强度下都能工作在最优状态。都能工作在最优状态。 功能：检测主回路直流电压和输出电流，计算光伏阵列的输出功率，并实功能：检测主回路直流电压和输出电

53、流，计算光伏阵列的输出功率，并实 现对最大功率点的跟踪；实现特殊的保护功能。现对最大功率点的跟踪；实现特殊的保护功能。第三独立光伏系统结构l 充放电控制器：充放电控制器： 当太阳光强度减到一定程度，光伏阵列的最大输出功率已经无法继续驱动当太阳光强度减到一定程度，光伏阵列的最大输出功率已经无法继续驱动 水泵抽水，主控制器将切换以来启动充电控制电路，对蓄电池组进行充电。水泵抽水，主控制器将切换以来启动充电控制电路，对蓄电池组进行充电。 而当光伏阵列的输出电压降至零值即天黑时，主控制器将关闭放电开关，而当光伏阵列的输出电压降至零值即天黑时，主控制器将关闭放电开关， 启动照明负载。该充电控制电路不仅要

54、完成光强欠强条件下的最大功率点启动照明负载。该充电控制电路不仅要完成光强欠强条件下的最大功率点 搜索及产生相应的驱动充电开关，同时完成蓄电池的充电状态检测及与蓄搜索及产生相应的驱动充电开关，同时完成蓄电池的充电状态检测及与蓄 电池有关的保护措施。电池有关的保护措施。第三独立光伏系统结构基于上述的结构设计和相应的控制策略，使该光伏扬水与照明综合应用系统具基于上述的结构设计和相应的控制策略，使该光伏扬水与照明综合应用系统具有以下特点：有以下特点：1.将扬水系统与照明系统有机地结合起来，使太阳能得以最大应用。将扬水系统与照明系统有机地结合起来，使太阳能得以最大应用。2.使用最大功率点（使用最大功率点

55、（MPPT）跟踪控制，使得整个系统始终工作在功率输出最）跟踪控制，使得整个系统始终工作在功率输出最大状态，同时提高整个系统的稳定性。大状态，同时提高整个系统的稳定性。3.使用最小损耗充放电方法，实现蓄电池组充放电能量自动管理，提高蓄电池使用最小损耗充放电方法，实现蓄电池组充放电能量自动管理，提高蓄电池充放电效率，延长蓄电池寿命。充放电效率，延长蓄电池寿命。4.使用高效变频调速异步电机驱动潜水泵，具有更大的功率密度和更高的效率。使用高效变频调速异步电机驱动潜水泵，具有更大的功率密度和更高的效率。第三独立光伏系统结构（4）混合供电系统）混合供电系统风力、光伏和柴油发电机一体化互补发电。风力、光伏和

56、柴油发电机一体化互补发电。风力发电特点风力发电特点风力发电受天气影响，白天风力小、夜间风力大，与光伏发电可形成互补；风力发电受天气影响，白天风力小、夜间风力大，与光伏发电可形成互补；风力由于能量密度较高，发电功率可以很大，发电机组容量可达风力由于能量密度较高，发电功率可以很大，发电机组容量可达兆瓦兆瓦级；级；风力发电稳定性比光伏要差，独自很难提供稳定的电能输出。风力发电稳定性比光伏要差，独自很难提供稳定的电能输出。第三独立光伏系统结构风风- -光一体化发电光一体化发电 是经济合理的发电方法。是经济合理的发电方法。 受气象环境影响较大。白天，风力较小，以太阳能发电为主，风力发电为受气象环境影响较

57、大。白天，风力较小，以太阳能发电为主，风力发电为辅；夜晚，只能靠风力发电，形成全体的互补发电形式。辅；夜晚，只能靠风力发电，形成全体的互补发电形式。 系统添加蓄电池系统添加蓄电池能改善系统的稳定性。能改善系统的稳定性。 使用适当比例的太阳能和风力发电，获得最佳的投资组合。使用适当比例的太阳能和风力发电，获得最佳的投资组合。（4）混合供电系统）混合供电系统增加柴油发电机组，可形成风机、光伏和柴油发电机一增加柴油发电机组，可形成风机、光伏和柴油发电机一体化的供电系统，大大提高供电的可靠性和稳定性。体化的供电系统，大大提高供电的可靠性和稳定性。第三独立光伏系统结构风风- -光光- -柴油一体化发电柴

58、油一体化发电 供电稳定性提高。供电稳定性提高。 柴油机平时设成备用状态或小功率运行状态。当风柴油机平时设成备用状态或小功率运行状态。当风-光发电不足和蓄电池光发电不足和蓄电池储能不足时，由柴油机发电机组补充发电，缓解发电系统发电功率的不足。储能不足时，由柴油机发电机组补充发电，缓解发电系统发电功率的不足。作为备用的柴油机发电机组可容量小。作为备用的柴油机发电机组可容量小。 可采用沼气发电模式代替柴油机发电模式。可采用沼气发电模式代替柴油机发电模式。（4）混合供电系统）混合供电系统第三独立光伏系统结构设计原则设计原则（4）混合供电系统）混合供电系统充分调研当地的阳光和风力资源，结合负载情况，充分

59、发挥两种能源的充分调研当地的阳光和风力资源，结合负载情况，充分发挥两种能源的互补优势，弥补单一能源不足。选择二者最佳的容量配比和最佳的供电互补优势，弥补单一能源不足。选择二者最佳的容量配比和最佳的供电方式，提高互补系统的供电可靠性，降低系统的综合造价和投资。方式，提高互补系统的供电可靠性，降低系统的综合造价和投资。适当选择蓄电池和柴油机发电机组的容量，提高供电的稳定性和可靠性。适当选择蓄电池和柴油机发电机组的容量，提高供电的稳定性和可靠性。需要按时段、按季节加以考虑，尤其是要考虑风需要按时段、按季节加以考虑，尤其是要考虑风-光互补性较差的时段和光互补性较差的时段和季节，以及负载供电连续性和稳定

60、性的要求。季节，以及负载供电连续性和稳定性的要求。系统运行方式和供电方式的选择，还要考虑系统的技术性能和可维护性。系统运行方式和供电方式的选择，还要考虑系统的技术性能和可维护性。第三独立光伏系统结构设计步骤设计步骤（4）混合供电系统）混合供电系统进行风进行风-光资源评估；光资源评估；进行负载评估；进行负载评估；进行系统方案比较，确定互补方案和主要部件参数，确定控制与管理策进行系统方案比较，确定互补方案和主要部件参数，确定控制与管理策略与方案、进行经济和技术分析。略与方案、进行经济和技术分析。第三独立光伏系统结构组网方式组网方式（4）混合供电系统）混合供电系统交交-直直-交变频风电机组与太阳能光