太阳能电站系统组成结构

太阳能电站系统组成结构

一、电站系统基本工作原理

太阳能光伏供电系统的基本工作原理就是在太阳光的照射下，将太阳电池组件产生的电能通过控制器的控制给蓄电池充电或者在满足负载需求的情况下直接给负载供电，如果日照不足或者在夜间则由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于含有交流负载的光伏系统而言，还需要增加逆变器将直流电转换成交流电。光伏系统的应用具有多种形式，但是其基本原理大同小异。对于其他类型的光伏系统只是在控制机理和系统部件上根据实际的需要有所不同。

二、电站系统组成结构

太阳能光伏电站的系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜、防雷系统、汇流箱、直流配电柜、环境监测系统、监控系统及太阳能跟踪系统等设备组成。

太阳能电站系统的结构示意图如下：

图1 太阳能电站系统的结构示意图

1. 太阳能电池方阵

在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。

2. 蓄电池组

其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a. 自放电率低；b. 使用寿命长；c. 深放电能力强；d. 充电效率高；e. 少维护或免维护；f. 工作温度范围宽；g. 价格低廉。目前我国与太阳能发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。配套200Ah 以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封式免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为2VDC ；配套200Ah 以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为12VDC 。

3. 充放电控制器

是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。

4. 逆变器

是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，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

立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。

逆变器保护功能：

a 、 过载保护；b 、短路保护；c 、接反保护；

d、欠压保护；e 、过压保护；f 、过热保护。

5. 交流配电柜

其在电站系统的主要作用是对备用逆变器的切换功能，保证系统的正常供电，同时还有对线路电能的计量。

6. 防雷系统

太阳电池方阵的支架采用金属材料并占用较大空间且一般放置在建筑物顶部或开阔地，在雷暴发生时，尤其容易受到雷击而毁坏，并且太阳电池组件和逆变器比较昂贵，为避免因雷击而造成经济损失，有效的防雷保护是必不可少的。

防雷系统结构示意图如下：

图2 太阳能电站并网发电系统防雷接地示意图

7. 汇流箱

在太阳能光伏发电系统中，为了减少太阳能光伏电池阵列与逆变器之间的连线使用到汇流箱。我们可以将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入光伏汇流防雷箱，在光伏防雷汇流箱内汇流后，通过控制器，直流配电柜，光伏逆变器，交流配电柜，配套使用从而构成完整的光伏发电系统，实现与市电并网。

为了提高系统的可靠性和实用性，在光伏防雷汇流箱里配置了光伏专用直流防雷模块、直流熔断器和断路器等，方便用户及时准确的掌握光伏电池的工作情况，保证太阳能光伏发电系统发挥最大功效。

8. 直流配电柜

光伏直流配电柜主要应用在大型光伏电站，用来连接汇流箱与光伏逆变器。并提供防雷及过流保护、监测光伏阵列的单串电流、电压及防雷器状态，短路器状态。专业的电气设计、元件选型，可以保证长时间的稳定工作。

9. 环境监测系统

环境监测系统由主采集器（箱）、太阳总辐射采集器、风速风向采集器、室外环境温度传感器（带轻型百叶箱）、表面温度传感器、总辐射传感器、风速传感器、风向传感器、RS485通讯、风杆、风横臂、传感器横臂等部件组成，完成对太阳能光伏系统的环境五种（室外环境温度、电池板表面温度、太阳光总辐射、风速和风向）数据监测。

10. 太阳能监控系统

太阳能电站监控系统，采用以PLC 可编程序控制器和现代计算机

网络通讯技术为核心的计算机控制系统，并结合太阳能发电系统的特征，采用防电磁干扰和电磁兼容技术，实现对太阳能系统的控制。它将模拟采集信号通过PLC 程序处理后转送到本地监控计算机，反应设备的各种运行状态，以便我们能及时掌控和发现太阳能电站系统存在的问题和故障。

11. 太阳能跟踪系统

太阳能跟踪系统是能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能够显著提高太阳能光伏组件的发电效率。国内自主知识产权、首家完全不用电脑软件的太阳空间定位跟踪仪，具有国际领先水平，能够不受地域和外部条件的限制，可以在-50℃至70℃环境温度范围内正常使用；跟踪精度可以达到±0.001°，最大限度的提高太阳跟踪精度，完美实现适时跟踪，最大限度提高太阳光能利用率。

三、太阳能电站发电系统的效率

在太阳能发电系统中，系统的总效率η由电池组件的PV 转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。

太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；改进理论，建立新模型；聚光电池等。

四、太阳能电站发电系统的设计需要考虑如下因素：

1、 太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？

2、 系统的负载功率多大？

3、 系统的输出电压是多少，直流还是交流？

4、 系统每天需要工作多少小时？

5、 如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？

6、 负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？

7、 系统需求的数量？