光伏電站發(fā)電系統(tǒng)介紹2015.11.16

1、光伏電站發(fā)電系統(tǒng)介紹,2024/3/18,一、光伏行業(yè)介紹,1、可再生能源發(fā)展需求和太陽能利用人類生存發(fā)展離不開對能源的需求。近二百多年的工業(yè)化進(jìn)程導(dǎo)致對化石能源的巨額消耗，時(shí)破壞了生態(tài)環(huán)境，成全球變暖?；茉吹挠邢扌院蛯Νh(huán)境的負(fù)面影響催生了對替代和可再生能源的需求。太陽能是各種可再生能源中最重要、最豐富的基本能源。目前，太陽能的利用主要通過光--熱、光--電、光--化學(xué)、光--生物質(zhì)等幾種轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)，開發(fā)利用過程基本無污染，是

2、已知的最清潔、最安全的能源。2、技術(shù)發(fā)展催生光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)是影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素。光伏產(chǎn)業(yè)最基本、最重要的技術(shù)就是提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。1954年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了光電轉(zhuǎn)換效率為4.5%的單晶硅太陽能電池，實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)誕生。此后光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步，光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提高，成本持續(xù)降低，促使光伏產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展。單晶硅實(shí)驗(yàn)室最高效率為24.7%。3、政策扶持促使光伏產(chǎn)業(yè)大發(fā)展我國承諾2030年單位GDP碳

3、排放在2005年基礎(chǔ)上下降60%至65%，非化石能源比重達(dá)到20%.,特點(diǎn)：屬于新能源，環(huán)境的選擇、政府支持，也是大勢所趨！,2024/3/18,二、光伏運(yùn)維行業(yè)介紹,,1、光伏運(yùn)維行業(yè)屬于一個(gè)新的行業(yè)，目前該行業(yè)是處于一個(gè)起步階段，不管對于該行業(yè)還是對于個(gè)人來說都有很大的發(fā)展和提升的空間。2、尤其對于個(gè)人來說，新行業(yè)最重要的便是需要不斷的創(chuàng)新和提升，這對個(gè)人自由展示才能和才華來說，是一個(gè)很好的機(jī)會。3、該行業(yè)工作人員即需要具備光伏

4、發(fā)電系統(tǒng)的專業(yè)知識，也需要具備高壓設(shè)備運(yùn)行專業(yè)知識，還需要相關(guān)設(shè)備的檢修工作能力，對該行業(yè)從業(yè)人員的能力要求較高。,特點(diǎn)：是機(jī)遇同樣是挑戰(zhàn)，需要每個(gè)人自己去把握！,2024/3/18,三、光伏電站的發(fā)電原理,光伏發(fā)電是指利用太陽能電池這種半導(dǎo)體電子器件的P-N結(jié)光生伏打效應(yīng)原理有效地吸收太陽光輻射能，通過轉(zhuǎn)換裝置使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式，是當(dāng)今太陽光發(fā)電的主流，具有可再生、無污染等優(yōu)勢。,三、光伏電站的發(fā)電原理,太陽電池在陽光照射時(shí)

5、產(chǎn)生光電壓現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)。太陽能光伏發(fā)電是利用太陽電池的光伏效應(yīng)（photovoltai effect）原理把太陽輻射能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。,2024/3/18,四、光伏電站的分類,光伏發(fā)電技術(shù)根據(jù)是否并網(wǎng)分類,1、離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),2、 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),,四、光伏電站的分類,光伏發(fā)電系統(tǒng)按安裝容量可分為下列三種系統(tǒng):,,,,,四、光伏電站的分類,根據(jù)并網(wǎng)光伏電站的接入電壓等級，并網(wǎng)光伏電站可以分為：,A,B,C,四、光伏電

6、站的分類,離網(wǎng)電站,獨(dú)立光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，系統(tǒng)規(guī)?？缍群艽?，小到0.3～2W 的太陽能庭院燈，大到MW級的太陽能光伏電站。其應(yīng)用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應(yīng)用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。,,,,戶用領(lǐng)域,交通領(lǐng)域,通訊/通信領(lǐng)域,小型電源:用于邊遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，負(fù)載如照明、電視、收錄機(jī)等；光伏水泵：解決無電地區(qū)的深

7、水井飲用、灌溉。,航標(biāo)燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標(biāo)志燈、路燈、高空障礙燈、公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。,太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。,四、光伏電站的分類,離網(wǎng)電站,四、光伏電站的分類,離網(wǎng)電站,太陽能照明同樣可以應(yīng)用于商業(yè)，如公交站臺、廣告燈箱等。,四、光伏電站的分類,離網(wǎng)電站,太陽能路燈系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、燈桿、燈具、蓄電

8、池、充放電控制器、（逆變器）等設(shè)備組成。,四、光伏電站的分類,離網(wǎng)電站,中、大型離網(wǎng)電站，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)村落、開發(fā)區(qū)等大型用電負(fù)荷地區(qū)的離網(wǎng)光伏電站。,四、光伏電站的分類,并網(wǎng)電站,四、光伏電站的分類,并網(wǎng)電站,四、光伏電站的分類,并網(wǎng)電站,大中型集中式地面光伏電站的基本特點(diǎn)是：光伏電站安裝整體容量大，占地面積廣闊；很多電站是建設(shè)在偏僻的人煙稀少的地方，光伏電站土建工程量較大；為了光伏電站正常運(yùn)行與維護(hù)，光伏電站需要專業(yè)人員駐守維護(hù)，相應(yīng)

9、的附屬設(shè)施較多。,四、光伏電站的分類,并網(wǎng)電站,分布式屋頂并網(wǎng)光伏電站基本組成通常包括如下幾個(gè)部分：與建筑屋面結(jié)合的基礎(chǔ)、光伏方陣光伏方陣支架安裝形式、光伏組件方陣布局、光伏直流/交流電氣結(jié)構(gòu)、并網(wǎng)接入部分等。大部分分布式光伏電站與集中式光伏電站相比安裝容量偏小、接入電壓等級較低，接近負(fù)荷，對電網(wǎng)影響小等特點(diǎn)，可以應(yīng)用在大中型工業(yè)廠房、公共建筑以及居民屋頂?shù)冉ㄖ稀?四、光伏電站的分類,并網(wǎng)電站,大中型集中式地面光伏電站通常由太陽能光伏

10、組件方陣、光伏逆變/光伏電氣系統(tǒng)和光伏電站并網(wǎng)接入系統(tǒng)等三大部分組成。大中型集中式地面光伏電站的基本器件與設(shè)備包括：光伏方陣、光伏方陣地基/基礎(chǔ)/支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜、高壓柜（進(jìn)線柜、出線柜）、計(jì)量柜、電能監(jiān)測儀、升壓變壓器、消防配套設(shè)施等設(shè)備，另外還有電站監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置等。,四、光伏電站的分類,并網(wǎng)電站,分布式發(fā)電（Distributed Generation，簡稱DG），通常是指發(fā)電功率在幾千

11、瓦至數(shù)百兆瓦（也有的建議限制在30～50兆瓦以下）的小型模塊化、分散式、布置在用電用戶附近的高效、可靠的發(fā)電單元。,BIPV,BAPV,四、光伏電站的分類,并網(wǎng)電站,光伏農(nóng)業(yè)科技大棚是一種與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，棚頂太陽能發(fā)電、棚內(nèi)發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新型光伏系統(tǒng)工程，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種新模式。它通過建設(shè)棚頂光伏電力工程實(shí)現(xiàn)清潔能源發(fā)電，最終并入國家電網(wǎng)，同時(shí)在棚下將光伏科技與現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)發(fā)展有機(jī)結(jié)合，發(fā)展現(xiàn)代物理高效農(nóng)業(yè)，探索農(nóng)作物生產(chǎn)安全高效

12、新模式，有效地利用有限的資源、空間，提高單位土地經(jīng)濟(jì)效益。,2024/3/18,五、光伏電站的組成,電池組件,匯流箱,電網(wǎng),變壓器,配電裝置,逆變器,二次設(shè)備,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,1、電池組件,太陽能電池的基本單元是“電池片”，一定數(shù)量的電池片通過封裝工藝串聯(lián)在一起形成電池組件。,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,1、電池組件,目前光伏電站常用的電池組件有以下三種：,單晶硅電池組件：光電

13、轉(zhuǎn)換效率為18%左右，實(shí)驗(yàn)室最高可達(dá)到25％，是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，堅(jiān)固耐用，使用壽實(shí)驗(yàn)室命最高可達(dá)25年，但制作成本高。,多晶硅電池組件：制作工藝與單晶硅電池相近，光電轉(zhuǎn)換效率約14％左右 ，實(shí)驗(yàn)室可達(dá)到20.4%，制作成本比單晶硅電池低，制作成本比單晶硅電池低，但壽命比單晶硅電池短。,非晶硅電池組件：是新型薄膜式電池組件，制作工藝與單晶硅和多晶硅電池的完全不同，制作成本低。弱光性能優(yōu)于晶硅電池。但光電轉(zhuǎn)換效

14、率偏低，且衰減較快。,,,,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,光伏防雷匯流箱安裝于太陽能電池方陣陣列內(nèi)，它的主要作用是將太陽能電池組件串的直流電纜，接入后進(jìn)行匯流，再與并網(wǎng)逆變器或直流防雷配電柜連接，以方便維修和操作。,2、光伏防雷匯流箱,,匯流箱的電氣原理框圖如下圖所示,上圖所示之光伏陣列防雷匯流箱為6路輸入，針對具體設(shè)計(jì)情況需求，輸入電池串列可相應(yīng)增加或減少。,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,3、并網(wǎng)逆變器,光伏并

15、網(wǎng)逆變器（下稱逆變器）是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心設(shè)備。逆變器將光伏方陣產(chǎn)生的直流電（DC）逆變?yōu)槿嗾医涣麟姡ˋC），輸出符合電網(wǎng)要求的電能。逆變器是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備，其效率指標(biāo)、電氣性能參數(shù)等，將直接影響電站系統(tǒng)發(fā)電量。,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,,逆變器滿足以下要求：a)并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)和電能質(zhì)量應(yīng)滿足電網(wǎng)要求。b)逆變器額定功率應(yīng)滿足用于海拔高度的要求，其內(nèi)絕緣等電氣性能滿足要求。,c)逆變器

16、使用太陽電池組件最大功率跟蹤技術(shù)(MPPT)。 d)逆變器具有極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、過溫保護(hù)、交流過流及直流過流保護(hù)、直流母線過電壓保護(hù)、電網(wǎng)斷電、電網(wǎng)過欠壓、電網(wǎng)過欠頻、光伏陣列及逆變器本身的接地檢測及保護(hù)功能等。,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,4.1 就地升壓變（油式/干式）將逆變完之后的交流電壓進(jìn)行就地升壓，多臺就地升壓變升高電壓后T接送至高壓配電室。,,4、就地升壓變設(shè)備房,,4.

17、2 低壓（萬能式）智能式斷路器分配逆變器交流測負(fù)荷，為就地升壓變低壓測開關(guān)設(shè)備。,4.3 高壓負(fù)荷開關(guān)為就地升壓變高壓測開關(guān)。,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,5、高低壓配電裝置,高、低壓配電裝置主要用于控制站內(nèi)電能的通、斷，分配及交換，一般有380V、10KV、35KV等電壓等級。,低壓柜指站用電及其相關(guān)設(shè)備。,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,6、變壓器,變壓器是一種靜止的電器，它利用電磁感

18、應(yīng)原理把交流電壓轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種交流電壓。其結(jié)構(gòu)的主要部分是兩個(gè)（或兩個(gè)以上）互相絕緣的繞組，套在一個(gè)共同的鐵芯上，兩個(gè)繞組之間通過磁場而耦合，但在電的方面沒有直接聯(lián)系，能量的轉(zhuǎn)換以磁場為媒介。在兩個(gè)繞組中，把接到電源一側(cè)的繞組稱為一次繞組，簡稱原邊，而把接到負(fù)載一側(cè)的繞組稱為二次繞組，簡稱副邊。當(dāng)原邊接到交流電源時(shí)，在外施電壓作用下，一次繞組中通過交流電流，并在鐵芯中產(chǎn)生,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,,變

19、壓器按相數(shù)區(qū)分可以分為三相變壓器和單相變壓器；按繞組數(shù)目來區(qū)分，可以分為兩繞組和三繞組變壓器；按冷卻介質(zhì)分，可以分為油浸式變壓器、干式變壓器（空氣冷卻式）以及水冷式變壓器。,交變磁通，其頻率和外施電壓的頻率一致，這個(gè)交變磁通同時(shí)交鏈著一次、二次繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，交變磁通在原、副繞組中感應(yīng)出相同頻率的電勢，副邊有了電勢便向負(fù)載輸出電能，實(shí)現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)換。利用一次、二次繞組匝數(shù)的不同以及不同的繞組聯(lián)接法，可使原、副邊有不同的電壓、電流

20、和相數(shù)。,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,,,,7、室外間隔式設(shè)備,7.1、室外SF6斷路器（分合位置、氣體壓力、彈簧儲能）,7.2、室外PT、CT （為保護(hù)、檢測裝置、儀表提供電壓和電流）,7.4、室外避雷器設(shè)備 （ 母線過電壓進(jìn)行保護(hù)）,7.3、室外隔離開關(guān) （ 配合斷路器使用，提供明顯的斷開電）,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,,,,8、主控室設(shè)備（繼電保護(hù)、通訊）,8.1 母

21、線縱差保護(hù)。,,8.2 光纖差動保護(hù)。,8.3 失步解列。,8.4 過流保護(hù)。,8.5 通訊設(shè)備、調(diào)度通信、光功率預(yù)測、蓄電池、直流控制屏、UPS電源。,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,,,,9、監(jiān)控室設(shè)備,9.1 監(jiān)控主機(jī)+操作后臺,,9.2 五防主機(jī),9.3 光功率預(yù)測系統(tǒng),9.4 調(diào)度通訊系統(tǒng),9.5 視頻監(jiān)控后臺 （全站視頻監(jiān)控）,9.6 調(diào)度管理系統(tǒng) （電站調(diào)度管理，與調(diào)

22、度進(jìn)行工作對接用 ）,2024/3/18,六、光伏電站的主要設(shè)備及其功能,,,,10、氣象站,采集風(fēng)速、風(fēng)向、輻照度、溫濕度等氣象數(shù)據(jù)，為光功率預(yù)測系統(tǒng)提供有效氣象數(shù)據(jù)。,,2024/3/18,七、影響光伏電站發(fā)電量的幾個(gè)因素,1：太陽輻射量2：太陽電池組件的傾斜角度3：太陽電池組件的效率4：組合損失（串聯(lián)失配、并聯(lián)失配）5：溫度特性6：灰塵損失7：最大輸出功率跟蹤 （MPPT）8：線路損失（直流側(cè)、交流測）9：控制器、

23、逆變器效率10：變壓器等交流測設(shè)備損失,2024/3/18,光伏電站的效率,η=η1*η2*η3,太陽電池陣列效率η1，太陽電池陣列在太陽輻射強(qiáng)度下，實(shí)際的直流輸出功率與理論功率之比。太陽電池陣列在能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程中的損失包括：組件匹配損失、表面塵埃遮擋損失、光譜失配損失、溫度的影響以及直流線路損失等。 逆變器轉(zhuǎn)換效率η2，逆變器輸出的交流電功率與直流輸入功率之比。包括逆變器轉(zhuǎn)換的損失、最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）精度損失