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太阳能光伏发电系统的构成

通过太阳能电池板将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统。尽管太阳能光伏发电系统应用形式多种多样，应用规模也跨度很大，从小到不足1W的太阳能草坪灯，到几百千瓦甚至几兆瓦的大型光伏电站，但其系统组成结构和工作原理却基本相同。其主要由太阳能光伏组件（或方阵）、蓄电池（组）、光伏控制器、逆变器以及一些测试、监控、防护等附属设施构成。

1、    太阳能光伏组件

太阳能光伏组件也叫太阳能电池板，其作用是将太阳光的辐射能量转换为电能，并送往蓄电池中存储起来，也可以直接用于驱动负载工作。

2、    蓄电池

蓄电池的作用主要时存储太阳能光伏组件发出的电能，并可随时向负载供电。太阳能光伏发电系统对蓄电池的基本要求是：自放电率低、使用寿命长、充电吸收率高、深放电能力强、工作温度范围宽、少维护或免维护及价格低廉。目前太阳能发电系统配套使用的主要是免维护胶体蓄电池，锂离子电池等。

3、    光伏控制器

太阳能光伏控制器的作用是控制整个系统的工作状态，其功能主要有防止蓄电池过充电保护、防止蓄电池过放电保护、系统短路电子保护、系统极性反接保护、夜间防反充保护等。在温差较大的地方，控制器还具有温度补偿的功能。另外，控制器还有充电状态、蓄电池电量等各种工作状态的显示功能。

4、    逆变器

逆变器是把太阳能光伏组件或者蓄电池输出的直流电转换成交流电供给电网或者交流负载使用的设备。

5、    光伏发电系统附属设施

光伏发电系统的附属设施包括直流汇流（配线）系统、交流配电系统、运行监控和检测系统、防雷和接地系统、安装支架等。

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太阳能控制器的主要功能

1.  蓄电池充、放电管理

（1）  控制器应具有输入充满断开和恢复连接功能。

（2）  控制器应具有欠压断开和恢复功能。

（3）  控制器应能自动或手动恢复对负载的供电。

（4）  考虑环境及电池的工作温度特性，控制器应具备温度补偿功能。

2.  设备保护

（1）  负载短路/过载保护。

（2）  内部短路保护。

（3）  反向放电保护。

（4）  极性反接保护。

（5）  雷电保护。

3.  光伏系统工作状态显示

控制器应能够显示光伏发电系统的工作情况。对于小型光伏发电系统的控制器，蓄电池的荷电状态，可由发光二极管的颜色判断，绿色表示蓄电池电能充足，可以正常工作；黄色表示蓄电池电能不足；红色表示蓄电池电能严重不足，必须充电后才能工作，否则会损坏蓄电池，当然这时控制器到负载的输出端也已自动断开。

对于大、中型光伏发电系统，应由仪表或数字显示系统的基本技术参数，如电压、电流、功率、安·时数等。

4.  光伏发电系统数据及信息储存

特别是对于大型光伏发电系统，应该配备数据及信息储存装置，必要时进行分析和处理，用以判断或评估系统的工作状态，以便改进。

5.  光伏系统故障处理及报警

当系统发生故障时，能够自动采取保护措施，或使用声、光等报警手段，以便操作人员及时处理，避免系统遭到损坏。

6.  光伏系统遥测、遥控、遥信等

对于大型光伏系统，必要时可配备遥测、遥控、遥信等装置，进行远程控制。

当然，控制器的功能不是越多越好，否则不但提高了投资费用，还增加了系统出现故障的可能性，所以要根据实际情况合理配备必要的功能。

太阳能光伏发电系统的硬件设计-站区布置

根据现场条件，确定光伏方阵的安装位置，要求布局合理、整体美观、连接方便，方阵面上尽量不要有建筑物或树木遮荫，所以在现场总体布置设计时，需要确定前、后排子方阵之间的较小距离，首先应当知道遮挡物阴影的长度。

1.  遮挡物阴影的长度

在安装方阵时，如果方阵前面有树木或建筑物等遮挡物，其阴影会挡住方阵的阳光，所以必须首先计算遮挡物阴影的长度，从而确定前、后排方阵之间的较小距离。

对于遮挡物阴影的长度，一般确定的原则是：冬至日当天上午9点至下午3点之间，后排的光伏方阵不被遮挡。

如遮挡物高度为H，其阴影的长度为d，当地纬度为φ，由几何关系可知：

d=H(0.707tanφ+0.4338)/(0.707-0.4338tanφ)

2.  两排方阵之间的较小距离

只要知道当地的纬度，并且方阵高度和倾角确定，即可计算出两排方阵之间的较小距离。

如光伏方阵的高度为L，两排方阵之间的距离为D，方阵倾角为β，由几何关系可知：

D=Lcosβ+Lsinβ(0.707tanφ+0.4338)/(0.707-0.4338tanφ)

3.  光伏方阵布置

明确前、后排方阵之间的较小距离后，即可根据现场的实际大小、所采用的光伏组件的尺寸，按照方阵的合适倾角，同时还要考虑光伏组件串、并联的线路连接等因素，反复进行排列比较，直至得出合理的布局。

4.  方阵支架设计

方阵布置确定后，即可根据选定组件的尺寸、串并联数目和方阵倾角等条件，设计方阵支架及基座等支撑结构。

混合太阳能光伏发电系统

通常在离网情况下，将一种或几种发电方式同时引入光伏系统中，联合向负载供电的系统称为混合光伏系统。

1.  光伏/柴油机混合发电系统

由于目前光伏系统的价格较高，如果完全用光伏发电来满足较大负载用电的需求，离网光伏系统必须在冬天很差的天气条件下也能支持负载运行，这就要配备容量相当大的太阳电池方阵和蓄电池。然而在夏天太阳辐射量大时，多余的电力只能浪费掉。为了解决这个矛盾，可以配置柴油发电机作为备用电源，平时由光伏系统供电，冬天太阳辐射量不足时启动柴油发电机供电，这样往往可以节省投资。当然这需要具备一定条件，如当地的冬天与夏天太阳辐照量相差很大，能够配备柴油机等设备，而且可以保证柴油的可靠供应，还要有操作和维护柴油发电机的技术人员等。

2.  风力/光伏混合发电系统

风能和太阳能都具有能量密度低，稳定性差的弱点，并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响。然而，太阳能与风能在时间上和地域上都有一定的互补性，白天太阳光较强时，风较小；黄昏太阳下山后，光照很弱，由于地表温差变化大而风力加强。夏季，太阳辐照强度大而风小；冬季，太阳辐照强度弱而风大。太阳能发电平稳可靠，但目前成本较高，而风力发电成本较低，但随机性大，供电可靠性差。如将两者结合起来，就能够取长补短，达到既能实现昼夜供电，又能降低成本的目的。当然由于光伏和风力发电各有其特点，在系统设计时要充分掌握气象资料，进行仔细的优化设计，才能取得良好的使用效果。这类系统也常用来为路灯供电。