太陽能光伏發電系統

太陽能光伏發電系統

太陽能光伏發電系統,光伏發電是根據光生伏打效應原理,利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是並網發電,太陽能光伏發電系統主要由太陽電池板(組件)、控製器逆變器三大部分組成。

  • 中文名稱
    太陽能光伏發電系統
  • 外文名稱
    Solar photovoltaic power generation system
  • 根據
    光生伏打效應原理
  • 原理
    太陽電池將太陽光能直接轉化為電能

系統簡介

太陽能發電是利用電池組件將太陽能直接轉變為電能的裝置。太陽能電池組件(Solar cells)是利用半導體材料的電子學特徵實現P-V轉換的固體裝置,在廣大的無電力網地區,該裝置可以方便地實現為使用者照明及生活供電,一些發達國家還可與區域電網並網實現互補。而國內主要研究生產適用于無電地區家庭照明用的小型太陽能發電系統。

太陽能光伏發電圖太陽能光伏發電圖

發電原理

太陽能電池與蓄電池組成系統的電源單元,因此蓄電池性能直接影響著系統工作特徵。

(1)電池單元:由于技術和材料原因,單一電池的發電量是十分有限的,實用中的太陽能電池是單一電池經串、並聯組成的電池系統,稱為電池組件(陣列)。單一電池是一隻矽晶體二極體,根據半導體材料的電子學特徵,當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質半導體材料構成的P-N結上時,在一定的條件下,太陽能輻射被半導體材料吸收,在導帶和價帶中產生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結勢壘區存在著較強的內建靜電場,因而能在光照下形成電流密度J,短路電流Isc,開路電壓Uoc。 若在內建電場的兩側面引出電極並接上負載,理論上講由P-N結、連線電路和負載形成的回路,于是就有"光生電流"流過,太陽能電池組件就實現了對負載的功率P輸出。

(2)電能儲存單元:太陽能電池產生的直流電先進入蓄電池儲存,蓄電池的特徵影響著系統的工作效率和特徵。蓄電池技術是十分成熟的,但其容量要受到末端需電量,日照時間(發電時間)的影響。因此蓄電池瓦時容量和安時容量由預定的連續無日照時間決定。

設定原理

太陽能光伏發電系統的設計需要考慮的因素:

1、 需要考慮太陽能光伏發電系統使用的地方以及該地日光輻射情況;

2、 需要考慮太陽能光伏發電系統需要承載的負載功率;

3、 系統所輸出電壓,以及考慮應該使用直流電還是交流電;

4、 系統每天需要工作的小時數;

5、 如遇到沒有日光照射的陰雨天氣,系統需連續供電多少天;

6、 考慮負載的情況,是純電阻性、電容性還是電感性,啓動電流的大小。

系統組成

光伏系統是由太陽能電池方陣,蓄電池組,充放電控製器,逆變器,交流配電櫃、自動太陽能跟蹤系統、自動太陽能組件除塵系統等設備組成。其各部分設備的作用是:

太陽能電池

在有光照(無論是太陽光,還是其它發光體產生的光照)情況下,電池吸收光能,電池兩端出現異號電荷的積累,即產生"光生電壓",這就是"光生伏特效應"。在光生伏打效應的作用下,太陽能電池的兩端產生電動勢,將光能轉換成電能,是能量轉換的器件。太陽能電池一般為矽電池,分為單晶矽太陽能電池,多晶矽太陽能電池和非晶矽太陽能電池三種。

原材料特點:

電池片:採用高效率(16.5%以上)的單晶矽太陽能片封裝,保證太陽能電池板發電功率充足。

太陽能電池圖太陽能電池圖

玻璃: 採用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃), 厚度3.2mm,在太陽電池光譜回響的波長範圍內(320-1100nm)透光率達91%以上,對于大于1200 nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻射,透光率不下降。

EVA:採用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為0.78mm的優質EVA膜層作為太陽電池的密封劑和與玻璃、TPT之間的連線劑。具有較高的透光率和抗老化能力。

TPT:太陽電池的背面覆蓋物-氟塑膠膜為白色,對陽光起反射作用,因此對組件的效率略有提高,並因其具有較高的紅外發射率,還可降低組件的工作溫度,也有利于提高組件的效率。當然,此氟塑膠膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。

框線:所採用的鋁合金框線具有高強度,抗機械沖擊能力強。也是家用太陽能發電中價值最高的部分。

蓄電池組

其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發出的電能並可隨時向負載供電。太陽能電池發電對所用蓄電池組的基本要求是:a.自放電率低;b.使用壽命長;c.深放電能力強;d.充電效率高;e.少維護或免維護;f.工作溫度範圍寬;g.價格低廉。目前我國與太陽能發電系統配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池,一般選用固定式或工業密封式免維護鉛酸蓄電池,每隻蓄電池的額定電壓為2VDC;配套200Ah以下的鉛酸蓄電池,一般選用小型密封免維護鉛酸蓄電池,每隻蓄電池的額定電壓為12VDC。

充放電控製器

是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設備。由于蓄電池的迴圈充放電次數及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素,因此能控製蓄電池組過充電或過放電的充放電控製器是必不可少的設備。

逆變器

是將直流電轉換成交流電的設備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源,而負載是交流負載時,逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式,可分為獨立運行逆變器和並網逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發電系統,為獨立負載供電。並網逆變器用于並網運行的太陽能電池發電系統。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單,造價低,但諧波分量大,一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統。正弦波逆變器成本高,但可以適用于各種負載。

逆變器保護功能:a、 過載保護;b、短路保護;c、接反保護;d、欠壓保護;e、過壓保護;f、過熱保護。

交流配電櫃

其在電站系統的主要作用是對備用逆變器的切換功能,保證系統的正常供電,同時還有對線路電能的計量。

系統分類

太陽能光伏發電系統分為獨立光伏發電系統並網光伏發電系統分散式光伏發電系統:

1、獨立光伏發電系統也叫離網光伏發電系統。主要由太陽能電池組件、控製器、蓄電池組成,若要為交流負載供電,還需要配置交流逆變器。

2、並網光伏發電系統就是太陽能組件產生的直流電經過並網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電這後直接接入公共電網。並網光伏發電系統有集中式大型並網光伏電站一般都是國家級電站,主要特點是將所發電能直接輸送到電網,由電網統一調配向使用者供電。但這種電站投資大、建設周期長、佔地面積大,發展難度較大。而分散式小型並網光伏系統,特別是光伏建築一體化發電系統,由于投資小、建設快、佔地面積小、政策支持力度大等優點,是並網光伏發電的主流。

3、分散式光伏發電系統,又稱分散式發電或分散式供能,是指在使用者現場或靠近用電現場配置較小的光伏發電供電系統,以滿足特定使用者的需求,支持現存配電網的經濟運行,或者同時滿足這兩個方面的要求。

分散式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電櫃、並網逆變器、交流配電櫃等設備,另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下,光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能,經過直流匯流箱集中送入直流配電櫃,由並網逆變器逆變成交流電供給建築自身負載,多餘或不足的電力通過聯接電網來調節。

系統優劣

優點

1、太陽能取之不盡,用之不竭,地球表面接受的太陽輻射能,能夠滿足全球能源需求的1萬倍。隻要在全球4%沙漠上安裝太陽能光伏系統,所發電力就可以滿足全球的需要。太陽能發電安全可靠,不會遭受能源危機或燃料市場不穩定的沖擊;

2、太陽能隨處可處,可就近供電,不必長距離輸送,避免了長距離輸電線路的損失;

3、太陽能不用燃料,運行成本很低;

4、太陽能發電沒有運動部件,不易用損壞,維護簡單,特別適合于無人值守情況下使用;

5、太陽能發電不會產生任何廢棄物,沒有污染、噪聲等公害,對環境無不良影響,是理想的清潔能源;

6、太陽能發電系統建設周期短,方便靈活,而且可以根據負荷的增減,任意增加或減少太陽能方陣容量,避免浪費。

缺點

1、地面套用時有間歇性和隨機性,發電量與氣候條件有關,在晚上或陰雨天就不能或很少發電;

2、能量密度較低,標準條件下,地面上接收到的太陽輻射強度為1000W/M^2。大規格使用時,需要佔用較大面積;

3、價格仍比較貴,為常規發電的3~15倍,初始投資高。

套用領域

一、使用者太陽能電源

(1)小型電源10-100W不等,用于邊遠無電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電,如照明、電視、收錄機等;(2)3-5KW家庭屋頂並網發電系統;(3)光伏水泵:解決無電地區的深水井飲用、灌溉。

二、交通領域

如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。

三、通訊/通信領域

太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統;農村載波電話光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。

四、石油、海洋、氣象領域

石油通路和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鑽井平台生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。

太陽能路燈圖太陽能路燈圖

五、家庭燈具電源

如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。

六、光伏電站

10KW-50MW獨立光伏電站、風光(柴)互補電站、各種大型停車廠充電站等。

七、太陽能建築

將太陽能發電與建築材料相結合,使得未來的大型建築實現電力自給,是未來一大發展方向。

八、其他領域包括

(1)與汽車配套:太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等;(2)太陽能製氫加燃料電池的再生發電系統;(3)海水淡化設備供電;(4)衛星、航天器、空間太陽能電站等。

相關政策

國家能源局于2013年11月18日發布《分散式光伏發電項目管理暫行辦法》

第一章 總 則

第一條 為規範分散式光伏發電項目建設管理,推進分散式光伏發電套用,根據《中華人民共和國可再生能源法》、《中華人民共和國電力法》、《中華人民共和國行政許可法》,以及《國務院關于促進光伏產業健康發展的若幹意見》,製定本辦法。

第二條 分散式光伏發電是指在使用者所在場地或附近建設運行,以使用者側自發自用為主、多餘電量上網且在配電網系統平衡調節為特征的光伏發電設施。

第三條 鼓勵各類電力使用者、投資企業、專業化契約能源服務公司、個人等作為項目單位,投資建設和經營分散式光伏發電項目。

第四條 國務院能源主管部門負責全國分散式光伏發電規劃指導和監督管理;地方能源主管部門在國務院能源主管部門指導下,負責在地區分散式光伏發電規劃、建設的監督管理;國家能源局派出機構負責對在地區分散式光伏發電規劃和政策執行、並網運行、市場公平及運行安全進行監管。

第五條 分散式光伏發電實行"自發自用、餘電上網、就近消納、電網調節"的運營模式。電網企業採用先進技術最佳化電網運行管理,為分散式光伏發電運行提供系統支撐,保障電力使用者安全用電。鼓勵項目投資經營主體與同一供電區內的電力使用者在電網企業配合下以多種方式實現分散式光伏發電就近消納。

第二章 規模管理

第六條 國務院能源主管部門依據全國太陽能發電相關規劃、各地區分散式光伏發電發展需求和建設條件,對需要國家資金補貼的項目實行總量平衡和年度指導規模管理。不需要國家資金補貼的項目不納入年度指導規模管理範圍。

第七條 省級能源主管部門根據在地區分散式光伏發電發展情況,提出下一年度需要國家資金補貼的項目規模申請。國務院能源主管部門結合各地項目資源、實際套用以及可再生能源電價附加征收情況,統籌協調平衡後,下達各地區年度指導規模,在年度中期可視各地區實施情況進行微調。

第八條 國務院能源主管部門下達的分散式光伏發電年度指導規模,在該年度內未使用的規模指標自動失效。當年規模指標與實際需求差距較大的,地方能源主管部門可適時提出調整申請。

第九條 鼓勵各級地方政府通過市場競爭方式降低分散式光伏發電的補貼標準。優先支持申請低于國家補貼標準的分散式光伏發電項目建設。

第三章 項目備案

第十條 省級及以下能源主管部門依據國務院投資項目管理規定和國務院能源主管部門下達的在地區分散式光伏發電的年度指導規模指標,對分散式光伏發電項目實行備案管理。具體備案辦法由省級人民政府製定。

第十一條 項目備案工作應根據分散式光伏發電項目特點盡可能簡化程式,免除發電業務許可、規劃選址、土地預審、水土保持、環境影響評價、節能評估及社會風險評估等支持性檔案。

第十二條 對個人利用自有住宅及在住宅區域內建設的分散式光伏發電項目,由當地電網企業直接登記並集中向當地能源主管部門備案。不需要國家資金補貼的項目由省級能源主管部門自行管理。

第十三條 各級管理部門和項目單位不得自行變更項目備案檔案的主要事項,包括投資主體、建設地點、項目規模、運營模式等。確需變更時,由備案部門按程式辦理。

第十四條 在年度指導規模指標範圍內的分散式光伏發電項目,自備案之日起兩年內未建成投產的,在年度指導規模中取消,並同時取消享受國家資金補貼的資格。

第十五條 鼓勵地市級或縣級政府結合當地實際,建立與電網接入申請、並網調試和驗收、電費結算和補貼發放等相結合的分散式光伏發電項目備案、竣工驗收等一站式服務體系,簡化辦理流程,提高管理效率。

第四章 建設條件

第十六條 分散式光伏發電項目所依托的建築物及設施應具有合法性,項目單位與項目所依托的建築物、場地及設施所有人非同一主體時,項目單位應與所有人簽訂建築物、場地及設施的使用或租用協定,視經營方式與電力使用者簽訂契約能源服務協定。

第十七條 分散式光伏發電項目的設計和安裝應符合有關管理規定、設備標準、建築工程規範和安全規範等要求。承擔項目設計、咨詢、安裝和監理的單位,應具有國家規定的相應資質。

第十八條 分散式光伏發電項目採用的光伏電池組件、逆變器等設備應通過符合國家規定的識別認可機構的檢測識別,符合相關接入電網的技術要求。

第五章 電網接入和運行

第十九條 電網企業收到項目單位並網接入申請後,應在20個工作日內出具並網接入意見,對于集中多點接入的分散式光伏發電項目可延長到30個工作日。

第二十條 以35千伏及以下電壓等級接入電網的分散式光伏發電項目,由地市級或縣級電網企業按照簡化程式辦理相關並網手續,並提供並網咨詢、電能表安裝、並網調試及驗收等服務。

第二十一條 以35千伏以上電壓等級接入電網且所發電力在並網點範圍內使用的分散式光伏發電項目,電網企業應根據其接入方式、電量使用範圍,本著簡便和及時高效的原則做好並網管理,提供相關服務。

第二十二條 接入公共電網的分散式光伏發電項目,接入系統工程以及因接入引起的公共電網改造部分由電網企業投資建設。接入使用者側的分散式光伏發電項目,使用者側的配套工程由項目單位投資建設。因項目接入電網引起的公共電網改造部分由電網企業投資建設。

第二十三條 電網企業應採用先進運行控製技術,提高配電網智慧型化水準,為接納分散式光伏發電創造條件。在分散式光伏發電安裝規模較大、佔電網負荷比重較高的供電區,電網企業應根據發展需要建設分散式光伏發電並網運行監測、功率預測和最佳化運行相結合的綜合技術體系,實現分散式光伏發電高效利用和系統安全運行。

第六章 計量與結算

第二十四條 分散式光伏發電項目本體工程建成後,向電網企業提出並網調試和驗收申請。電網企業指導和配合項目單位開展並網運行調試和驗收。電網企業應根據國家有關標準製定分散式光伏發電電網接入和並網運行驗收辦法。

第二十五條 電網企業負責對分散式光伏發電項目的全部發電量、上網電量分別計量,免費提供並安裝電能計量表,不向項目單位收取系統備用容量費。電網企業在有關並網接入和運行等所有環節提供的服務均不向項目單位收取費用。

第二十六條 享受電量補貼政策的分散式光伏發電項目,由電網企業負責向項目單位按月轉付國家補貼資金,按月結算餘電上網電量電費。

第二十七條 在經濟開發區等相對獨立的供電區統一組織建設的分散式光伏發電項目,餘電上網部分可向該供電區內其他電力使用者直接售電。

第七章 產業信息監測

第二十八條 組織地市級或縣級能源主管部門按月匯總項目備案信息。省級能源主管部門按季分類匯總備案信息後報送國務院能源主管部門。

第二十九條 各省級能源主管部門負責在地區分散式光伏發電項目建設和運行信息統計,並分別于每年7月、次年1月向國務院能源主管部門報送上半年和上一年度的統計信息,同時抄送國家能源局及其派出監管機構、國家可再生能源信息中心。

第三十條 電網企業負責建設本級電網覆蓋範圍內分散式光伏發電的運行監測體系,配合本級能源主管部門向所在地的能源管理部門按季報送項目建設運行信息,包括項目建設、發電量、上網電量、電費和補貼發放與結算等信息。

第三十一條 國務院能源主管部門委托國家可再生能源信息中心開展分散式光伏發電行業信息管理,組織研究製定工程設計、安裝、驗收等環節的標準規範,統計全國分散式光伏發電項目建設運行信息,分析評價行業發展現狀和趨勢,及時提出相關政策建議。經國務院能源主管部門批準,適時發布相關產業信息。

第八章 違規責任

第三十二條 電網企業未按照規定收購分散式光伏發電項目餘電上網電量,造成項目單位損失的,應當按照《中華人民共和國可再生能源法》的規定承擔經濟賠償責任。

第九章 附 則

第三十三條 本辦法由國家能源局負責解釋,自發布之日起施行。

附表1:分散式光伏發電項目備案匯總表(略)

附表2:1兆瓦以上分散式光伏發電項目信息表(略)

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