光伏系統(tǒng)的分類與介紹

光伏系統(tǒng)定義：光伏系統(tǒng)是利用太陽電池組件和其他輔助設(shè)備將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。

太陽能光伏系統(tǒng)的分類與介紹

一般我們將光伏系統(tǒng)分為獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。如果根據(jù)太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用形式，應(yīng)用規(guī)模和負(fù)載的類型，對(duì)光伏供電系統(tǒng)進(jìn)行比較細(xì)致的劃分。還可以將光伏系統(tǒng)細(xì)分為如下六種類型：小型太陽能供電系統(tǒng)(Small DC);簡單直流系統(tǒng)(Simple DC);大型太陽能供電系統(tǒng)(Large DC);交流、直流供電系統(tǒng)(AC/DC);并網(wǎng)系統(tǒng)(Utility Grid Connect);混合供電系統(tǒng)(Hybrid);并網(wǎng)混合系統(tǒng)。下面就每種系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行說明。

1.小型太陽能供電系統(tǒng)(Small DC)

該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中只有直流負(fù)載而且負(fù)載功率比較小，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便。其主要用途是一般的家庭戶用系統(tǒng)，各種民用的直流產(chǎn)品以及相關(guān)的娛樂設(shè)備。如在我國西部地區(qū)就大面積推廣使用了這種類型的光伏系統(tǒng)，負(fù)載為直流燈，用來解決無電地區(qū)的家庭照明問題。

2.簡單直流系統(tǒng)(Simple DC)

該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中的負(fù)載為直流負(fù)載而且對(duì)負(fù)載的使用時(shí)間沒有特別的要求，負(fù)載主要是在白天使用，所以系統(tǒng)中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，直接使用光伏組件給負(fù)載供電，省去了能量在蓄電池中的儲(chǔ)存和釋放過程，以及控制器中的能量損失，提高了能量利用效率。其常用于PV水泵系統(tǒng)、一些白天臨時(shí)設(shè)備用電和一些旅游設(shè)施中。下圖顯示的就是一個(gè)簡單直流的PV水泵系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在發(fā)展中國家的無純凈自來水供飲的地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益。

3 大型太陽能供電系統(tǒng)(Large DC)

與上述兩種光伏系統(tǒng)相比，這種光伏系統(tǒng)仍然是適用于直流電源系統(tǒng)，但是這種太陽能光伏系統(tǒng)通常負(fù)載功率較大，為了保證可以可靠地給負(fù)載提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，其相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)模也較大，需要配備較大的光伏組件陣列以及較大的蓄電池組，其常見的應(yīng)用形式有通信、遙測、監(jiān)測設(shè)備電源，農(nóng)村的集中供電，航標(biāo)燈塔、路燈等。我國在西部一些無電地區(qū)建設(shè)的部分鄉(xiāng)村光伏電站就是采用的這種形式，中國移動(dòng)公司和中國聯(lián)通公司在偏僻無電網(wǎng)地區(qū)建設(shè)的通訊基站也有采用這種光伏系統(tǒng)供電的。如山西萬家寨的通訊基站工程。

4 交流、直流供電系統(tǒng)(AC/DC)

與上述的三種太陽能光伏系統(tǒng)不同的是，這種光伏系統(tǒng)能夠同時(shí)為直流和交流負(fù)載提供電力，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上比上述三種系統(tǒng)多了逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以滿足交流負(fù)載的需求。通常這種系統(tǒng)的負(fù)載耗電量也比較大，從而系統(tǒng)的規(guī)模也較大。在一些同時(shí)具有交流和直流負(fù)載的通訊基站和其它一些含有交、直流負(fù)載的光伏電站中得到應(yīng)用。

5并網(wǎng)系統(tǒng)(Utility Grid Connect)

種太陽能光伏系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入市電網(wǎng)絡(luò)，并網(wǎng)系統(tǒng)中PV方陣所產(chǎn)生電力除了供給交流負(fù)載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)。在陰雨天或夜晚，光伏陣列沒有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負(fù)載需求時(shí)就由電網(wǎng)供電。因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎腚娋W(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過程，可以充分利用PV方陣所發(fā)的電力從而減小了能量的損耗，并降低了系統(tǒng)的成本。但是系統(tǒng)中需要專用的并網(wǎng)逆變器，以保證輸出的電力滿足電網(wǎng)電力對(duì)電壓，頻率等指標(biāo)的要求。因?yàn)槟孀兤餍实膯栴}，還是會(huì)有部分的能量損失。這種系統(tǒng)通常能夠并行使用市電和太陽能光伏組件陣列作為本地交流負(fù)載的電源。降低了整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載缺電率。而且并網(wǎng)PV系統(tǒng)可以對(duì)公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。但是，并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)作為一種分散式發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生一些不良的影響，如諧波污染，孤島效應(yīng)等。

6 混合供電系統(tǒng)(Hybrid)

這種太陽能光伏系統(tǒng)中除了使用太陽能光伏組件陣列之外，還使用了油機(jī)作為備用電源。使用混合供電系統(tǒng)的目的就是為了綜合利用各種發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)。比方說，上述的幾種獨(dú)立光伏系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)少，缺點(diǎn)是能量的輸出依賴于天氣，不穩(wěn)定。綜合使用柴油發(fā)電機(jī)和光伏陣列的混合供電系統(tǒng)和單一能源的獨(dú)立系統(tǒng)相比就可以提供不依賴于天氣的能源，它的優(yōu)點(diǎn)是：

1. 使用混合供電系統(tǒng)的還可以達(dá)到可再生能源的更好的利用。因?yàn)槭褂每稍偕茉吹莫?dú)立系統(tǒng)通常是按照最壞的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)榭稍偕茉词亲兓模环€(wěn)定的，所以系統(tǒng)必須按照能量產(chǎn)生最少的時(shí)期進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于系統(tǒng)是按照最差的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以在其他的時(shí)間，系統(tǒng)的容量是過大的。在太陽輻照最高峰時(shí)期產(chǎn)生的多余的能量沒法使用而浪費(fèi)了。整個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的性能就因此而降低。如果最差月份的情況和其他月份差別很大，有可能導(dǎo)致浪費(fèi)的能量等于甚至超過設(shè)計(jì)負(fù)載的需求。

2. 具有較高的系統(tǒng)實(shí)用性。在獨(dú)立系統(tǒng)中因?yàn)榭稍偕茉吹淖兓筒环€(wěn)定會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)供電不能滿足負(fù)載需求的情況，也就是存在負(fù)載缺電情況，使用混合系統(tǒng)則會(huì)大大的降低負(fù)載缺電率。

3. 和單用柴油發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)相比，具有較少的維護(hù)和使用較少的燃料。

4. 較高的燃油效率。在低負(fù)荷的情況下，柴油機(jī)的燃油利用率很低，會(huì)造成燃油的浪費(fèi)。在混合系統(tǒng)中可以進(jìn)行綜合控制使得柴油機(jī)在額定功率附近工作，從而提高燃油效率。

5. 負(fù)載匹配更佳的靈活性。使用混合系統(tǒng)之后，因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)可以即時(shí)提供較大的功率，

所以混合系統(tǒng)可以適用于范圍更加廣泛的負(fù)載系統(tǒng)，例如可以使用較大的交流負(fù)載，沖擊載荷等。還可以更好的匹配負(fù)載和系統(tǒng)的發(fā)電。只要在負(fù)載的高峰時(shí)期打開備用能源即可簡單的辦到。有時(shí)候，負(fù)載的大小決定了需要使用混合系統(tǒng)，大的負(fù)載需要很大的電流和很高的電壓。如果只是使用太陽能成本就會(huì)很高。

混合系統(tǒng)還有其自身的缺點(diǎn)：

1. 控制比較復(fù)雜。因?yàn)槭褂昧硕喾N能源，所以系統(tǒng)需要監(jiān)控每種能源的工作情況，處 理各個(gè)子能源系統(tǒng)之間的相互影響、協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，這樣就導(dǎo)致其控制系統(tǒng)比獨(dú)立系統(tǒng)復(fù)雜，現(xiàn)在多使用微處理芯片進(jìn)行系統(tǒng)管理。

2. 初期工程較大?；旌舷到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝，施工工程都比獨(dú)立工程要大。

3. 比獨(dú)立系統(tǒng)需要更多的維護(hù)。油機(jī)的使用需要很多的維護(hù)工作，比如更換機(jī)油濾清器，燃油濾清器，火花塞等，還需要給燃油箱添加燃油等。

4. 污染和噪音。光伏系統(tǒng)是無噪音，無排放的潔凈能源利用，但是因?yàn)榛旌舷到y(tǒng)中使用了柴油機(jī)，這樣就不可避免的產(chǎn)生噪音和污染。

很多在偏遠(yuǎn)無電地區(qū)的通信電源和民航導(dǎo)航設(shè)備電源，因?yàn)閷?duì)電源的要求很高，都是采用的混合系統(tǒng)供電，以求達(dá)到最好的性價(jià)比。我國新疆、云南建設(shè)的很多鄉(xiāng)村光伏電站就是采用光/柴混合系統(tǒng)。

7 并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)(Hybrid)

隨著太陽能光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以綜合利用太陽能光伏組件陣列，市電和備用油機(jī)的并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常是控制器和逆變器集成一體化，使用電腦芯片全面控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，綜合利用各種能源達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，并還可以使用蓄電池進(jìn)一步提高系統(tǒng)的負(fù)載供電保障率，例如AES的SMD逆變器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以為本地負(fù)載提供合格的電源，并可以作為一個(gè)在線的UPS(不間斷電源)工作。還可以向電網(wǎng)供電或者從電網(wǎng)獲得電力。系統(tǒng)的工作方式通常的是將市電和太陽能電源并行工作，對(duì)于本地負(fù)載而言，如果光伏組件產(chǎn)生的電能足夠負(fù)載使用，它將直接使用光伏組件產(chǎn)生的電能供給負(fù)載的需求。如果光伏組件產(chǎn)生的電能超過即時(shí)負(fù)載的需求還能將多余的電能返回到電網(wǎng);如果光伏組件產(chǎn)生的電能不夠用，則將自動(dòng)啟用市電，使用市電供給本地負(fù)載的需求，而且，當(dāng)本地負(fù)載的功率消耗小于SMD逆變器的額定市電容量的60%時(shí)，市電就會(huì)自動(dòng)給蓄電池充電，保證蓄電池長期處于浮充狀態(tài);如果市電產(chǎn)生故障，即市電停電或者是市電的品質(zhì)不合格，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的斷開市電，轉(zhuǎn)成獨(dú)立工作模式，由蓄電池和逆變器提供負(fù)載所需的交流電能。一旦市電恢復(fù)正常，即電壓和頻率都恢復(fù)到上述的正常狀態(tài)以內(nèi)，系統(tǒng)就會(huì)斷開蓄電池，改為并網(wǎng)模式工作，由市電供電。有的并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)中還可以將系統(tǒng)監(jiān)控、控制和數(shù)據(jù)采集功能集成在控制芯片中。這種系統(tǒng)的核心器件是控制器和逆變器。