什么是并网太阳能光伏发电系统

太阳能光伏发电并网原理

太阳能光伏发电并网原理，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。下面看看太阳能光伏发电并网原理。

光伏发电并网原理:依靠太阳能电池组件,利用半导体材料的电子学特性,当太阳光照射在半导体PN结上,产生了较强的内建静电场,在内建静电场的作用下,将光能转化成电能。

其工作原理是：太阳电池组件产生的直流电经并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之后，直接进入公共电网，光伏电池方阵所产生的电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电能或者电能不能满足负载需求时，就由电网供电。

由于太阳能发电直接供入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，减少了能量的损耗，并降低了系统的成本。但是，系统需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网对电压、频率等指标的要求。因为逆变器效率的问题，会有部分能量损失。

光伏发电的基本原理

独立光伏发电系统由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器组件、控制器和负载（直流负载和交流负载）组成。因为太阳能电池产生的电能为直流，但是由于光照强度实时变化，太阳能电池输出的电压也不稳定，这时也需要蓄电池来起到一个滤波的作用，将太阳能电池产生的电压稳定在蓄电池的电压值上，

在另外一种意义上，用蓄电池也有储能的作用，可以将过剩的电能储存起来供在光照强度较低的时候使用。如果是直流负载就可以直接接在蓄电池上工作，如果是交流负载，那么需要经过逆变器的DC-AC 变换，将直流电变成交流电，供给交流负载。

并网光伏发电的基本原理

独立光伏发电系统由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器组件、控制器和负载组成。因为需要将光伏发出来的电回馈给电网，这就需要将直流电转换为电网要求的220V、50HZ 的交流电，并且在相同相位的情况下并网，像电网供电。

无论是独立光伏发电系统还是并网光伏发电系统，逆变系统对于交流负载和并网发电都是必不可少的，接下来我们主要就光伏分布发电中的逆变系统的相关设计进行研究。

光伏发电逆变系统的组成

光伏发电系统主要由太阳能电池、主回路、控制电路和负载组成。主回路主要包括DC/DC 电路、DC/AC 电路、滤波器组件。下面主要对于主回路部分的设计做介绍，其中包括主回路的拓扑结构进行分析，介绍一下全桥逆变电路的工作原理以及逆变器模块的选型，以及相关保护的设计。

光伏发电逆变系统的拓扑结构

通常单相电压型逆变器主要分为推挽式、半桥和全桥逆变电路三种。这三种方式根据其不同的特点应用于不同的场合。

推挽式逆变电路的电路结构比较简单，如图3-1 所示。其上电路只需要两个晶闸管，基极驱动电路不需要隔离，驱动电路比较简单，但是晶闸管需要承受2 倍的线路峰值电压，所以适合于低输入电压的场合应用。

同时变压器存在偏磁现象，初级绕组有中心抽头，流过的电流有效值和铜耗较大，初级绕阻两部分应紧密藕合，绕制工艺复杂。因为推挽式逆变电路对于晶闸管的耐压要求比较高，不适合作为光伏发电的.逆变系统主回路。

相比于推挽式逆变电路，单相半桥式逆变电路中所使用的晶闸管的耐压要求就相对较低，不会有线电压峰值2 倍这么多，绝对不会超过线电压峰值。其逆变出来的波形也相对推挽式比较接近于正弦波，所以滤波的要求也相对较低。由于晶闸管的饱和压降减小到了最小，所以不是最重要的影响因素之一。

但是由于半桥式逆变电路的结构决定其集电极电流在晶闸管导通时会增加一倍，使得在晶闸管选型的过程中，要考虑大电流、承受高压的情况，就难免会因为其价格昂贵，所以不适合作为光伏发电的逆变系统主回路。

太阳能发电主要分为两种，一种是并网型发电，一种是独立光伏系统。二者的区别主要在于一个需要并网，可以不适用蓄电池，一个是自给自足，需要蓄电池，其他基本一致。

基本组成如下： 光伏阵列将太阳能转变成直流电能，经逆变器的直流和交流逆变后，根据光伏电站接入电网技术规定光伏电站容量确定光伏电站接入电网的电压等级，由变压器升压后，接入中压或高压电网。

原理如下： 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

目前市面上太阳能光伏发电站的“并网模式”通常有三种：自发自用余电上网模式、全额上网模式、全部自用模式。

首先，在这三种并网模式中选择其中一种，那么就需要根据自身的实际情况来进行选择了：比如说像普通家庭住户，大多数的人都选择自发自用余电上网的模式，这也是现在分布式光伏发电站中所用比例占最高的一种选择方式。

这种模式的好处，是光伏电站发出来的电优先给自己家里面供电使用，然后用不掉多余的电直接自动并入到电网里面，这样的话就避免了浪费，还能赚钱。这种模式是比较适合普通家庭用户选择的，也是非常经济实惠，因为不用额外花钱买电池来储存电量。

除了家庭用电以外，比如说工业用电、厂房屋顶、工商业楼房屋顶这些地方就是商业用电，也是比较适合自发自用余电上网模式的。

为什么这么说呢？因为商业用电的费用比民用电费更高，如果工商业以及厂房屋顶安装光伏电站的话，那么经济效益会大大地增高，回本时间也会更短，这种选择方式是非常有利的，用不掉的电直接并网到电网上面。

太阳能光伏发电系统大体上可以分为两类，一类是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂；另一类是独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路。

并网发电系统通过光伏数组将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。

而独立式发电系统光伏数组首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。

有逆流并网光伏发电系统：当太阳能光伏系统发出的电能充裕时，可将剩余电能馈入公共电网，向电网供电（卖电）；当太阳能光伏系统提供的电力不足时，由电能向负载供电（买电）。由于向电网供电时与电网供电的方向相反，所以称为有逆流光伏发电系统。无逆流并网光伏发电系统，无逆流并网光伏发电系统：太阳能光伏发电系统即使发电充裕也不向公共电网供电，但当太阳能光伏系统供电不足时，则由公共电网向负载供电。切换型并网光伏发电系统，所谓切换型并网光伏发电系统，实际上是具有自动运行双向切换的功能。一是当光伏发电系统因多云、阴雨天及自身故障等导致发电量不足时，切换器能自动切换到电网供电一侧，由电网向负载供电；二是当电网因为某种原因实然停电时，光伏系统可以自动切换使电网与光伏系统分离，成为独立光伏发电系统工作状态。有些切换型光伏发电系统，还可以在需要时断开为一般负载的供电，接通对应急负载的供电。一般切换型并网发电系统都带有储能装置。有储能装置的并网光伏发电系统，有储能装置的并网光伏发电系统：就是在上述几类光伏发电系统中根据需要配置储能装置。带有储能装置的光伏系统主动性较强，当电网出现停电、限电及故障时，可独立运行，正常向负载供电。因此带有储能装置的并网光伏发电系统可以作为紧急通信电源、医疗设备、加油站、避难场所指示及照明等重要或应急负载的供电系统。

太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一，其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。 组件设计：按国际电工委员会IEC：1215：1993标准要求进行设计，采用36片或72片多晶硅太阳能电池进行串联以形成12V和24V各种类型的组件。该组件可用于各种户用光伏系统、独立光伏电站和并网光伏电站等。

原材料特点：电池片：采用高效率（16.5%以上）的单晶硅太阳能片封装，保证太阳能电池板发电功率充足。 玻璃： 采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃)， 厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上，对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。EVA：采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78mm的优质EVA膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、TPT之间的连接剂。具有较高的透光率和抗老化能力。TPT：太阳电池的背面覆盖物—氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。边框：所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。 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。

光伏并网发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。光伏并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电也有分散式小型并网发电系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，是并网发电的主流。

太阳能电池发电系统是利用光生伏打效应原理制成的，它是将太阳辐射能量直接转换成电能的发电系统。它主要由太阳能电池方阵和逆变器两部分组成。如下图所示:白天有日照时，太阳能电池方阵发出的电经过并网逆变器将电能直接输送到交流电网上，或将太阳能所发出的电经过并网逆变器直接为交流负载供电。

太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件，利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体PN结上，由于P-N结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开势垒区，结果使P区电势升高，N区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。

利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。所发电能馈入电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池，比独立太阳能光伏系统的建设投资可减少达35%一45%，从而使发电成本大为降低。省掉蓄电池避免了蓄电池的二次污染，并可提高系统的平均无故障时间。