光伏发电所需的详细设备及其原理

1、设备成本。目前光伏系统的合理建设成本一般在每瓦8-10块钱左右。光伏组件大约占总投资的49%，逆变器及其它电气设备大约占10%，电缆和支架各占大约10%，这几个分项所占比例较高。

2、装机容量。主要看两点：每月用电量与可安装面积。根据当前实际的用电量情况来判断需要安装多少千瓦的光伏电站，这样比较经济。

也可以建设稍大功率的电站，这样用不完的电可以并网卖给国家。计算方法：每千瓦光伏发电系统每天可以约发四度电，需要10平方安装面积。只要光伏电站的发电量大于家里的用电量，那么就可以带动家里所有的电器。比如家里每个月要用360度电，屋顶可安装面积50平方。根据计算方法，家里可以装3KW光伏发电系统就可以满足每月的所有用电，安装面积30平方。如果想将家里的屋顶全部利用起来，那么最多可装5KW光伏发电系统，既可以满足家里的用电，还可以有多余的电上传到国家电网，卖电赚钱。

3、太阳能发电站收益。家用太阳能光伏电站的收益包括三部分：1、补贴赚钱：国家补贴0.42元/度+省级补贴+市县补贴(各地略有不同)，不论是自己用了还是卖了，只要发的电都有补贴。2、节省电费：发电自己用，不用交电费，等于赚钱了。3、卖电赚钱：用不完的电卖给国家，卖电价格按照当地燃煤脱硫机组标杆电价执行，各地电价略有不同。

家用光伏电站接入电网的模式有两种可选择：1) 自发自用，余电上网(优先自己用，多余卖给国家)2) 全额上网(所发电量全部卖给国家)现在大多数家庭会选择全额上网的模式，因为以目前的补贴标准，全额上网的卖电收入综合下来高于自发自用余电上网模式。但随着补贴和电价标准不断下调，未来自发自用余电上网模式将更加合算。

户用光伏就是国家提倡的一种很好的投资途径。

户用光伏就是自家屋顶的“光伏电站”被视作“屋顶银行”，在激发民间资本力量的同时，可以在25年内持续为老百姓提供收益。如何安心、省心地享用光伏发电的收益，是老百姓最关心的问题。

而且对于已开工未并网的户用自然人分布式光伏项目，考虑到户用光伏从申请并网到实际并网一般需2—3周，明确给予户用光伏一个月的缓冲期，最大程度将通知发布前已开工的户用自然人分布式光伏项目纳入国家认可的规模范围之内。

扩展资料：

户用光伏发电就是安装在家庭屋顶上的一座小型太阳能发电装置。阳光来源于太阳，其能源在未来相当长的一段时间都取之不竭。光伏电站的能源全部来自于太阳，生产电力的过程十分绿色环保。

而且会根据屋顶的形状及其性质采用不同的安装模式，灵活的定制安装方式和大小规模，不像其他的光伏电站，要么建立在水面上，要么建立在农田等土地上，是比较浪费土地资源的。而屋顶式光伏电站建立在屋顶上，不占用丝毫的有效利用土地。

参考资料来源：人民网-户用光伏“原装时代”来临

人民网-部分户用自然人光伏发电补贴标准不变

1、发电系统组成部分

（1）PV板

PV板（太阳能板、太阳能电池板、太阳能光伏组件），吸收光能并把光能转化为电能，PV板常用材料有单晶硅、多晶硅和非晶硅三种，其中单晶硅转换效率为14~20%，多晶蛙转换效率为13%左右，非晶蛙则为8~10%。

（2）储电设备

目前离网型发电系统的储电设备以免维护电池为主，电池能把PV板产生的电能储备起来

（3）充电和输出控制控制器

控制器的作用是控制整个系统稳定安全地工作。

（4）其它机械设备

2、发电系统主要成本构成及影响因素

（1）PV板

目前太阳能行业全面铺开，主要原因之一就是PV板价格过高，影响整套系统PV板价格，除了从PV板单价上控制之外，最重要就是控制PV板的使用数量，其影响因素有以下几点：

A、发电功率：从一定意义上说，要求发电功率越大，PV板使用量越多，成本越高，适当控制发电功率即可适当控制成本。

B、PV板所在地的天气情况：很明显，在同一个地区，同一块PV板，它在晴天一天所产生的电能远远比阴天要多，这一点就可以说明不同的地区对PV板的使用量有所不同。

C、PV板所在地的纬度，同一天内太阳对不同的纬度照射是不同的，这就造成同一块PV板在同一天内在不同纬度上产生的电量不同。

D、PV板使用环境 举个例子，PV板使用在山顶上，一天下来，都没有任何遮挡物遮挡照射在PV板上的阳光，发电能力肯定好，如果PV板使用在山脚，那一天下来，或多或少会有遮挡物遮挡照射在PV板上的阳光，所以PV板使用的周围环境是否有阳光遮挡物存在，在一定程度上影响PV板的发电能力。

（2）储能设备

一个发电系统一天要给用户供多少电能，这就决定了储能设备的容量问题，发电系统每天供给用户用电量越多，储能设备的容量要求越大，成本越高。

用户平均每天用电量大小，用户每天用电量越大，储能设备价格越高。

3、技术特长

匹配器

匹配器有效地提高整个发电系统的储电能力，为整个系统的关键环节起着重要支撑作用，有效地提高整个系统的稳定性和高效性，为整套系统节省PV板成本，降低系统造价。匹配器具有知识产权保护。

PV板吸收阳光技术

PV板能有效吸收阳光，更大程度地发挥PV板发电能力，大大提高日发电量，降低PV板成本。

4、客户需提供资料

A类、（1）系统输出最大功率；

（2）用户一天用电量，用电设备功率及各用电设备的使用时长；

（3）用户当地天气气候情况（国家、地区）。

B类、（1）用户所有用电设备及各用电设备使用时长；

（2）用户当地天气气候情况。

说明：系统一般设计为充足阳光下一天的发电，不考虑阴雨天发电，所以系统将只能承受一天的用电设备使用，客户有其它要求另外考虑。

2你需要由你当地日照水平，对光伏功率进行修正。并留有足够余量。

3如果光伏发电的时间与电器用电时间不一致，你需要足够的电瓶存储需要的电量。

一、控制器的配置算法控制器的电压跟逆变器电压要相同，跟太阳能板连接后的输出电压等级相同，然后就算电流；

电流的大小根据太阳能发电板的功率决定的，比如四个200W的太阳能板，不管怎么样接法，总功率是800W,假设连接后输出电压等级为24V,那电流就是800/24=33A,也就是要大于33A的充放电控制器，我们就可以选择24V/40A的充放电控制器；

强调：控制器的大小是由太阳能发电板决定的；也就是充放电控制器的功率(电压*电流)要大于或等于所有发电板的总功率；

二、逆变器的算法逆变器的大小是由负载决定的，也就是由后面所带的设备来决定的，但设备分为感性负载和阻性负载，感性负载是指电机，风机，水泵，空调等开机会动的设备，这些设备开机时会有4到7倍的冲击电流(变频启动的除外，变频启动的无影响),算这些设备时，至少要按4倍的功率来计算；阻性负载是指那些开启时没有或很小的冲击电流的，如电灯，电脑，显示器等；这些设备就按原功率计算就可以了；

逆变器的选择要至少比后端所带的设备放大后的最大功率还要大；比如带一个1KW的水泵和一台1KW的电脑，那水泵会有4倍以上的冲击，电脑不会，那就要最大功率有4+1=5KW,所以逆变器至少要6KW以上的；

三、电池的算法

电池的选择也是取决于后面带的设备功率大小和需要电池供电时间的长短；

功率是后面带的所有设备的功率总和，但不要计冲击，因为开机冲击只是很短的时间，对电池影响不大；

公式为：(总功率/直流电压)*时间=单节电池的容量；电池节数=直流电压/单节电池电压；

举例子：负载有一台1KW电机，一台1KW电脑，要应急供电2小时，那总功率就是2000W,如果直流电压是24V,单节电池电压是12V

电池容量=(2000/24)*2=166,也就是要用180AH/12V的电池了；电池节数=24V/12V=2节；所以这个案子就要用180AH/12V的电池2节；

四、太阳能电池板的配置：

方案一：太阳能电池板只是给电池充电，这个就决定于电池的容量和电压了；

(举例子一：用的是100AH/12V的电池一节；按一天5个小时的足太阳计算，就必须要20A的充电电流，20A*12V=240W也就是太阳能板必须要大于或等于12V/240W的太阳能电池板；)

方案二：用户希望在太阳能足够时，能直接太阳能电池板直接经过逆变器输出，那就必须太阳能电池板的功率大于等于负载功率；直流电压等级范围跟逆变器输入的直流电压等级相各个地方

光伏发电指通过光伏发电系统将太阳能转化为电能的过程。

通常系统主要由太阳光伏组件、汇流箱、逆变器、变压器及配电设备构成，同时再加上监控系统、有功无功控制系统、功率预测系统、五防系统及无功补偿装置等辅助系统组成一套完整的光伏发电系统。

太阳能电池是完成太阳能到电能转换的载体，光生伏特效应是光伏发电的基本原理。

早在1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）发现光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，光伏发电技术由此诞生。

离网型光伏发电系统组成：

典型的光伏发电系统主要由光伏阵列、充放电控制器、储能装备或逆变器、负载等组成。其构成如图所示。

光照射到光伏阵列上，光能转变成电能，光伏阵列的输出电流由于受环境影响，因此是不稳定的，需要经过DC-DC转换器将其转变成稳定的电流后，才能加载到蓄电池上，对蓄电池充电，蓄电池再对负载供电。如果是并网售电，则不需要蓄电池，而是通过并网逆变器，将直流电流转换成交流电流，并到电网上进行出售。也就是说，离网型光伏发电系统必须使用到蓄电池储能，而并网型则不一定需要。

控制系统对光伏阵列的输出电压和电流进行实时采样，判断光伏发电系统是否工作在最大功率点上，然后根据跟踪算法，改变PWM信号的占空比，进而控制光伏阵列的输出电压使其工作点向最大功率点逼近。在蓄电池过充过放控制模块中，当蓄电池电压充电或放电到一定的设定值后，就会自动关闭或打开。

光伏阵列组件

光伏发电系统利用以光电效应原理制成的光伏阵列组件将太阳能直接转换为电能。光伏电池单体是用于光电转换的最小单元，一个单体产生的电压大约为0.45V，工作电流约为20~25mA/cm2，将光伏电池单体进行串、并联封装后，就成了光伏电池阵列组件。

当受到光线照射的太阳能电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端建立起端电压，这时太阳能电池的工作情况可以用下图所示的太阳能电池负载特性曲线来表示。它表明在确定的日照强度和温度下，光伏电池的输出电压和输出电流以及输出功率之间的关系，简称I-V特性和P-V特性。从图中可以看出，光伏发电系统的特性曲线具有强烈的非线性，既非恒压源也非恒流源。从其P-V特性曲线可以看出，在日照强度一定的前提下，其输出功率近似于一个开口向下的抛物线。该抛物线顶点对应的功率即为该日照强度下的P-V曲线的最大功率点，对应的电压称为最大功率点电压。为了提高光伏发电系统的转化效率，就必须使系统保持运行在P-V曲线最大功率点附近。

光伏电池阵列的几个重要技术参数：

1）短路电流（Isc）：在给定日照强度和温度下的最大输出电流。

2）开路电压（Voc）：在给定日照强度和温度下的最大输出电压。

3）最大功率点电流（Im）：在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电流。

4）最大功率点电压（Um）：在给定日照和温度下相应于最大功率点的电压。

5）最大功率点功率（Pm）：在给定日照和温度下太阳能电池阵列可能输出的最大功率。

DC-DC转换器

光伏电池板发出的电能是随着天气、温度、负载等变化而不断变化的直流电能，其发出的电能的质量和性能很差，很难直接供给负载使用。需要使用电力电子器件构成的转换器，也就是DC-DC转换器，将该电能进行适当的控制和变换，变成适合负载使用的电能供给负载或者电网。电力电子转换器的基本作用是把一个固定的电能转换成另一种形式的电能进行输出，从而满足不同负载的要求。它是光伏发电系统的关键组成成分，一般具备有几种功能：最大功率点追踪、蓄电池充电、PID自动控制、直流电的升压或降压以及逆变。

DC-DC转换器输出电压和输入电压的关系通过控制开关的通断时间来实现的，这个控制信号可以由PWM信号来完成。主要工作原理是保持通断周期（T）不变，调节开关的导通持续时间来控制电压。D为PWM信号的占空比。

根据输入和输出的不同形式，可将电力电子转换器分为四类，即AC-DC转换器、DC-AC转换器、DC-DC转换器和AC-AC转换器。在离网型光伏发电系统中采用的是DC-DC转换器。

DC-DC转换器，其工作原理是通过调节控制开关，将一种持续的直流电压转换成另一种（固定或可调）的直流电压，其中二极管起续流的作用，LC电路用来滤波。DC-DC转换电路可以分为很多种，从工作方式的角度来看，可以分为：升压式、降压式、升降压式和库克式等。

降压式转换器（BuckConverter）是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流转换器；升降压式变换器（Buck-BoostConverter）转换电路的主要架构由PWM控制器与一个变压器或两个独立电感组合而成，可产生稳定的输出电压。当输入电压高于目标电压时，转换电路进行降压；当输入电压下降至低于目标电压时，系统可以调整工作周期，使转换电路进行升压动作；而升压式转换器（BoostConverter）是输出电压高于输入电压的单管不隔离直流转换器，所用的电力电子器件及元件和Buck转换器相同，两者的区别仅仅是电路拓扑结构不同。

蓄电池

在独立运行的光伏发电系统中，储能装置是必不可少的。现在可选的储能方法有很多，如电容器储能、飞轮储能、超导储能等，但是从方便、可靠、价格等综合因素来考虑，大多数大中型的光伏发电系统都使用了免维护式的铅酸蓄电池作为系统的储能装置。

但选用铅酸蓄电池也有不足之处，它比较昂贵，初期投资能够占到整个发电系统的1/4到1/2，而蓄电池又是整个系统中较薄弱的环节，因此如果管理不当，会使蓄电池提前失效，增加整个系统的运营成本。

光伏控制模块

光伏控制模块以单片机为控制中心，为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效地为蓄电池充电。并在它充电过程中减少蓄电池的损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命，同时保护蓄电池免受过充电和过放电的危害。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电（由于受天气等外界因素的影响，太阳电池阵列发出的直流电的电压和电流不是很稳定），同时也通过控制传感器电路（光控、声控等）来实现全自动开关灯功能。

单片机的主要工作是将电流采集电路和电压采集电路采集到的电流、电压进行运算比较，然后通过MPPT算法来调节PWM的占空比D，使光伏阵列组件工作在最大功率点处。

离网型逆变器

住宅用的离网型光伏发电系统因为部分负载是交流负载，因此还需要离网型逆变器，把光伏组件发出的直流电变成交流电给交流负载使用。光伏离网型逆变器与光伏并网型逆变器在主电路结构上没有较大区别，主要区别在光伏并网型逆变器需要考虑并网后与电网的运行安全。也就是同频同相抗孤岛等控制特殊情况的能力。而光伏离网型逆变器就不需要考虑这些因数。

为了提高离网型光伏发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，逆变器的性能指标非常重要。

离网型光伏发电系统的应用：

离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。