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光伏发电原理_系统的组成_优势和劣势_使用寿命知识

摘要:通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电,简称“光电”。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。在碳达峰、碳中和背景下,光伏发电作为我国能源转型的中坚力量发展迅速。光伏发电具有可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行等特点,但也有其局限性。下面本文将进一步介绍有关光伏发电的知识内容。

光伏发电原理

在光照条件下,太阳电池组件产生一定的电动势,通过组件的串并联形成太阳能电池方阵,使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电,将由光能转换而来的电能贮存起来。

晚上,蓄电池组为逆变器提供输入电,通过逆变器的作用,将直流电转换成交流电,输送到配电柜,由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制,保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置,以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击,维护系统设备的安全使用。

太阳能光伏系统的组成

1、太阳能板

太阳能电池板是太阳能光伏系统中的核心部分,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光伏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。

2、控制器

太阳能控制器是由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成。

3、蓄电池

蓄电池的作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。

4、逆变器

太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能,需要将太阳能光伏系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC逆变器。

光伏发电系统有哪些分类

1、独立光伏发电系统

独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳电池组件、控制器、蓄电池组成,若要为交流负载供电,还需要配置交流逆变器,独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统、太阳能户用电源系统、通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。

2、并网光伏发电系统

并网光伏发电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。可以分为带蓄电池的并网光伏发电系统和不带蓄电池的并网光伏发电系统,带有蓄电池的并网光伏发电系统具有可调度性,可以根据需要并入或退出电网,还具有备用电源的功能,当电网因故停电时可紧急供电;带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑;不带蓄电池的并网光伏发电系统不具备可调度性和备用电源的功能,一般安装在较大型的系统上。

3、分布式光伏发电系统

分布式光伏发电系统又可分为集中式大型并网光伏电站和分布式光伏系统。集中式大型并网光伏电站的主要特点是能将所发电直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电。这种电站投资大、建设周期长、占地面积大。而分布式光伏系统,有投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点。

光伏发电的利与弊

优势

1、广泛性

太阳光照射地球表面,不限地域,无论陆地、海洋、高山或是平地,都可以开发利用,虽然照射时间和强度不同,但其分布广泛,不会因为地域或天气等原因无法获取。

2、无限性和可持续性

根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年。在生态污染愈加严峻的今天,太阳能资源取之不尽用之不竭,是一种真正可再生的清洁能源。

3、安装地点灵活

建筑物的屋顶开阔,拥有不受建筑物朝向影响、接受光照时间长、最大程度避免阴影干扰等优势。光伏发电不仅能够安装在住宅设施屋顶上,也能够安装在工业规模的设施中,通过太阳能发电获取电能来满足建筑物内的用电需求。在乡村振兴领域,屋顶分布式光伏技术的发展也可有效解决县域地区的用电问题。

4、绿色环保

光伏发电本身不消耗燃料,不排放包括温室气体和其他废气在内的任何物质,不污染空气,不产生噪声。

5、提高国家能源稳定性

通过光伏发电,人们可以减少对化石燃料发电的依赖,有效避免能源危机或燃料市场不稳定而造成的冲击,从而提高国家能源安全性。

6、运维成本低

光伏发电无机械传动部件,运行稳定可靠。一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电,加之自动控制技术的广泛运用,基本上可实现无人值守,维护成本低。

不足

1、能量供应不稳定

光伏发电量会受到季节变化、天气情况、昼夜交替以及太阳辐射强度的影响。长期的雨雪天、阴天甚至云层的变化都会影响光伏发电,当没有太阳的时候就不能发电或者发电量很小,会影响用电设备的正常使用。

2、占地面积广

由于太阳光照射的能量分布密度小,这导致光伏发电大规模应用时,设备占地面积相对其他发电设备较大。集中式地面光伏电站动辄占地上千亩。

3、地域依赖性强

由于地理位置不同,气候不同,各地区日照资源相差很大。部分光能资源丰富地区距离用电负荷中心较远,且当地经济欠发达,消纳能力弱,需要通过输电网远距离集中外送,导致光伏发电产生的能量不可避免地出现损耗。

4、并非所有建筑物都能安装光伏系统

有些屋顶实在太狭窄,找不到空间来建造光伏方阵。另一些则被遮挡,无法获得产生足够能量所需的阳光。虽然有像阴影优化器和追踪轴这样的技术来缓解这些问题,但也只能有限的提升一些项目收益。

5、电能储存成本高

储能电池是光储系统中最昂贵的组件。并不是所有的光伏系统都需要电池,但当在电网中断的场景下,电池就成为必须的了。同样的,需要备用电源的企事业单位,也需要这些储能电池。

6、前期投入大

安装一套光伏系统是昂贵的——至少在前期是如此。一个普通家庭每月的电费大概100~300元,如果在住宅屋顶安装20KW的光伏系统需要支出8万元左右的费用。一个生产型企业如果在车间屋顶安装500KW分布式光伏发电系统需要的费用是175万左右。

影响光伏发电效率的因素有哪些

1、太阳电池组件的效率,太阳电池的效率在不断提高,太阳能光伏电池主流的材料是硅,因此硅材料的转化率一直是制约整个产业进一步发展的重要因素。

2、太阳辐射量,在电池组件的转换效率一定的情况下,光伏发电系统的发电量是由太阳的辐射强度决定的。

3、太阳电池组件的倾斜角度,对于倾斜面上的太阳辐射总量及太阳辐射的直散分离原理。

4、组合损失,凡是串连就会由于组件的电流差异造成电流损失;凡是并连就会由于组件的电压差异造成电压损失;组合损失可以达到8%以上,中国工程建设标准化协会标准规定小于10%。

5、组件遮挡包括灰尘遮挡、积雪遮挡、杂草、树木、电池板及其他建筑物等遮挡,遮挡会降低组件接收到的辐射量,影响组件散热,从而引起组件输出功率下降,还有可能导致热斑。

6、温度特性,温度上升1℃,晶体硅太阳电池:最大输出功率下降0.04%,开路电压下降0.04%(-2mv/℃),短路电流上升0.04%。为了避免温度对发电量的影响,应该保持组件良好的通风条件。

7、线路损失,系统的直流、交流回路的线损要控制在5%以内。为此,设计上要采用导电性能好的导线,导线需要有足够的直径。施工不允许偷工减料。系统维护中要特别注意接插件以及接线端子是否牢固。

8、控制器、逆变器效率,控制器的充电、放电回路压降不得超过系统电压的5%。并网逆变器的效率目前都大于95%,但是这是有条件的。

9、例行维护检修是电站必须进行的工作,安排好检修计划可以减少损失电量。电站应结合自身情况,合理制定检修时间,同时应提升检修的工作效率,减少电站因正常维护检修而损失的发电量。

10、光伏发电系统中设备故障停机直接影响电站的发电量,如逆变器以上的交流设备若发生故障停机,那么造成的损失电量将是巨大的。另外,设备虽然在运行但是不在最佳性能状态运行,也会造成电量损失。

光伏发电站的场地怎么选

1、拟建地面积大,土地成本低,尽量能整块提供大于等于1000亩。

2、拟建地附近有生产生活设施齐全,生活用电、用水、用气方便。

3、拟建地附近用电负荷较大,利于就地消纳光伏发电

4、拟建地附近有变电站或输电线路,并有备用间隔或有条件输出光伏发电。

5、拟建地附近居民成分简单,社会治理稳定,政府办事效率较高,地上附着物不多或将来赔偿较少。

6、拟建地政府对新能源产业,特别是光伏发电产业的支持力度。

7、拟建地附近历年来无地震、水灾、风灾等较大自然灾害,地质结构稳定。

8、拟建地地势平缓,土质结构稳定。

9、拟建地附近上风口无大型冶炼、化工、火电、石化等产生大量粉尘和烟雾等污染性企业。

10、光热条件,也就是说日照量比较充足,不可以有长期的阴天,雨雪天气,阳光要炙热强烈。

光伏发电屋顶要求

1、有独立屋顶或者屋顶产权清晰

2、屋顶有足够的光照

电站一般安装在朝南屋面,这样才能更好地保证每天有足够的光照;再者,树木、电线杆、女儿墙等等外在障碍物也会影响太阳光线,安装前都需要考虑到这些因素。

3、屋顶有足够的面积

屋顶面积是比较直观的一个因素,粗略估算,3KW系统安装面积在22~35㎡左右,4KW系统在30~50㎡左右,5KW系统在45~60㎡左右。

4、屋顶有足够的承重能力

屋顶承重问题是光伏电站设计初期必须考虑到的问题。目前,我国大多数分布式光伏发电项目是在现有屋顶上建设完成的,考虑到屋面的结构、年限等不确定因素,作为项目申报的必备条件,需要针对屋顶的承载能力出具复核报告,以确保前期的施工及后期的安全运营。

光伏发电的使用寿命是多少年

光伏发电一般是20~35年的使用寿命时间,这个要看加装电站所用的材料,自由选择高质量高规格的材料建光伏电站,用于的寿命会长很多。建光伏电站要找专业人士操作者,不然有可能影响电站的发电效率和使用寿命。

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