小編為大家簡單介紹一下太陽能電池發(fā)電的原理，這一階段接下來介紹一下太陽能電網設備的工作原理和應用。
除了一些偏遠地區(qū)為彌補電網覆蓋不足而建立的小型光伏電站外，大部分光伏發(fā)電設備(包括家庭屋頂光伏發(fā)電)需要通過并網設備接入大電網。
光伏并網系統(tǒng)一般由光伏陣列、儲能系統(tǒng)、并網逆變器、控制器和集成繼電保護裝置組成。目前，在并網逆變器中出現了一種與儲能系統(tǒng)集成的新型逆變器。由于光伏發(fā)電受到光照、溫度等外部因素的影響較大，儲能系統(tǒng)將保證光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定、連續(xù)的輸出。逆變器是將光伏電池產生的能量轉化成正弦電流進入電網;控制器控制的最大功率點跟蹤的光伏電池,和逆變器的波形和功率發(fā)電電流,以便平衡傳輸到電網的光伏陣列產生的最大功率,通常與逆變器集成。繼電保護系統(tǒng)可以保證光伏系統(tǒng)和電網的安全。
從介紹可以看出,網格系統(tǒng)中,逆變器起著至關重要的作用,不僅是光伏電池方陣之間的能量轉換和交流電網系統(tǒng)的關鍵設備,而且對光伏發(fā)電最大功率點跟蹤的控制翻譯(MPPT)是一個重要的任務,它的安全性、可靠性、逆變器效率、生產成本和其他因素,電力系統(tǒng)的正常運行和發(fā)電效益的影響巨大。
光伏并網逆變器具有不同于其他逆變器的特點。
光伏發(fā)電系統(tǒng)對并網逆變器的要求
需要高效率
由于光伏電池價格昂貴，為了最大限度的利用太陽能電池，提高系統(tǒng)的效率，我們必須努力提高逆變器的效率。否則勢必會增加矩陣中光伏電池模塊的數量和矩陣所占的面積，從而大大增加光伏電站的設備投資和民用建設成本。因此，一般要求10kVA以下的逆變器效率為90% >，10kVA以上的逆變器效率為95% >。
需要高可靠性
目前,光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠地區(qū),許多電站都無監(jiān)督和維護,這就要求相反的交流設備合理的電路結構,嚴格組件篩選,和逆變器應該有多種保護功能,如輸入直流極性反轉保護、交流輸出短路保護,過熱,過載保護等。
需要大范圍的直流輸入電壓
由于光伏電池的端電壓隨著負載和日照強度的變化而變化，要求逆變電源必須在較大的直流輸入電壓范圍內正常工作，保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。
逆變器需要輸出正弦電流
當中、大容量光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網時，為了避免電力污染公共電網，逆變器需要輸出正弦波電流。并能實現高功率因數的正弦波形。
要求逆變器的電磁干擾小
由于大部分光伏并網發(fā)電都是在家中進行的，所以要求逆變器有較小的電磁干擾，不會影響生活環(huán)境，也不會干擾其他家用電器的正常運行。
逆變器的分類
兩級逆變器
逆變器按主電路結構分為電壓型和電流型，或單相和三相，或單級和多級。
根據輸出的絕緣形式主要分為工頻變壓器絕緣方式、高頻變壓器絕緣方式、無變壓器無絕緣方式。
傳統(tǒng)的光伏逆變器大多采用兩級電路結構。前級為升壓式dc-dc變換器，后級為全橋式dc-ac變換器。控制技術相對成熟、簡單。
單級逆變器
由于傳統(tǒng)的兩級逆變器需要經過兩次功率轉換，系統(tǒng)的效率難以提高。新型光伏逆變器采用單級電路結構。光伏電池的直流電壓必須高于峰值輸出電壓。其控制原理類似于電壓-電流雙向PWM dc-ac變換器。由于必須考慮最大功率轉換控制和輸出電流同步波形控制，形成了一個復雜的非線性控制問題，控制環(huán)節(jié)比較復雜。
光伏并網逆變器根據輸出功率的形式可分為單相型和三相型。一般情況下，小于3kva的系統(tǒng)為單相型，小于3- 5kva的系統(tǒng)為兩相型，大于5kva的系統(tǒng)為三相型。
工頻變壓器用于隔離輸入光伏電池矩陣和輸出電網。主電路結構如下圖所示，可分為電壓型和電流型。工頻變壓器絕緣電路簡單，只需一級改造，效率高，制造成本低。一般電源變頻不采用SPWM控制，輸出是矩形波，要通過強濾波措施，使輸出的正弦波畸變< 5%。由于電路中半導體器件數量少，可以在惡劣條件下使用。開關頻率低，電磁干擾小。主變壓器和濾波電感雖然體積較大，但可以用低頻材料以較低的成本制造。這種逆變器主要用于獨立的光伏電站。
主電路結構如下圖所示。該變換分為三個層次(dc-hfa -dc-lfac)。第一階段為SPWM高頻逆變器。
與工頻變壓器相比，高頻變壓器體積小、重量輕、成本低。但經過多階段改造后，效率問題更加突出，效率較低。只要采用低損耗吸收電路，精心選擇電磁元件，效率仍然可以超過90%。由于SPWM控制和周期數變換，輸出波形失真小，不需要強濾波。但高頻電磁干擾問題嚴重，應采取濾波、屏蔽等抑制措施。這種逆變器主要用于光伏并網電站。
為了進一步降低成本，提高效率，研制了不帶變壓器和絕緣的逆變器主電路。電路結構如圖l-4所示。圖中電路的前面是升壓電路，后面是SPWM工頻逆變器。升壓電路可配合不同輸出電壓的光伏電池，將光伏電池的輸出電壓提高到約370V。雖然光伏電池的輸出電壓會因天氣變化而變化，但逆變器部分的輸入電壓與升壓器部分可以保證相對穩(wěn)定。同時，電壓升高，電流減小。升壓電路還可以校正輸入功率因數。無絕緣模式的逆變器主電路比工頻變壓器的絕緣模式復雜。直流。AC),效率高。無變壓器，體積小，重量輕，成本低，是目前較好的主電路方式。
光伏太陽能發(fā)電系統(tǒng)運行控制介紹
經典系統(tǒng)采用無變壓器隔離的兩級結構，前置升壓電路和后置單相全橋逆變器。逆變器可以使能量雙向流動，可以在脈沖整流狀態(tài)和逆變器狀態(tài)下工作。整個逆變器采用雙閉環(huán)控制。外圈是電壓環(huán)，內環(huán)是電流環(huán)。
逆變器的電壓外環(huán)(PI環(huán))用于實現中間直流電壓Vdc的穩(wěn)定控制。當Vdc高于設定電壓時，輸出電流增大;當Vdc低于設定電壓時，輸出電流會減小，從而達到輸入輸出功率平衡。電壓外環(huán)通過比較給定的中間電壓和反饋電壓之間的誤差來給出電流指令。
當前的內循環(huán)是用來控制輸出電流,電壓環(huán),并得到當前指令,同步和正弦表乘法,加入網絡電壓、真實,并得到當前的指令,和反饋調制m電力流經P環(huán),產生PWM波控制IGBT打開關閉,電流環(huán)主要用于提高功率因數和小電流諧波。對于Boost，我們可以通過測量輸入電流和電壓來獲得輸入功率，并與最后一個樣本進行比較來獲得最大功率點。改變操作點，即改變升壓的占空比，可以跟蹤最大功率點。
看到上面的介紹,你可能想到的光伏發(fā)電也相當長的來自他自己的生活方式,但是小編在這里想告訴你,事實上,國家已經開始提倡大力發(fā)展分布式新能源發(fā)電,還介紹了鼓勵家庭安裝屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關政策,關于相關的政策法規(guī)和發(fā)電效益小彌補集好以后將做一個專題介紹。讓我們來看看屋頂結構。
民用光伏發(fā)電系統(tǒng)結構相對簡單，只需逆變器到220V民用交流電壓即可，不需要升高到高壓并網。從上圖中我們可以看到，安裝在屋頂上的太陽能電池板吸收太陽能，產生直流電，通過電線進入巴士箱，然后通過逆變器轉換成220v交流電供日常使用。
目前，國內各大太陽能發(fā)電企業(yè)都推出了自己的家用光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝、調試、維護一套解決方案。目前的投資恢復周期一般為5-7年。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的引入，其成本將逐步降低，政府的補貼電價將逐步上漲。相信屆時家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)將進入千家萬戶，家庭將成為最小的發(fā)電和發(fā)電單元。
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