光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、光伏逆變器、電表設(shè)備、電力網(wǎng)絡(luò)、基層用戶五部分組成。
其中，光伏組件負(fù)責(zé)接受太陽(yáng)光的照射，并將存儲(chǔ)于光伏面板中的光照信號(hào)反饋給光伏逆變器；
光伏逆變器是整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)將光照信號(hào)轉(zhuǎn)化成電量信號(hào)，并可以借助電力負(fù)載網(wǎng)絡(luò)將這些信號(hào)參量傳輸給基層用戶；
電表設(shè)備可以顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)中的電流與電壓數(shù)值，當(dāng)記錄數(shù)據(jù)超過(guò)額定限度標(biāo)準(zhǔn)后，該設(shè)備會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并切斷光伏逆變器與光伏組件之間的信號(hào)傳輸；
電力網(wǎng)絡(luò)管控整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，決定了電量信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸速率；
基層用戶作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的底層客戶端，負(fù)責(zé)接收電量傳輸信號(hào)，并根據(jù)用戶需求對(duì)電量信號(hào)進(jìn)行調(diào)取與利用。
太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)核心，其轉(zhuǎn)換效率決定了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力。最初，太陽(yáng)能電池使用硅作為原料完成工作，這種材料生產(chǎn)成本較高，效率低下。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，硅材料生產(chǎn)成本不斷下降，硅材料光伏組件安裝量迅猛增加，分布式光伏進(jìn)入黃金發(fā)展時(shí)代。
二代太陽(yáng)能電池的技術(shù)和原材料得到優(yōu)化，使用范圍變大，內(nèi)部原料使用非硅成分，這種改良非常成功，可以在降低經(jīng)濟(jì)成本的前提下，減少運(yùn)行期間電力的損耗。當(dāng)前最新的光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)成為薄膜電池和晶體硅等，這些裝置可以大幅度提升光伏發(fā)電的光電轉(zhuǎn)換效率。常見(jiàn)的太陽(yáng)能電池元件主要是化合物半導(dǎo)體電池和硅基電池。
相較于其他類(lèi)型的太陽(yáng)能電池，化合物半導(dǎo)體電池的設(shè)計(jì)成本較低，主要以CdTe電池板、CIGS薄膜作為核心應(yīng)用結(jié)構(gòu)，如圖1所示。為配合太陽(yáng)能光照的變化，化合物半導(dǎo)體電池表面電池板縫隙寬度可以自由調(diào)節(jié)，當(dāng)光照能力較強(qiáng)時(shí)，可以人為推動(dòng)縫隙兩端的電池板部件，使兩端向著中間區(qū)域不斷運(yùn)動(dòng)，并最終縮小裂縫開(kāi)合度；當(dāng)光照能力較弱時(shí)，可以人為拉動(dòng)縫隙兩端的電池板部件，使兩端向著遠(yuǎn)離中間區(qū)域的方向不斷運(yùn)動(dòng)，并最終擴(kuò)大裂縫開(kāi)合度。在實(shí)際應(yīng)用中，化合物半導(dǎo)體電池對(duì)于光輻射作用的轉(zhuǎn)化能力均值超過(guò)30%。
金屬Cd（鎘）元素有較強(qiáng)毒性，一旦泄露會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，在設(shè)計(jì)化合物半導(dǎo)體電池時(shí)，應(yīng)在電池板外部包裹一層無(wú)毒晶體物質(zhì)。
硅基電池是一種極為成熟的太陽(yáng)能電池元件，具有轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)等應(yīng)用特點(diǎn)。但硅基類(lèi)物質(zhì)造價(jià)較高，在設(shè)計(jì)過(guò)程中硅元素不能以單質(zhì)的形式存在于硅基電池中，而是需要與其他類(lèi)型的金屬與非金屬類(lèi)物質(zhì)混合在一起，以化合物的形式存在于電池元件中。硅基電池實(shí)物結(jié)構(gòu)如圖2所示。
為保證硅基太陽(yáng)能電池的電量轉(zhuǎn)換功率，在設(shè)計(jì)硅體電路板時(shí)，常將鎳鉻合金、鉛銻合金、石墨碳等物質(zhì)與單質(zhì)硅融合在一起。
光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用情況較復(fù)雜，單獨(dú)的太陽(yáng)能電池元件不能滿足光伏電板對(duì)電量信號(hào)的轉(zhuǎn)換需求，需要將多個(gè)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來(lái)，形成太陽(yáng)能電池方陣，才能保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的順利應(yīng)用。
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可以把太陽(yáng)能電池方陣?yán)斫獬商?yáng)能電池元件的組合連接形式，在光照強(qiáng)度不改變的情況下，串聯(lián)的太陽(yáng)能電池元件的個(gè)數(shù)越多，太陽(yáng)能電池方陣所具備的電量轉(zhuǎn)換能力越強(qiáng)。
為使電池方陣的應(yīng)用能力得到保障，在對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行串聯(lián)時(shí)，還需配置一定數(shù)量的旁路二極管與阻塞二極管設(shè)備，并將其分別置于電纜總接線與下級(jí)分線器接線盒中。
設(shè)P0為太陽(yáng)能電池方陣的額定供電功率；q0為太陽(yáng)能電池方陣的額定帶電量；U0為額定電壓；I0為額定電流；λ為串聯(lián)太陽(yáng)能電池元件的連接個(gè)數(shù)；R為串聯(lián)太陽(yáng)能電池元件的內(nèi)阻均值。
聯(lián)立上述物理量，可將太陽(yáng)能電池方陣的供電轉(zhuǎn)化效率η表示為
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，所有串聯(lián)太陽(yáng)能電池元件的額定電壓與額定電流數(shù)值必須相同，但其內(nèi)阻數(shù)值可以不同。
控制光伏發(fā)電時(shí)的電能波動(dòng)對(duì)于延長(zhǎng)蓄電池壽命意義重大，使用太陽(yáng)能光伏控制器可以解決電能波動(dòng)問(wèn)題。
太陽(yáng)能光伏控制器提供合適的電壓、電流給蓄電池充電，并管控充、放電狀況，進(jìn)而延長(zhǎng)蓄電池的使用年限。
作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能光伏控制器（太陽(yáng)能光伏充放電控制器）可以規(guī)定并控制蓄電池的充電條件及放電條件，依據(jù)負(fù)載需求控制太陽(yáng)能電池設(shè)備及
以光伏發(fā)電系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)組，以傳統(tǒng)火力發(fā)電系統(tǒng)作為對(duì)照組，選取一運(yùn)行能力較穩(wěn)定的電量消耗裝置作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分析實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組相關(guān)指標(biāo)參量的數(shù)值變化情況。
ω指標(biāo)（電量評(píng)價(jià)指標(biāo)）可用來(lái)評(píng)價(jià)所選取方法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)而言，該指標(biāo)的物理取值越大，表示系統(tǒng)對(duì)傳輸電量的管控能力越強(qiáng)；該指標(biāo)的物理取值越小，表示系統(tǒng)對(duì)傳輸電量的管控能力越弱。ω指標(biāo)的計(jì)算式如下：
式中：ξ為電量傳輸速率；ΔT為電量信號(hào)的單位傳輸周期。
記錄實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組的ξ指標(biāo)與ΔT指標(biāo)的數(shù)值變化情況，如表1所示。
表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)值記錄表
分析表1可知，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組ΔT指標(biāo)的取值結(jié)果完全相同，而實(shí)驗(yàn)組ξ指標(biāo)的取值卻始終大于對(duì)照組。
在進(jìn)行第5組實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組ω指標(biāo)同時(shí)達(dá)到最大值，但明顯實(shí)驗(yàn)組ω指標(biāo)的數(shù)值水平更高，二者差值為1.43bit/s2。綜上可知，光伏發(fā)電系統(tǒng)在管控傳輸電量方面的能力更強(qiáng)。
光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展前景
光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展離不開(kāi)基層光伏電站的推動(dòng)。
基層光伏電站是指具備完整電量轉(zhuǎn)換能力的電網(wǎng)應(yīng)用設(shè)備，能夠在光伏面板元件的作用下，長(zhǎng)期存儲(chǔ)太陽(yáng)能折射信號(hào)，并可以根據(jù)底層用戶對(duì)電荷量的需求，對(duì)已存儲(chǔ)電量進(jìn)行分配與調(diào)試。
分散式與集中式是兩種常見(jiàn)的光伏電站規(guī)劃方式，前者要求光伏面板保持分散的接入狀態(tài)，且關(guān)聯(lián)面板之間只能保持串聯(lián)關(guān)系；后者要求所有已連接光伏面板都聚集在一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)域中，而對(duì)于關(guān)聯(lián)面板之間的連接關(guān)系不進(jìn)行具體要求。
光伏一體化是光伏發(fā)電系統(tǒng)在未來(lái)一段時(shí)間的主要發(fā)展方向，其應(yīng)用理念在于全面落實(shí)綠色環(huán)保思想，將光伏面板看作一個(gè)基礎(chǔ)電量轉(zhuǎn)換單元，其所處連接位置可以根據(jù)太陽(yáng)光照射強(qiáng)度的不同而改變。
光伏照明是利用光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域性照明的工程項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)初衷在于充分利用未被基層用戶消耗的傳輸電量。
一般來(lái)說(shuō)，光伏照明技術(shù)需要與LED照明技術(shù)相結(jié)合，在電網(wǎng)輸配電線路的作用下，光伏面板中的剩余電量會(huì)匯集到LED照明燈具中。當(dāng)外界光線逐漸變暗時(shí)，LED照明燈具亮起，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余光伏電量的充分利用。
光伏通信技術(shù)的應(yīng)用涉及電信傳播與網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋。
電信傳播是指借助移動(dòng)端設(shè)備，在通信網(wǎng)絡(luò)基站的作用下實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能，如常見(jiàn)的手機(jī)聊天、網(wǎng)上購(gòu)物等；網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋是指光伏電量信號(hào)的全面普及，通常情況下，太陽(yáng)能電池方陣中所串聯(lián)太陽(yáng)能電池元件的個(gè)數(shù)越多，光伏通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋面積越大，反之越小。
光伏水利工程是以光伏發(fā)電系統(tǒng)為基礎(chǔ)的水泵驅(qū)動(dòng)作業(yè)項(xiàng)目。
與傳統(tǒng)水泵不同，光伏水利工程中應(yīng)用的水泵完全以光伏電量作為驅(qū)動(dòng)作用力，其作業(yè)能力受光伏面板覆蓋面積的直接影響，故而其作業(yè)范圍總是具有較強(qiáng)的局限性。
與傳統(tǒng)火力發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏發(fā)電系統(tǒng)更注重落實(shí)可持續(xù)發(fā)展的思想，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，將太陽(yáng)折射光轉(zhuǎn)換成電量傳輸信號(hào)，并借助電力網(wǎng)絡(luò)將這些傳輸信號(hào)反饋給基層用戶。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠滿足人們對(duì)于傳輸電能的基本需求，解決當(dāng)前化石燃料發(fā)電帶來(lái)的不可再生資源消耗過(guò)量的問(wèn)題，具有較可觀的發(fā)展前景。
來(lái)源：光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展前景分析
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