小編為大家簡(jiǎn)單介紹一下太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理，這一階段接下來(lái)介紹一下太陽(yáng)能電網(wǎng)設(shè)備的工作原理和應(yīng)用。
除了一些偏遠(yuǎn)地區(qū)為彌補(bǔ)電網(wǎng)覆蓋不足而建立的小型光伏電站外，大部分光伏發(fā)電設(shè)備(包括家庭屋頂光伏發(fā)電)需要通過(guò)并網(wǎng)設(shè)備接入大電網(wǎng)。
光伏并網(wǎng)系統(tǒng)一般由光伏陣列、儲(chǔ)能系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變器、控制器和集成繼電保護(hù)裝置組成。目前，在并網(wǎng)逆變器中出現(xiàn)了一種與儲(chǔ)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(chǔ)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(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化成正弦電流進(jìn)入電網(wǎng);控制器控制的最大功率點(diǎn)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?shù)诫娋W(wǎng)的光伏陣列產(chǎn)生的最大功率,通常與逆變器集成。繼電保護(hù)系統(tǒng)可以保證光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全。
從介紹可以看出,網(wǎng)格系統(tǒng)中,逆變器起著至關(guān)重要的作用,不僅是光伏電池方陣之間的能量轉(zhuǎn)換和交流電網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,而且對(duì)光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤的控制翻譯(MPPT)是一個(gè)重要的任務(wù),它的安全性、可靠性、逆變器效率、生產(chǎn)成本和其他因素,電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和發(fā)電效益的影響巨大。
光伏并網(wǎng)逆變器具有不同于其他逆變器的特點(diǎn)。
光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)并網(wǎng)逆變器的要求
需要高效率
由于光伏電池價(jià)格昂貴，為了最大限度的利用太陽(yáng)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(shì)必會(huì)增加矩陣中光伏電池模塊的數(shù)量和矩陣所占的面積，從而大大增加光伏電站的設(shè)備投資和民用建設(shè)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(yuǎn)地區(qū),許多電站都無(wú)監(jiān)督和維護(hù),這就要求相反的交流設(shè)備合理的電路結(jié)構(gòu),嚴(yán)格組件篩選,和逆變器應(yīng)該有多種保護(hù)功能,如輸入直流極性反轉(zhuǎn)保護(hù)、交流輸出短路保護(hù),過(guò)熱,過(guò)載保護(hù)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(fù)載和日照強(qiáng)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(nèi)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(dāng)中、大容量光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)時(shí)，為了避免電力污染公共電網(wǎng)，逆變器需要輸出正弦波電流。并能實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)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(wǎng)發(fā)電都是在家中進(jìn)行的，所以要求逆變器有較小的電磁干擾，不會(huì)影響生活環(huán)境，也不會(huì)干擾其他家用電器的正常運(yùn)行。
逆變器的分類
兩級(jí)逆變器
逆變器按主電路結(jié)構(gòu)分為電壓型和電流型，或單相和三相，或單級(jí)和多級(jí)。
根據(jù)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(wú)變壓器無(wú)絕緣方式。
傳統(tǒng)的光伏逆變器大多采用兩級(jí)電路結(jié)構(gòu)。前級(jí)為升壓式dc-dc變換器，后級(jí)為全橋式dc-ac變換器。控制技術(shù)相對(duì)成熟、簡(jiǎn)單。
單級(jí)逆變器
由于傳統(tǒng)的兩級(jí)逆變器需要經(jīng)過(guò)兩次功率轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)的效率難以提高。新型光伏逆變器采用單級(jí)電路結(jié)構(gòu)。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(zhuǎn)換控制和輸出電流同步波形控制，形成了一個(gè)復(fù)雜的非線性控制問(wèn)題，控制環(huán)節(jié)比較復(fù)雜。
光伏并網(wǎng)逆變器根據(jù)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(wǎng)。主電路結(jié)構(gòu)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(jiǎn)單，只需一級(jí)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(guò)強(qiáng)濾波措施，使輸出的正弦波畸變< 5%。由于電路中半導(dǎo)體器件數(shù)量少，可以在惡劣條件下使用。開(kāi)關(guān)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(dú)立的光伏電站。
主電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。該變換分為三個(gè)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(jīng)過(guò)多階段改造后，效率問(wèn)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(guò)90%。由于SPWM控制和周期數(shù)變換，輸出波形失真小，不需要強(qiáng)濾波。但高頻電磁干擾問(wèn)題嚴(yán)重，應(yīng)采取濾波、屏蔽等抑制措施。這種逆變器主要用于光伏并網(wǎng)電站。
為了進(jìn)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(jié)構(gòu)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(huì)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(duì)穩(wěn)定。同時(shí)，電壓升高，電流減小。升壓電路還可以校正輸入功率因數(shù)。無(wú)絕緣模式的逆變器主電路比工頻變壓器的絕緣模式復(fù)雜。直流。AC),效率高。無(wú)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(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制介紹
經(jīng)典系統(tǒng)采用無(wú)變壓器隔離的兩級(jí)結(jié)構(gòu)，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(dòng)，可以在脈沖整流狀態(tài)和逆變器狀態(tài)下工作。整個(gè)逆變器采用雙閉環(huán)控制。外圈是電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。
逆變器的電壓外環(huán)(PI環(huán))用于實(shí)現(xiàn)中間直流電壓Vdc的穩(wěn)定控制。當(dāng)Vdc高于設(shè)定電壓時(shí)，輸出電流增大;當(dāng)Vdc低于設(shè)定電壓時(shí)，輸出電流會(huì)減小，從而達(dá)到輸入輸出功率平衡。電壓外環(huán)通過(guò)比較給定的中間電壓和反饋電壓之間的誤差來(lái)給出電流指令。
當(dāng)前的內(nèi)循環(huán)是用來(lái)控制輸出電流,電壓環(huán),并得到當(dāng)前指令,同步和正弦表乘法,加入網(wǎng)絡(luò)電壓、真實(shí),并得到當(dāng)前的指令,和反饋調(diào)制m電力流經(jīng)P環(huán),產(chǎn)生PWM波控制IGBT打開(kāi)關(guān)閉,電流環(huán)主要用于提高功率因數(shù)和小電流諧波。對(duì)于Boost，我們可以通過(guò)測(cè)量輸入電流和電壓來(lái)獲得輸入功率，并與最后一個(gè)樣本進(jìn)行比較來(lái)獲得最大功率點(diǎn)。改變操作點(diǎn)，即改變升壓的占空比，可以跟蹤最大功率點(diǎn)。
看到上面的介紹,你可能想到的光伏發(fā)電也相當(dāng)長(zhǎng)的來(lái)自他自己的生活方式,但是小編在這里想告訴你,事實(shí)上,國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始提倡大力發(fā)展分布式新能源發(fā)電,還介紹了鼓勵(lì)家庭安裝屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)政策,關(guān)于相關(guān)的政策法規(guī)和發(fā)電效益小彌補(bǔ)集好以后將做一個(gè)專題介紹。讓我們來(lái)看看屋頂結(jié)構(gòu)。
民用光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)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(wǎng)。從上圖中我們可以看到，安裝在屋頂上的太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)能，產(chǎn)生直流電，通過(guò)電線進(jìn)入巴士箱，然后通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成220v交流電供日常使用。
目前，國(guó)內(nèi)各大太陽(yáng)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(diào)試、維護(hù)一套解決方案。目前的投資恢復(fù)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(bǔ)貼電價(jià)將逐步上漲。相信屆時(shí)家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)將進(jìn)入千家萬(wàn)戶，家庭將成為最小的發(fā)電和發(fā)電單元。
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