任務(wù)2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及分析

【任務(wù)目標(biāo)】

（1）了解光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成。

（2）掌握太陽能電池的發(fā)電原理。

（3）掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)各部分的作用。

【相關(guān)知識】

2.1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由太陽能電池組件、蓄電池組、控制器、逆變器等幾部分組成，如圖2.1所示。

圖2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

1.太陽能電池組件

太陽能電池組件也稱為太陽能電池板，是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，是能量轉(zhuǎn)換的器件，其作用是將光能轉(zhuǎn)換成電能。當(dāng)發(fā)電電壓、容量較大時，就需要將多塊電池組件串、并聯(lián)后構(gòu)成太陽能組件方陣。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池3種。

2.蓄電池組

蓄電池的作用是儲存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能，并可隨時向負(fù)載供電。光伏發(fā)電系統(tǒng)對所用蓄電池組的基本要求是使用壽命長，深放電能力強(qiáng)，充電效率高，維護(hù)少或免維護(hù)，價格低廉。

3.控制器

控制器的作用是使太陽能電池和蓄電池高效、安全、可靠工作，以獲得最高效率并延長蓄電池的使用壽命，能自動防止蓄電池過充電和過放電。由于蓄電池的循環(huán)充放電次數(shù)及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充放電控制器是必不可少的設(shè)備。

4.逆變器

逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運(yùn)行方式可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。逆變器按輸出波形可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負(fù)載。

2.1.2 太陽能電池的工作原理

1.太陽能電池的物理基礎(chǔ)

（1）本征半導(dǎo)體和摻雜半導(dǎo)體。

1）本征半導(dǎo)體。晶格完整且不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體在熱力學(xué)溫度為0℃時，電子填滿價帶，導(dǎo)帶是空的。此時的半導(dǎo)體和絕緣體的情況相同，不能導(dǎo)電。當(dāng)溫度高于熱力學(xué)溫度零度時，價電子在熱激發(fā)下有可能克服共價鍵的束縛從價帶躍遷到導(dǎo)帶，使其價鍵斷裂。電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶后，在價帶中留下一個空位，稱為空穴，具有一個斷鍵的硅晶體如圖2.2所示。

圖2.2 具有一個斷鍵的硅晶體

空穴可以被相鄰滿鍵上的電子填充而出現(xiàn)新的空穴，這樣的過程一直重復(fù)，其結(jié)果可以簡單地描述成空穴在晶體中的移動。自由電子和空穴在晶體內(nèi)的運(yùn)動都是無規(guī)則的，并不能產(chǎn)生電流。但如果存在電場，自由電子將沿著電場方向的相反方向運(yùn)動，空穴則與電場同向運(yùn)動，半導(dǎo)體就是靠電子和空穴的定向移動來形成電流的，電子和空穴都被稱為載流子。晶體中的電子濃度n等于空穴濃度p。這個濃度稱為本征載流子濃度n_i。實(shí)驗(yàn)表明，n_i的值隨晶體溫度的升高而增大，而隨晶體禁帶寬度的增大而減小。在室溫條件下，半導(dǎo)體硅的本征載流子濃度約為1×10¹⁰/cm³。

2）摻雜半導(dǎo)體。在本征半導(dǎo)體中摻入其他元素后就得到摻雜半導(dǎo)體。所謂摻雜，是指在一定的溫度下，將一種元素作為雜質(zhì)摻透到另一種主體元素中。晶體硅太陽能電池的主體元素就是本征硅。

高純本征半導(dǎo)體具有很高的電阻率，若將一定數(shù)量的雜質(zhì)摻入到半導(dǎo)體內(nèi)，則會在它的禁帶中產(chǎn)生附加的能級。當(dāng)半導(dǎo)體受激發(fā)產(chǎn)生電子躍遷時，電子就有可能首先跳到這些附加的能級上，然后再躍遷到導(dǎo)帶中去，這顯然要比電子從價帶直接躍遷到導(dǎo)帶要容易得多。盡管摻雜很小，卻會很明顯地改變導(dǎo)帶中的電子數(shù)和價帶中的空穴數(shù)，從而顯著地影響半導(dǎo)體的電阻率。因此，在實(shí)際的半導(dǎo)體技術(shù)中，有選擇地?fù)诫s，可得到所需要的半導(dǎo)體導(dǎo)電類型。適量的摻雜可得到所需要的導(dǎo)電率，不適當(dāng)?shù)負(fù)诫s則會使半導(dǎo)體成為廢料。

a.N型半導(dǎo)體。硅的最外層有4個價電子，若摻入少量的五價元素磷，這時在硅的晶格中，一個磷原子中的4個價電子與其周圍4個硅原子的價電子形成共價鍵，還剩下1個價電子。這個多余的價電子因不能被安排在硅原子晶格的正規(guī)結(jié)構(gòu)中而游離，致使磷原子電離，其電離能約為0.44eV。硅中摻雜的元素磷，在室溫下全部電離，同時提供等量的自由電子，從而產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電運(yùn)動。如圖2.3（a）所示。這種在摻雜半導(dǎo)體中提供電子的雜質(zhì)稱為施主型雜質(zhì)，這里指的是摻入的磷元素，其濃度用符號N_D表示。在摻有五價元素（施主型雜質(zhì)）的半導(dǎo)體中，存在著大量帶負(fù)電荷的自由電子，以及等量帶正電荷的磷原子和少量空穴，平衡狀態(tài)下呈電中性。這樣的半導(dǎo)體稱為電子型或N型半導(dǎo)體。在這種半導(dǎo)體中，自由電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度，自由電子是多數(shù)載流子，簡稱多子，空穴是少數(shù)載流子，簡稱少子。半導(dǎo)體主要依靠自由電子導(dǎo)電，導(dǎo)電方向與電場方向相反。

圖2.3 N型和P型硅晶體結(jié)構(gòu)

（a）N型硅晶體結(jié)構(gòu)；（b）P型硅晶體結(jié)構(gòu)

b.P型半導(dǎo)體。同理，若在純凈的硅中摻入少量的三價元素硼，這時在硅的晶格中，一個硼原子的3個價電子與其周圍4個硅原子的價電子形成共價鍵，還缺少了1個電子，要從其中一個硅原子的價鍵中獲取一個電子填補(bǔ)。這樣就在硅中產(chǎn)生了一個空穴，而硼原子由于接受了一個電子而成為帶負(fù)電的硼離子，如圖2.3（b）所示。這就是說，摻入硅的硼原子帶著一個很容易電離的空穴，其電離能為0.45eV。硅中摻雜的元素硼，在室溫下將全部電離，同時提供等數(shù)量的空穴。硼原子在晶體中起著接受電子而產(chǎn)生空穴的作用，所以稱為受主型雜質(zhì)，其濃度用符號N_A表示。在含有三價元素（即受主型雜質(zhì)）的半導(dǎo)體中，存在著大量帶正電荷的空穴，以及等量的帶負(fù)電荷的硼原子和少量電子，平衡狀態(tài)下呈電中性。這樣的半導(dǎo)體稱為空穴型或P型半導(dǎo)體。在這種半導(dǎo)體中，空穴的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子的濃度，空穴是多數(shù)載流子，即多子，電子為少數(shù)載流子，即少子。半導(dǎo)體主要依靠空穴來導(dǎo)電，導(dǎo)電方向與電場方向相同。

（2）PN結(jié)。

1）PN結(jié)的形成。當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體緊密結(jié)合成一起時，在其交界面處即形成所謂的PN結(jié)。PN結(jié)有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)兩種，用同一種半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)稱為同質(zhì)結(jié)，由禁帶寬度不同的兩種半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)稱為異質(zhì)結(jié)。PN結(jié)是構(gòu)成太陽能電池、二極管、三極管、可控硅等多種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。因此，討論P(yáng)N結(jié)的形成和它的導(dǎo)電性是十分必要的。

如圖2.4（a）所示，把一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體接觸之后，在其交界處，由于P區(qū)空穴濃度大于N區(qū)，N區(qū)電子濃度大于P區(qū)，因此N區(qū)中的電子要向P區(qū)擴(kuò)散，而P區(qū)中的空穴則要向N區(qū)擴(kuò)散。這樣擴(kuò)散的結(jié)果是在PN結(jié)交界面的N型一側(cè)，留下帶正電荷的不能移動的電離施主，形成一層很薄的正電荷區(qū)；而在交界面的P型一側(cè)，則留下帶負(fù)電荷的不能移動的電離受主，形成一層很薄的負(fù)電荷區(qū)。半導(dǎo)體這個N區(qū)和P區(qū)交界面兩側(cè)的正、負(fù)電荷薄層區(qū)域稱為“空間電荷區(qū)”，即通常所說的PN結(jié)，也稱阻擋層或耗盡層，如圖2.4（b）所示。

圖2.4 PN結(jié)

（a）形成PN結(jié)前載流子的擴(kuò)散過程；（b）PN結(jié)空間電荷區(qū)和內(nèi)建電場

在空間電荷區(qū)內(nèi)，有一個從N區(qū)指向P區(qū)的電場，稱為“內(nèi)建電場”或“自建電場”。內(nèi)建電場一方面阻止N型區(qū)的電子繼續(xù)向P型區(qū)擴(kuò)散，以及P型區(qū)的空穴向N型區(qū)擴(kuò)散，也就是對多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動起阻礙作用。另一方面又促使P型區(qū)中含量極少的電子（P型半導(dǎo)體中的少數(shù)電子載流子）向N區(qū)漂移，N型區(qū)中含量極少的空穴（N型半導(dǎo)體中的少數(shù)空穴載流子）向P區(qū)漂移，也就是內(nèi)建電場在這里對少數(shù)載流子起著協(xié)助漂移的作用。漂移運(yùn)動與由于濃度差所產(chǎn)生的擴(kuò)散運(yùn)動的方向正好相反。

綜上所述，在PN結(jié)內(nèi)部存在著兩個方向相反的擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動，在開始時擴(kuò)散運(yùn)動占優(yōu)勢，空間電荷區(qū)內(nèi)兩側(cè)的正電荷的正負(fù)電荷逐漸增加，空間電荷區(qū)增寬，內(nèi)建電場增強(qiáng)。隨著內(nèi)部電場的增強(qiáng)，漂移運(yùn)動也隨之增強(qiáng)，阻止擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行，使其逐步減弱。最后，擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動趨向平衡，擴(kuò)散和漂移的載流子數(shù)目相等而運(yùn)動方向相反，達(dá)到動態(tài)平衡。此時，內(nèi)建電場中N區(qū)的電勢高于P區(qū)的電勢，這個電勢差稱為PN結(jié)勢壘，也稱為內(nèi)建電勢差或接觸電勢差，用符號U_D表示。由電子從N區(qū)流向P區(qū)可知，P區(qū)相對于N區(qū)的電勢差為負(fù)值。由于P區(qū)相對于N區(qū)具有電勢-U_D（取N區(qū)電勢為0），所以P區(qū)中所有電勢差都具有一個附加電勢能，其值為

式中 q——電子電荷；

qU_D——勢壘高度。

2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴＝oPN結(jié)加上正向電壓（外部電壓正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)），如圖2.5（a）所示，這時外加電場的方向與內(nèi)建電場的方向相反，外電場使N區(qū)的電子向左移動，使P區(qū)的空穴向右移動，從而使原來的空間電荷區(qū)的正電荷和負(fù)電荷得到中和，電荷區(qū)的電荷量減少，空間電荷區(qū)變窄，即阻擋層變窄。因此外電場起削弱內(nèi)電場的作用，使載流子的擴(kuò)散運(yùn)動超過漂移運(yùn)動，于是，多數(shù)載流子在外電場的作用下順利通過阻擋層，同時外部電源又源源不斷地向半導(dǎo)體提供空穴和電子，所以電路出現(xiàn)較大的電流，稱為正向電流。因此，PN結(jié)在正向?qū)〞r的電阻是很小的。

圖2.5 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?/p>

（a）加正向電壓，PN結(jié)導(dǎo)通；（b）加反向電壓，PN結(jié)截止

相反，給PN結(jié)加上反向電壓（外部電壓負(fù)極接P區(qū)，正極接N區(qū)），如圖2.5（b）所示，這時外加電場的方向與內(nèi)建電場的方向相同，增強(qiáng)了空間電荷區(qū)中的電場，使空間電荷區(qū)加寬，即阻擋層加寬。這樣，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動便無法進(jìn)行下去。不過漂移運(yùn)動會因內(nèi)電場的增大而加強(qiáng)，但漂移電流是半導(dǎo)體中少數(shù)載流子形成的，它的數(shù)量很小，因此PN結(jié)加反向電壓時，反向電流極小，呈現(xiàn)很大的反向電阻，基本上可以認(rèn)為沒有電流通過，將這種現(xiàn)象稱為“截止”。

由于PN結(jié)具有上述單向?qū)щ娞匦裕园雽?dǎo)體二極管被廣泛應(yīng)用于整流、檢波等電路方面。

2.太陽能電池的工作原理、特性

（1）太陽能電池的工作原理。當(dāng)PN結(jié)受到光照時，根據(jù)光量子理論，照射光的能量滿足下式：

式中 h——普朗克常數(shù)；

v——照射光頻率；

c——光速；

E_g——禁帶寬度，Si材料E_g＝1.12eV。

價帶電子就會吸收這個照射光而被激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生一個自由電子和一個空穴。輻射所激發(fā)的電子或空穴，在進(jìn)入導(dǎo)帶或滿帶后，也具有遷移率。因而輻照的結(jié)果就是使半導(dǎo)體中的載流子濃度增加。比熱平衡載流子濃度增加出來的這部分載流子稱為光生載流子，由此而增加的電導(dǎo)率則稱為光電導(dǎo)。

由于入射光強(qiáng)度從表面到太陽能電池體內(nèi)成指數(shù)衰減，在各處產(chǎn)生光生載流子的數(shù)量有差別，沿光強(qiáng)度衰減方向?qū)⑿纬晒馍d流子的濃度梯度，從而產(chǎn)生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動。N區(qū)中產(chǎn)生的光生載流子到達(dá)PN結(jié)的N側(cè)邊界時，由于內(nèi)建電場的方向是從N區(qū)指向P區(qū)，靜電力立即將光生空穴拉到P區(qū)，光生電子阻留在N區(qū)。同理，在P區(qū)中到達(dá)PN結(jié)區(qū)P側(cè)邊界的光生電子立即被內(nèi)建電場拉向N區(qū)，空穴被阻留在P區(qū)。同樣，空間電荷區(qū)中產(chǎn)生的光生電子——空穴對則被內(nèi)建電場分別拉向N區(qū)和P區(qū)。PN結(jié)及兩邊產(chǎn)生的光生載流子就被內(nèi)建電場所分離，在P區(qū)聚集光生空穴，在N區(qū)聚集光生電子，使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，在PN結(jié)兩端產(chǎn)生光生電動勢，這種現(xiàn)象就稱為光生伏特效應(yīng)或光伏效應(yīng)。光生電動勢的電場方向和PN結(jié)內(nèi)建電場的方向相反，光伏效應(yīng)原理如圖2.6所示。

圖2.6 光伏效應(yīng)示意圖

當(dāng)在太陽能電池的兩端接入負(fù)載，在持續(xù)穩(wěn)定的光照條件下，這些被分離的電荷就會在外回路中不斷地流過電流，從而將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能，如圖2.7所示，這就是太陽能電池的基本工作原理。

（2）太陽能電池的技術(shù)參數(shù)。

1）開路電壓。受光照的太陽能電池處于開路狀態(tài)，光生載流子只能積累于PN結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生光生電動勢，這時在太陽能電池兩端測得的電勢差稱為開路電壓，用符號U。_c表示。

2）短路電流。如果把太陽能電池從外部短路，測得的最大電流就稱為短路電流，用符號I_sc表示。

圖2.7 太陽能電池的工作原理

（a）能帶圖；（b）太陽能電池基本工作原理

硅太陽能電池開路電壓和短路電流與光照度的關(guān)系如圖2.8所示，由此可見，短路電流與光照強(qiáng)度成正比，開路電壓則在開始時隨光照強(qiáng)度的增大而增大，隨后則幾乎保持不變。

3）最大輸出功率。把太陽能電池接上負(fù)載，負(fù)載電阻中便有電流流過，該電流稱為太陽能電池的工作電流（I），也稱負(fù)載電流或輸出電流；負(fù)載兩端的電壓稱為太陽能電池的工作電壓（U）。負(fù)載兩端的電壓與通過負(fù)載的電流的乘積稱為太陽能電池的輸出功率（P，P＝UI）。

圖2.8 硅太陽能電池開路電壓和短路電流與光照度的關(guān)系

太陽能電池的工作電壓和電流是隨負(fù)載電阻而變化的，將不同阻值所對應(yīng)的工作電壓和電流值做成曲線，就得到太陽能電池的伏安特性曲線。如果選擇的負(fù)載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率，用符號P_m表示。最大輸出工況也就是最佳輸出工況，此時的工作電壓和工作電流分別稱為最佳工作電壓和最佳工作電流，分別用符號U_m和I_m表示，P_m＝U_mI_m。

4）填充因子。最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比稱為填充因子，是評估太陽能電池帶負(fù)載能力的重要指標(biāo)。

式中 I_sc——短路電流；

U。_c——開路電壓；

I_m——最佳工作電流；

U_m——最佳工作電壓。

太陽能電池的功率輸出能力與其面積大小密切相關(guān)，面積越大，在相同光照條件下的輸出功率也越大。太陽能電池的優(yōu)劣主要由開路電壓和短路電流這兩項指標(biāo)來衡量。

5）轉(zhuǎn)換效率。太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率（η）是指，在外部回路上連接最佳負(fù)載電阻時的最大能量轉(zhuǎn)換效率，等于太陽能電池的最大輸出功率P_m與入射到太陽能電池表面的能量之比

式中 P_in——入射太陽輻射功率。

轉(zhuǎn)換效率是評估太陽能電池性能的重要指標(biāo)，目前，實(shí)用太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為15%左右。

（3）太陽能電池的等效電路。根據(jù)光照條件下發(fā)生在太陽能電池內(nèi)部的各種物理過程，從電氣回路上研究，太陽能電池是一個能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生光生電流的恒流源，端點(diǎn)跨接一個處于正偏置的二極管，以及并聯(lián)電阻R_sh，再經(jīng)串聯(lián)電阻R_s，接至外負(fù)載R_L，如圖2.9所示，稱為太陽能電池的等效電路。

圖2.9 太陽能電池的等效電路

當(dāng)R_L＝0時，所測得電流為電池的短路電流I_sc。測量短路電流的方法是用內(nèi)阻小于1Ω的電流表接在太陽能電池的兩端進(jìn)行測量。I_sc值與太陽能電池的面積有關(guān)，面積越大，I_sc值越大。一般來說，1cm²太陽能電池的I_sc值為16～30mA。同一塊太陽能電池，其I_sc值與入射光的輻照度成正比；當(dāng)環(huán)境溫度升高時，I_sc略有上升。

當(dāng)R_L為無窮大時，所測得電壓為電池的開路電壓U。_c。I_D（二極管電流）為通過PN結(jié)的總擴(kuò)散電流，其方向與I_sc相反。串聯(lián)電阻R_s主要由電池的體電阻、表面電阻、電極導(dǎo)體電阻和電極與硅表面接觸電阻所組成。R_sh為旁路電阻，它是由硅片的邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷引起的。一個理想的太陽能電池，串聯(lián)電阻R_s很小，而并聯(lián)電阻R_sh很大，所以在進(jìn)行電路計算時，可以忽略不計。

2.1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類及原理分析

光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池組件和其他輔助設(shè)備將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。一般將光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

1.獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)

獨(dú)立光伏發(fā)電也稱為離網(wǎng)光伏發(fā)電。通常將它建設(shè)在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)或作為野外移動式便攜電源。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、控制器和蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供電，則還需要配置交流逆變器，系統(tǒng)示意圖如圖2.10所示。其工作原理：白天在太陽光的照射下，通過控制器的控制太陽能電池組件產(chǎn)生的直流電一部分經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電，另一部分對蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)陽光不足時，蓄電池向逆變器送電，經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電供交流負(fù)載使用。

圖2.10 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖

2.并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是將光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合公共電網(wǎng)要求的交流電，之后直接接入公共電網(wǎng)，直接將電能輸入電網(wǎng)，免除了配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用光伏陣列所發(fā)的電力，從而減小了能量的損耗，降低了系統(tǒng)的成本。但是系統(tǒng)中需要專用的并網(wǎng)逆變器，以保證輸出的電力滿足電網(wǎng)對電壓、頻率等指標(biāo)的要求。因?yàn)槟孀兤餍实膯栴}，還是會有部分能量損失。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，也有分布式中小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國家級電站，主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長、占地面積大。而分布式小型并網(wǎng)光伏，特別是光伏建筑一體化光伏發(fā)電，由于投資小，建設(shè)快，占地面積小，國家政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是目前并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。

常見并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般有以下幾種形式。

（1）有逆流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。有逆流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖如圖2.11所示。當(dāng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能充裕時，可將剩余的電能送入公共電網(wǎng)；當(dāng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)提供的電力不足時，由電網(wǎng)向負(fù)載供電。由于向電網(wǎng)供電時與電網(wǎng)供電的方向相反，所以稱為有逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)。

圖2.11 有逆流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖

（2）無逆流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。無逆流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖如圖2.12所示。即使太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電充裕時，也不向公共電網(wǎng)供電，但當(dāng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電不足時，則由公共電網(wǎng)負(fù)載供電。

（3）切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖如圖2.13所示。它具有自動運(yùn)行雙向切換的功能：一是當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)因天氣及自身故障等原因?qū)е掳l(fā)電量不足時，切換器能自動切換到公共電網(wǎng)供電側(cè)，由公共電網(wǎng)向負(fù)載供電；二是當(dāng)公共電網(wǎng)因某種原因突然停電時，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以自動切換使電網(wǎng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)分離，成為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)工作狀態(tài)。一般切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)都帶有儲能裝置。

圖2.12 無逆流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖

圖2.13 切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖

【任務(wù)實(shí)施】

（1）認(rèn)識獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。結(jié)合一個實(shí)際的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，識別光伏組件、控制器、蓄電池和逆變器等設(shè)備，記下該設(shè)備的型號，說明其作用，填入表2.1中，分析獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理。

（2）認(rèn)識并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。結(jié)合一個實(shí)際的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，識別光伏組件、并網(wǎng)逆變器等設(shè)備，記下該設(shè)備的型號，說明其作用，填入表2.2中，分析并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理。