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当阳光照射到太阳电池表面时,太阳电池吸收光能,产生光生“电子-空穴对”。在电池内建电场作用下,光生电子和空穴对被分离,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载,则“光生电流”从负载上流过,从而获得功率输出。这样,太阳的光能就通过太阳电池直接转换成了可以付诸实用的直流电能。
目前光伏发电主要有三种方式:独立混合发电系统、并网光伏发电系统、光伏微网系统。
(1)独立混合发电系统
独立混合发电系统包括电池方阵、蓄电池、电能转化与控制,还会包括柴油发电机和其他发电电源。在电能充裕时,将电池方阵及其他发电源的能量通过充电控制器存到蓄电池组中;电能缺少时,将蓄电池中的能力通过放电控制器经电能转化装置转换成满足用户需要的电源。柴油发电机作为冷备用,用于在紧急情况下给负载供电。
独立混合发电系统是目前偏远地区供电的主要形式,技术发展已经非常成熟,规模从是几十W的路灯系统到几百kW的独立混合电站。逆变器与蓄电池充放电控制器技术也已形成产业化,功率等级已形成几十W到几十kW系列产品。
(2)并网光伏发电系统
并网光伏发电系统主要包括低压并网光伏发电系统和高压并网发电系统,系统由包括电池方阵和并网逆变器组成。目前用于低压及高压并网逆变器已有成熟产品,低压并网光伏发电系统逆变器最大单机容量500kW,而高压并网发电系统逆变器单机最大容量1MW。并网逆变器为跟随电网频率和电压变化的电流源,功率因数为1或指令调节以电网为支撑,无法单独发电,在电网中容量受限,输出功率由光伏输入决定。
(3)光伏微网系统
光伏微网系统可以与其它电源或电网并联运行。该系统包括电池方阵、常规并网逆变器、储能单元、双向变流器、柴油发电机等。
柴油发电机与双向变流器(频率和电压可调)单独或联合组网,常规光伏并网双向变流器(单机最大几十kW)可经通讯线并联运行,同时进行微网能量管理。
目前该系统在德国、日本等国的成熟技术为100~300kW系统,分布式多能源形式互补发电微网系统是目前研究的热点。国内还处于研究阶段。
光伏微网系统中光伏电站可与水轮机发电机组、柴油发电机并联组网运行。通过微网能量管理系统保证光伏电站与水轮机协调运行为电网输电。光伏微网系统可以满足西藏狮泉河电网的需求。
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