太阳能发电系统简介

4．4．1　太阳能发电系统简介

1）太阳能热发电系统的组成

太阳能热发电系统由四个部分组成，如图4．14所示。

图4．14　太阳能热发电系统组成图

（1）反射镜与集热器部分

其功能在于吸收太阳辐射能并将光能转换成热能。它能够聚集和跟踪太阳的光照，在有阳光的时段里，最有效地聚集太阳的光能。反射镜与集热器部分包括聚光装置、跟踪机构、接收器与集热器，又称聚光型集热器。聚光型集热器有三种，即槽式线聚焦系统、塔式聚焦系统和碟式聚焦系统。槽式线聚焦系统利用槽形抛物面反射镜把阳光聚焦到集热器上；塔式聚焦系统在很大面积的场地上安装了多台大型反射镜，每台都各自配有跟踪机构，能够准确地把阳光反射集中到一个高塔顶部的接收器上加以集热；碟式聚焦系统结构类似大型的抛物面雷达天线，通过抛物面把阳光聚焦到集热器上，聚光比可达数百倍到数千倍。

（2）热能传输部分

它把各个单元集热器收集起来的热能传输给蓄热部分。对于分散型集热系统，通常要把多个单元集热器串联或并联起来组成集热器方阵。传热介质通常选用加压水或有机流体，为减少输热管的热损失，在输热管外要加装绝热材料，或利用热管输热。

（3）蓄热与热交换部分

由于太阳能受季节、昼夜和气象条件的影响，为保证系统稳定运行，需要设置蓄热装置。蓄热分低温（小于100℃）、中温（100℃～500℃）、高温（500℃以上）和极高温（1　000℃左右）四种，分别采用水化盐、导热油，熔化盐、氧化锆耐火球等作为蓄热材料。蓄热装置所存储的热能，可供短缺时使用。为了适应汽轮发电的需要，传输和存储的热能还需通过热交换装置转化为高压蒸汽推动汽轮机工作。

（4）汽轮发电部分

经过集热、蓄热以及热交换后的高压高温蒸汽，可以推动汽轮发电机工作。汽轮发电部分，是实现电能供应的重要部件，其电能输出可以是单机供电，也可以采用并网供电。

2）太阳能光伏发电系统的组成

太阳能光伏发电系统是利用光电转换器件把太阳辐射能直接转换成电能的发电系统，其组成如图4．15所示。

图4．15　光伏发电系统组成

（1）光电转换器件

把光能转换为电能的器件叫光电转换器件，又称光伏器件。太阳能电池就是由这些光电转换器件所组成。太阳能电池单体的工作电压一般为0．45～0．5V，每平方厘米的工作电流为20～25mA，尺寸为4～100cm²。由于电压太低、电流太小通常不能单独作为电源使用，需要把它们串/并联起来做成太阳能电池方阵，方可满足负载所要求的输出功率。

（2）反流割断器

在发电机与蓄电池连接的电路里，通常都要设置反流割断器。反流割断器的作用在于当发电机电压低于蓄电池电压时，防止蓄电池通过发电机绕组产生反向电流。在太阳能光伏发电系统中，同样也要防止蓄电池通过太阳能电池组反向放电，这种情况一般发生在夜晚和阴雨天气，此时太阳能电池组不能发电或发电电压很低，即低于蓄电池电压。光伏发电系统中的反流割断器通常使用单向导电的晶体二极管器件，例如半导体整流二极管。这类二极管称为防反充二极管，又叫阻塞二极管。当太阳能电池组输出电压高于蓄电池电压时，二极管导通；反之，二极管截止。对防反充二极管的要求是：能承受足够大的导通电流，而且正向电压降要小，反向饱和电流要小。

（3）控制器

控制器是对太阳能光伏发电系统进行智能控制和管理的设备；能够完成信号检测、充电控制、放电管理、运行保护、故障诊断、状态指示等任务；能检测系统各种装置、各个单元的状态和参数；能根据太阳能资源状况和蓄电池储电状况，确定最佳充电方式；能对蓄电池放电进行有效保护，自动开关电路，工作运行实现软启动等；能对系统过压、负载短路及时加以控制，防止系统设备受到损害；能够显示运行状态，进行故障报警。常用的控制器有单板机逻辑控制器和计算机程序控制器等。

（4）蓄电池组

由于太阳辐射能受昼夜、季节、气象条件等影响具有间歇性、随机性，需要把晴天吸收的能量存储起来，在太阳能光伏发电系统中，专门设置了蓄电池组。太阳能光伏放电系统通常配置铅酸蓄电池，储电能力为200 Ah以上。对蓄电池组的要求是：充电效率高，自放电率低，深放电能力强，工作温度适应范围宽，使用寿命长，价格低廉，能适应少维护或免维护的要求。

（5）逆变器

光电转换器件产生的电能、蓄电池中存储的电能都是直流电能，如果给直流负载提供电力，就可以免除逆变器设备。但当系统对交流负载供电时，就需要加装逆变器。由此可见，逆变器是把直流变成交流的设备。由于常规电网都采用交流供电方式，如果要把太阳能光伏发电系统和常规电网并网，就必须备有逆变器。对逆变器的技术要求是：输出交流电压稳定、频率稳定；输出电压波形含谐波成分小，对电网的“污染”小、干扰小；逆变效率高，换流损失小；快速动态响应性能好，具有良好的过载能力；对过载、过热、欠电压、过电压以及短路都有有效的保护功能和报警功能。逆变器按输出波形分，有方波逆变器和正弦波逆变器两种。方波逆变器的电路简单，造价低，但谐波分量大，适用于对谐波干扰要求不高的小功率系统；正弦波逆变器输出波形好，谐波分量小，适用于各种负载，也适宜于联网运行，是当前逆变器的主流产品。