立光伏发电系统由太阳能光伏阵列、蓄电池组、充电控制器、电力电子变换器(逆变器)、负载等组成。其工作原理是,太阳辐射能量经过光伏阵列被转换成电能,然后由电力电子变换器变换后给负载供电。同时将多余的电能经过充电控制器后以化学能的形式储存在储能装置中。这样在日照不足时,储存在电池中的能量就可经过电力电子逆变器、滤波和工频变压器升压后变成交流220V、50 Hz的电能供交流负载使用。太阳能发电的特点是白天发电,而负载往往却是全天候用电,因此在立光伏发电系统中储能元件,工程上使用的储能元件主要是蓄电池。
太阳能电池方阵的框架应该尽量坚固,要有足够的硬度。同时重量要轻。安装太阳能电池方阵时要使用具有一定强度且有利于固定和支撑的金属支架,在沙漠、沿海、极地、高山、风口等一些地理环境比较恶劣或气候条件比较复杂的地区,太阳能电池方阵的支架要采用一些附加措施使其能够承受大风和冰雪堆积物的附加重量,避免因为自然的、人为的和一些大动物的破坏而坍塌。
一般来说,太阳能电池方阵的安装形式有以下三种:安装在地面上、安装在柱上、安装在屋顶上。具体采用哪一种安装形式又要受到一些具体因素影响,渚如可利用空间大小、方阵尺寸、采光条件、风负载、视觉效果及安装难度、破坏和盗窃问题等。在上述几种安装形式中,的是安装在地面上,因为它具有简单易行的特点。而安装在柱子上面的难度受电池板离地面高度的影响。而安装在屋顶上的难度则由屋顶是否陡峭而定,在比较陡的屋顶上工作不仅耗时费力,而且非常危险。在安装过程中,尤其要避免对电池板电气性能造成损伤,为此太阳能电池板的表面应该覆盖,减小损伤的概率。还可以在光伏电站周围修建围墙,使动物无法靠近设备.以此系统安全。同时,安装的太阳能电池板应该面向中午的太阳,而不要对着指南针的方向,这一点在相关资料中都有说明。另外太阳电池板与水平面的倾角要大于10°。这样可使落在太阳能电池板上的雨水很快地滑落到地面上,从而保持电池板表面的清洁。
太阳能电池阵列在阳光照射下产生的是直流电,然而日常生活中的常用负载 大多需要以交流电源供电,如日光灯、电视机、电冰箱、电风扇、空调等,绝大多数动力机械也是如此。因此需要一种把直流转换为交流的装置,这就是逆变器。光伏发电系统中的逆变器是一种变流电路,其作用是把太阳能电池阵列所发出的直流电转换为各种不同要求频率和电压值的交流电。逆变具体又可分为无源和有源两种,无源逆变是指直流电经过逆变将能量直接供给负载使用,有源逆变则是指直流电经过逆变向交流电源供电。直流变交流的必要性还体现在当供电系统需要升高或降低电压时,交流系统只需加一个变压器即可,而在直流系统中技术与装置就要复杂得多。因此,除特殊用户外,在光伏发电系统中都需要配备逆变器。此外,逆变器还具有自动调压或手动调压功能,可改善光伏发电系统的供电质量。显而易 见,逆变器是光伏发电系统中不可缺少的重要配套设备。
除了传统思维中的太阳能电厂和分布式屋顶光伏,光伏还可以应用于多种多样的场景,比如建筑、农业、渔业、公共设施、景观建设等。这些复合和跨界模式一方面使得光伏建设项目在清洁发电的同时能够兼顾经济发展和生态保护;另一方面,这种对空间集约利用的模式有助于新能源开发项目获得建设所需的土地资源。
建筑与光伏组件相结合。建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃,目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代替部分建材,即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户,这样既可用做建材也可用以发电,可谓物尽其美。把光伏器件用做建材,具备建材所要求的几项条件:坚固、保温隔热、防水防潮、适当的强度和刚度等性能。若是用于窗户、天窗等,则能够透光,就是说既可发电又可采光。除此之外,还要考虑安全性能、外观和施工简便等因素。
光伏组件在与建筑相结合应用时,还应考虑两个重要因素:1)为光伏组件有较高的光电转化效率,尽量保持光伏组件周围的环境温度处于较低的水平,这就要求光伏组件周围有较好的通风条件,因此在光伏组件的设计和安装时,可考虑采用架空形式、双层通风屋面或双层玻璃幕墙形式等;2)光伏组件的寿命通常是15~25年,而建筑围护结构的寿命通常是50年,在设计时,考虑光伏组件失效后的拆卸和更换要求。
传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的危害日益,同时还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候,全世界都把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源,是取之不尽、用之不竭的、、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦,假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能,转变率5%,每年发电量可达5.6×10^12千瓦小时,相当于世界上能耗的40倍。
近几年国际上光伏发电快速发展,世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统,6个兆瓦级的联网光伏电站。美国是早制定光伏发电的发展规划的国家。1997年又提出“百万屋顶”计划。日本1992年启动了新阳光计划,到2003年日本光伏组件生产占世界的50%,世界大厂商有4家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价,大大推动了光伏市场和产业发展,使德国成为继日本之后世界光伏发电发展快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国,也纷纷制定光伏发展计划,并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。