光伏系統一般分為獨立系統、併網系統和混合系統。如果根據太陽能光伏系統的套用形式、套用規模和負載的類型可以細緻的劃分為六種類型。
基本介紹
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系統介紹
如果根據太陽能光伏系統的套用形式，套用規模和負載的類型，對光伏供電系統進行比較細緻的劃分。還可以將光伏系統細分為如下六種類型：小型太陽能供電系統（Small DC）；簡單直流系統（Simple DC）；大型太陽能供電系統（Large DC）；交流、直流供電系統（AC/DC）；併網系統（Utility Grid Connect）；混合供電系統（Hybrid）；併網混合系統。下面就每種系統的工作原理和特點進行說明。
供電系統
小型太陽能供電系統的特點是系統中只有直流負載而且負載功率比較小，整個系統結構簡單，操作簡便。其主要用途是一般的家庭戶用系統，各種民用的直流產品以及相關的娛樂設備。如在我國西部地區就大面積推廣使用了這種類型的光伏系統，負載為直流燈，用來解決無電地區的家庭照明問題。
直流系統
該系統的特點是系統中的負載為直流負載而且對負載的使用時間沒有特別的要求，負載主要是在白天使用，所以系統中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器，系統結構簡單，直接使用光伏組件給負載供電，省去了能量在蓄電池中的儲存和釋放過程，以及控制器中的能量損失，提高了能量利用效率。其常用於PV水泵系統、一些白天臨時設備用電和一些旅遊設施中。下圖顯示的就是一個簡單直流的PV水泵系統。這種系統在開發中國家的無純淨自來水供飲的地區得到了廣泛的套用，產生了良好的社會效益。
大型太陽能供電系統
與上述兩種光伏系統相比，大型太陽能供電光伏系統仍然是適用於直流電源系統，但是這種太陽能光伏系統通常負載功率較大，為了保證可以可靠地給負載提供穩定的電力供應，其相應的系統規模也較大，需要配備較大的光伏組件陣列以及較大的蓄電池組，其常見的套用形式有通信、遙測、監測設備電源，農村的集中供電，航標燈塔、路燈等。我國在西部一些無電地區建設的部分鄉村光伏電站就是採用的這種形式，中國移動公司和中國聯通公司在偏僻無電網地區建設的通訊基站也有採用這種光伏系統供電的。如山西萬家寨的通訊基站工程。
交流、直流供電系統
與上述的三種太陽能光伏系統不同的是，這種光伏系統能夠同時為直流和交流負載提供電力，在系統結構上比上述三種系統多了逆變器，用於將直流電轉換為交流電以滿足交流負載的需求。通常這種系統的負載耗電量也比較大，從而系統的規模也較大。在一些同時具有交流和直流負載的通訊基站和其它一些含有交、直流負載的光伏電站中得到套用。
併網系統
這種太陽能光伏系統最大的特點就是光伏陣列產生的直流電經過併網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之後直接接入市電網路，併網系統中PV方陣所產生電力除了供給交流負載外，多餘的電力反饋給電網。在陰雨天或夜晚，光伏陣列沒有產生電能或者產生的電能不能滿足負載需求時就由電網供電。因為直接將電能輸入電網，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用PV方陣所發的電力從而減小了能量的損耗，並降低了系統的成本。但是系統中需要專用的併網逆變器，以保證輸出的電力滿足電網電力對電壓，頻率等指標的要求。因為逆變器效率的問題，還是會有部分的能量損失。這種系統通常能夠並行使用市電和太陽能光伏組件陣列作為本地交流負載的電源。降低了整個系統的負載缺電率。而且併網PV系統可以對公用電網起到調峰作用。針對併網系統的特點，索英電氣早在數年前，就研製成功了太陽能併網逆變器，專門針對各種損益的電能進行再回收利用。取得了長足的進步，並攻克了併網系統上，一系列技術難題。
混供系統
這種太陽能光伏系統中除了使用太陽能光伏組件陣列之外，還使用了油機作為備用電源。使用混合供電系統的目的就是為了綜合利用各種發電技術的優點，避免各自的缺點。比方說，上述的幾種獨立光伏系統的優點是維護少，缺點是能量的輸出依賴於天氣，不穩定。
優點
1. 使用混合供電系統的還可以達到可再生能源的更好的利用。因為使用可再生能源的獨立系統通常是按照最壞的情況進行設計，因為可再生能源是變化的，不穩定的，所以系統必須按照能量產生最少的時期進行設計。由於系統是按照最差的情況進行設計，所以在其他的時間，系統的容量是過大的。在太陽輻照最高峰時期產生的多餘的能量沒法使用而浪費了。整個獨立系統的性能就因此而降低。如果最差月份的情況和其他月份差別很大，有可能導致浪費的能量等於甚至超過設計負載的需求。
2. 具有較高的系統實用性。在獨立系統中因為可再生能源的變化和不穩定會導致系統出現供電不能滿足負載需求的情況，也就是存在負載缺電情況，使用混合系統則會大大的降低負載缺電率。
3. 和單用柴油發電機的系統相比，具有較少的維護和使用較少的燃料。
4. 較高的燃油效率。在低負荷的情況下，柴油機的燃油利用率很低，會造成燃油的浪費。在混合系統中可以進行綜合控制使得柴油機在額定功率附近工作，從而提高燃油效率。
5. 負載匹配更佳的靈活性。使用混合系統之後，因為柴油發電機可以即時提供較大的功率 所以混合系統可以適用於範圍更加廣泛的負載系統，例如可以使用較大的交流負載，衝擊載荷等。還可以更好的匹配負載和系統的發電。只要在負載的高峰時期打開備用能源即可簡單的辦到。有時候，負載的大小決定了需要使用混合系統，大的負載需要很大的電流和很高的電壓。如果只是使用太陽能成本就會很高。
缺點
1. 控制比較複雜。因為使用了多種能源，所以系統需要監控每種能源的工作情況，處 理各個子能源系統之間的相互影響、協調整個系統的運作，這樣就導致其控制系統比獨立系統複雜，大多使用微處理晶片進行系統管理。
2. 初期工程較大。混合系統的設計，安裝，施工工程都比獨立工程要大。
4. 污染和噪音。光伏系統是無噪音，無排放的潔淨能源利用，但是因為混合系統中使用了柴油機，這樣就不可避免的產生噪音和污染。
很多在偏遠無電地區的通信電源和民航導航設備電源，因為對電源的要求很高，都是採用的混合系統供電，以求達到最好的性價比。我國新疆、雲南建設的很多鄉村光伏電站就是採用光/柴混合系統。
併網混供系統
隨著太陽能光電子產業的發展，出現了可以綜合利用太陽能光伏組件陣列，市電和備用油機的併網混合供電系統。這種系統通常是控制器和逆變器集成一體化，使用電腦晶片全面控制整個系統的運行，綜合利用各種能源達到最佳的工作狀態，並還可以使用蓄電池進一步提高系統的負載供電保障率，例如AES的SMD逆變器系統。該系統可以為本地負載提供合格的電源，並可以作為一個線上的UPS（不間斷電源）工作。還可以向電網供電或者從電網獲得電力。系統的工作方式通常的是將市電和太陽能電源並行工作，對於本地負載而言，如果光伏組件產生的電能足夠負載使用，它將直接使用光伏組件產生的電能供給負載的需求。如果光伏組件產生的電能超過即時負載的需求還能將多餘的電能返回到電網；如果光伏組件產生的電能不夠用，則將自動啟用市電，使用市電供給本地負載的需求，而且，當本地負載的功率消耗小於SMD逆變器的額定市電容量的60%時，市電就會自動給蓄電池充電，保證蓄電池長期處於浮充狀態；如果市電產生故障，即市電停電或者是市電的品質不合格，系統就會自動的斷開市電，轉成獨立工作模式，由蓄電池和逆變器提供負載所需的交流電能。一旦市電恢復正常，即電壓和頻率都恢復到上述的正常狀態以內，系統就會斷開蓄電池，改為併網模式工作，由市電供電。有的併網混合供電系統中還可以將系統監控、控制和數據採集功能集成在控制晶片中。這種系統的核心器件是控制器和逆變器。
離網光伏系統
離網型光伏發電系統是由光伏組件發電，經控制器對蓄電池進行充放電管理，並給直流負載提供電能或通過逆變器給交 流負載提供電能的一種新型電源。廣泛套用於環境惡劣的高原、海島、偏遠山區及野外作業，也可作為通訊基站、廣告 燈箱、路燈等供電電源。 光伏發電系統利用取之不盡、用之不竭的自然能源，可有效緩解電力短缺地區的需求矛盾，解決偏遠地區的生活及通訊問題。改善全球生態環境，促進人類可持續發展。
系統功能
光伏電池板為發電部件。光伏控制器對所發的電能進行調節和控制，一方面把調整後的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多餘的能量送往蓄電池組儲存，當所發的電不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電後，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。控制器的性能不好時，對蓄電池的使用壽命影響很大，並最終影響系統的可靠 性。蓄電池的任務是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。逆變器負責把直流電轉換為交流電，供交流負荷使用。
技術套用
隨著全球經濟的發展，新能源發電技術也迅速發展 太陽能以其資源量最豐富分布廣泛清潔成為最有發展潛力的可再生能源之一。進入21世紀以來，世界太陽能光伏發電產業發展迅速，市場套用規模不斷擴大，在後續能源的發展中的作用越來越重要。開發利用太陽能光伏技術是我國實行資源節約型社會節能減排 可持續發展 改善生存環境等的重要舉措之一。當前， 全球能源資源日益減少且環境問題日益突出， 如何合理 有效地利用可再生能源成為建設節約型社會的重要課題。
如何有效控制輸出電流以及在儘量減少對電網諧波污染的前提下，如何滿足與電網電壓同頻同相是光伏電源併網運行的2 大難點和關鍵點 而逆變器是併網系統的核心裝置，逆變器控制和調製技術成為併網技術的關鍵。國內外紛紛開展光伏併網系統的研究，併網可看作與電網的並聯，通過對可控逆變器的控制實現無衝擊併網。
本文針對光伏系統中的逆變器，分析了已有的基於電流跟蹤和電壓跟蹤的 PWM 控制策略，並提出一種新型的具有功率跟蹤功能的電流控制策略。PWM 調製控制策略不僅可以對逆變器實現靈活可靠的控制，還可以減小諧波含量，從而提高逆變器輸出電能質量。
光伏發電
原理
一、光伏發電方式太陽能發電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。
（1） 光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程；後一個過程是熱—電轉換過程，與普通的火力發電一樣.太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。
（2） 光—電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由於光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極體，當太陽光照到光電二極體上時，光電二極體就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或並聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發電、核能發電相比，太陽能電池不會引起環境污染。
優缺點
優點
光伏系統被稱為最理想的新能源。①無枯竭危險；②安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對乾淨（無公害）；③不受資源分布地域的限制，可利用建築屋面的優勢；④無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電；⑤能源質量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦建設周期短，獲取能源花費的時間短。
缺點
①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。利用太陽能來發電，設備成本高，卻太陽能利用率較低，不能廣泛套用，主要用在一些特殊環境下，如衛星等
套用領域
1.用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用於邊遠無電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；（2）3-5KW家庭屋頂併網發電系統；（3）光伏水泵：解決無電地區的深水井飲用、灌溉。
2. 交通領域：如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標誌燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。
4. 石油、海洋、氣象領域：石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鑽井平台生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。
6.光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。
7.太陽能建築：將太陽能發電與建築材料相結合，使得未來的大型建築實現電力自給，是未來一大發展方向。
8.其他領域包括：（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽能制氫加燃料電池的再生髮電系統；（3）海水淡化設備供電；（4）衛星、太空飛行器、空間太陽能電站等。
相關政策
2013年11月26日國家能源局發布有效期為3年的《光伏發電運營監管暫行辦法》，規定電網企業應當全額收購其電網覆蓋範圍內併網光伏電站項目和分散式光伏發電項目的上網電量，明確了能源主管部門及其派出機構對於光伏發電併網運營的各項監管責任，光伏發電項目運營主體和電網企業應當承擔的責任，從而推進光伏發電併網有序進行。正文如下：
第一章 總則
任何單位和個人發現違反本辦法和國家有關規定的行為,可以向國務院能源主管部門及其派出機構投訴和舉報，國務院能源主管部門及其派出機構應依法處理。
第四條 光伏發電項目運營主體和電網企業應當遵守電力業務許可制度，依法開展光伏發電相關業務，並接受國務院能源主管部門及其派出機構的監管。
第二章 監管內容
第五條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電項目運營主體和電網企業電力許可制度執行情況實施監管。
第六條 國務院能源主管部門及其派出機構按照有關規定對光伏發電電能質量情況實施監管。
光伏發電併網點的電能質量應符合國家標準，確保電網可靠運行。
第七條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電配套電網建設情況實施監管。
接入公共電網的光伏發電項目，接入系統工程以及接入引起的公共電網改造部分由電網企業投資建設。接入用戶側的光伏發電項目，接入系統工程由項目運營主體投資建設，接入引起的公共電網改造部分由電網企業投資建設。
第八條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電併網服務情況實施監管。
電網企業應當按照積極服務、簡潔高效的原則，建立和完善光伏電站項目接網服務流程，並提供併網辦理流程說明、相關政策解釋、併網工作進度查詢以及配合併網調試和驗收等服務。
電網企業應當為分散式光伏發電接入提供便利條件，在併網申請受理、接入系統方案制訂、契約和協定簽署、併網驗收和併網調試全過程服務中，按照“一口對外”的原則，簡化辦理程式。
電網企業對分散式光伏發電項目免收系統備用容量費和相關服務費用。
第九條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電併網環節的時限情況實施監管。
分散式光伏發電項目，電網企業自受理併網申請之日起25個工作日內向項目業主提供接入系統方案；自項目業主確認接入系統方案起5個工作日內，提供接入電網意見函，項目業主據此開展項目備案和工程設計等後續工作；自受理併網驗收及併網調試申請起10個工作日內完成關口電能計量裝置安裝服務，並與項目業主按照要求籤署購售電契約和併網協定；自關口電能計量裝置安裝完成後10個工作日內組織併網驗收及併網調試，向項目業主提供驗收意見，調試通過後直接轉入併網運行，驗收標準按國家有關規定執行。若驗收不合格，電網企業應向項目業主提出解決方案。
第十條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電項目購售電契約和併網協定簽訂、執行和備案情況實施監管。
電網企業應與光伏電站項目運營主體簽訂購售電契約和併網調度協定，契約和協定簽訂應當符合國家有關規定，並在契約和協定簽訂10個工作日內向國務院能源主管部門派出機構備案。光伏電站購售電契約和併網調度協定範本，國務院能源主管部門將會同國家工商行政管理部門另行制定。
電網企業應按照有關規定及時與分散式光伏發電項目運營主體簽訂併網協定和購售電契約。
電力調度機構應當按照國家有關可再生能源發電上網規定，編制發電調度計畫並組織實施。電力調度機構除因不可抗力或者有危及電網安全穩定的情形外，不得限制光伏發電出力。
本辦法所稱危及電網安全穩定的情形，應由國務院能源主管部門及其派出機構組織認定。
光伏發電項目運營主體應當遵守發電廠併網運行管理有關規定，服從調度指揮、執行調度命令。
電網企業應當全額收購其電網覆蓋範圍內光伏發電項目的上網電量。因不可抗力或者有危及電網安全穩定的情形，未能全額收購的，電網企業應當及時將未能全額上網的時間、原因等信息書面告知光伏發電項目運營主體，並報國務院能源主管部門派出機構備案。
第十三條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電併網運行維護情況實施監管。
併網光伏電站項目運營主體負責光伏電站場址內集電線路和升壓站的運行、維護和管理，電網企業負責光伏電站配套電力送出工程和公共電網的運行、維護和管理。電網企業安排電網設備檢修應儘量不影響併網光伏電站送出能力，並提前三個月書面通知併網光伏電站項目運營主體。
光伏電站項目上網電量計量點原則上設定在產權分界點處，對項目上網電量進行計量。電網企業負責定期進行檢測校表，裝置配置和檢測應滿足國家和行業有關電量計量技術標準和規定。
電網企業對分散式光伏發電項目應安裝兩套計量裝置，對全部發電量、上網電量分別計量。
第十五條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電電費結算情況實施監管。
光伏發電項目電費結算按照有關規定執行。以自然人為運營主體的，電網企業應儘量簡化程式，提供便捷的結算服務。
第十六條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電補貼發放情況實施監管。
電網企業應按照國家核定的補貼標準，及時、足額轉付補貼資金。
第三章 監管措施
第十七條 國務院能源主管部門派出機構與省級能源主管部門應當加強光伏發電項目管理和監管信息共享，形成有機協作、分工負責的工作機制。
第十八條 電網企業應向所在地區的國務院能源主管部門派出機構按季度報送以下信息：
1．光伏發電項目併網接入情況，包括接入電壓等級、接入容量、併網接入時間等。
2．光伏發電項目併網交易情況，包括發電量、自用電量、上網電量、網購電量等。
3．光伏電站項目併網運行過程中遇到的重要問題等。
併網光伏電站運營主體應根據產業監測和質量監督等相關規定，定期將運行信息上報，並對發生的事故及重要問題及時向所在省（市）的國務院能源主管部門派出機構報告。
國務院能源主管部門及其派出機構根據履行監管職責的需要，可以要求光伏發電運營主體和電網企業報送與監管事項相關的其他檔案、資料。
第十九條 國務院能源主管部門及其派出機構可採取下列措施進行現場檢查：
1．進入併網光伏電站和電網企業進行檢查；
2．詢問光伏發電項目和調度機構工作人員，要求其對有關檢查事項作出說明；
3．查閱、複製與檢查事項有關的檔案、資料，對可能被轉移、隱匿、損毀的檔案、資料予以封存；
4．對檢查中發現的違法行為，有權當場予以糾正或者要求限期改正。
第二十條 光伏發電項目運營主體與電網企業就併網無法達成協定，影響電力交易正常進行的，國務院能源主管部門及其派出機構應當進行協調；經協調仍不能達成協定的，由國務院能源主管部門及其派出機構按照有關規定予以裁決。
電網企業和光伏發電項目運營主體因履行契約等發生爭議，可以向國務院能源主管部門及其派出機構申請調解。
第二十一條 國務院能源主管部門及其派出機構可以向社會公開全國光伏發電運營情況、電力企業對國家有關可再生能源政策、規定的執行情況等。
第二十二條 電網企業和光伏發電項目運營主體違反本辦法規定，國務院能源主管部門及其派出機構可依照《中華人民共和國可再生能源法》和《電力監管條例》等追究其相關責任。
電網企業未按照規定完成收購可再生能源電量，造成光伏發電項目運營主體經濟損失的，應當按照《中華人民共和國可再生能源法》的規定承擔賠償責任。
第四章 附則
第二十三條 本辦法由國家能源局負責解釋，各派出機構可根據本地實際情況擬定監管實施細則。
第二十四條 本辦法自發布之日起施行，有效期為3年。
