2.4　太阳能光伏发电

2.4.1　太阳能光伏发电系统的组成

太阳能光伏发电系统主要由太阳电池阵列、功率调节器（包含逆变器和并网保护装置等）、蓄电池（根据情况可不用）、负载以及控制保护装置等构成。

太阳能光伏发电系统的装置在实际应用时会根据系统的种类和用途而有所不同。图2-12为住宅用并网型太阳能光伏发电系统，太阳电池产生直流电，直流电通过功率调节器转换为交流电后并入电网，可以与电力公司提供的交流电一起使用。

2.4.2　太阳能光伏发电系统的主要类型

太阳能光伏发电系统根据应用领域可分为住宅用、公共设施用以及产业设施用三种类型。住宅用太阳能光伏发电系统可以用于一家一户，也可以用于集合住宅以及由许多集合住宅构成的小区等；公共设施用太阳能光伏发电系统主要用于学校、道路、广场以及其他公用设施；产业设施用太阳能光伏发电系统主要用于工厂、营业所以及加油站等设施。

太阳能光伏发电系统根据其是否与电力系统并网可分为独立型和并网型，再根据负载的形式（直流、交流），蓄电池的有无等情况还可以分为多种多样的类型。

2.4.3　太阳电池单元、组件和阵列

太阳电池由将太阳的光能转换成电能的最小单元，即太阳电池单元（又称为太阳电池单体）构成。

单独的太阳电池单元的发电量很小，所以使用时必须串联连接作为电池组件使用。

太阳电池组件由数十个太阳电池单元构成。把太阳电池组件内的太阳电池单元以适当的方式串并联后，可以得到规定的电压和输出功率。

对太阳电池组件进行必要的组合，然后安装在房顶等处而构成的太阳电池全体称为太阳电池阵列（又称为太阳电池方阵）。太阳电池阵列由若干太阳电池组件经串、并联而组成的组件群以及支撑这些组件群的台架构成。

图2-13示出了太阳电池单元、太阳电池组件及太阳电池阵列之间的关系。

2.4.4　太阳电池阵列电路的构成

太阳电池阵列的电路是由太阳电池组件构成的太阳电池组件串（又称纵列组件）、逆流防止元件（二极管）VD_S、旁路元件（二极管）VD_b和接线箱等构成的，其电路图如图2-14所示。这里所谓的纵列组件是根据所需输出电压将太阳电池组件串联而成的电路。各纵列组件经逆流防止元件并联构成。

当太阳电池组件被鸟粪、树叶、日影覆盖的时候，太阳电池组件几乎不能发电。此时，各纵列组件之间的电压会出现不相等的情况，使各纵列组件之间的电压失去平衡，导致各纵列组件间以及阵列间出现环流，以及逆变器等设备的电流流向阵列的情况。为了防止逆流现象的发生，需在各纵列组件中串联逆流防止二极管。

另外，各太阳电池组件都并联了旁路二极管。这样，当太阳电池阵列的一部分被日影遮盖或组件的某部分出现故障时，可以使电流不流过未发电的组件而流经旁路二极管，并为负载提供电力。如果不接旁路二极管的话，纵列组件输出电压的合成电压将对未发电的组件形成反向电压，发生过热现象，还会使全阵列的输出下降。

2.4.5　太阳电池的技术参数

（1）单晶硅太阳电池技术参数（见表2-15）

（2）多晶硅太阳电池技术参数（见表2-16）

（3）太阳电池组件技术参数（见表2-17）

2.4.6　太阳能光伏发电系统的安装

太阳能光伏发电系统的安装包括太阳电池阵列的安装、电气设备的安装、配线以及接地等。

太阳电池的安装方式根据太阳电池设置场所的不同，主要有柱上安装方式、地上安装方式、建筑物屋上安装方式以及壁面安装方式等。

（1）太阳电池阵列在屋顶上的安装方法

①屋顶安装的方式与特点

对于住宅用太阳能光伏发电系统，太阳电池在屋顶上的安装方式有两种：一种是在屋顶已有的瓦或金属屋顶上固定台架，然后在其上安装太阳电池，称为屋顶安装型（或称为屋顶直接放置型）；另一种是将建材一体型太阳电池组件直接安装在屋顶上，称为建材一体型（或称为屋顶建材型）。其中屋顶安装又分为整体式、直接式、间隙式以及架子式等四种形式。各种安装方式的固定方式与特点见表2-18和表2-19。

②屋顶安装注意事项

a.屋顶作为安装太阳电池的场所，要有荷重（自重、积雪、风压等）的承受能力。

b.支架、支撑金属件和其他的安装材料，须由能在室外长期使用的耐用材料构成。在有盐雾的区域安装时，应采取必要的措施。

c.对于屋顶构造材料和支撑金属件的结合部位进行防水处理，确保住宅屋顶的防水性。

d.从太阳电池组件到室内的配线性能及保护方法，必须满足电气设备技术规定。

（2）太阳电池阵列在地面或平屋顶上的安装方法

太阳电池阵列的支架，通常由从钢筋混凝土基础中伸出的钢制热浸镀锌地脚螺栓或不锈钢地脚螺栓固定。

太阳电池阵列基础的种类及适用范围见表2-20。

直接基础是一种构造简单、价格低廉的施工方法，常用于地基比较硬的地面。直接基础由于形式不同，又分为独立底座基础和复合底座基础，分别如图2-15（a）和（b）所示。

在房屋屋顶上采用混凝土基础的场合，将房屋的防水层揭开一部分，剥掉混凝土表面，在其钢筋上把阵列用的混凝土座的钢筋焊接在一起。若不能焊接钢筋时，为了借助混凝土的附着力和自重对抗风压，应使混凝土底座表面凹凸不平，以使其附着力加大。然后，用防水填充剂进行二次防水处理。

如果上述方法不能实施时，可制作重量大的热浸镀锌的钢骨架，然后再在钢骨架上固定阵列支架。将钢骨架用螺栓连接在房上周围突出的压檐墙上，目的是风压不致使阵列及钢骨架移动，起辅助强化作用。

（3）电气设备的安装、配线以及接地

①电气设备的安装

电气设备的安装除了前面所述的太阳电池阵列之外，还有功率调节器、配电盘、接线盒（接线箱）、买电电能表、卖电电能表等。

功率调节器一般应安装在环境条件较好的地方。住宅用太阳能光伏发电系统用功率调节器如果安装在室内，一般安装在配电盘附近的墙壁上。如果安装在户外，则应安装在满足户外条件的箱体内。此时，要考虑周围温度、湿度、尘埃、换气、安装空间等因素。

关于配电盘，首先应检查已有的配电盘中是否有漏电断路器，是否有太阳能光伏发电系统中专用的配电用断路器。如果没有的话，则要对配电盘进行必要的改造，若已有的配电盘没有富裕的空间，则应准备另一个配电盘安装在现有的配电盘旁边。

接线盒一般安装在太阳电池阵列附近，应考虑以后的检查、电气设备部件的更换等因素，将接线盒安装在比较合适的地方。

卖电电能表一般应安装在电力公司安装的买电电能表的旁边。电能表一般采用户外式。室内式电能表一般应安装在带有开窗的户外用箱中。

②电气设备之间的配线

进行太阳电池组件与功率调节器之间的配线时，所使用的导线的截面积应满足短路电流的需要。从太阳电池组件里面引出两根线，接线时一定要注意电线的极性不要接错。先将太阳电池组件串所需的数枚太阳电池组件串联，再将各组件串的引出线引到接线盒进行配线，在接线盒内将其并联，如图2-16所示。

功率调节器输出部分的电气接线方式一般为单相接线，注意不要将交流侧的地线接错。

太阳电池阵列配线结束后，需要检查各组件的极性、电压、短路电流等是否与技术说明书一致。

③接地施工

住宅用太阳能光伏发电系统的接地施工图如图2-17所示。太阳能光伏发电系统一般不需接地，但必须将台架、接线盒、功率调节器外壳等电气设备、金属配线管等与地线相连接，然后通过接地电极接地，以保证人身、电气设备的安全。

④防雷措施

由于太阳电池阵列安装在户外，阵列的面积大，而且其周围一般无其他建筑物，因此容易受到雷电的影响而产生过电压。所以必须根据太阳能光伏发电系统的安装地点以及供电的要求等实施防雷措施。

通常采用的防雷措施有：在太阳电池阵列的主回路分散安装避雷装置；在功率调节器、接线盒内安装避雷装置；在配电盘内安装避雷装置以防止雷电从低压配电线侵入；在雷电较多的地区应考虑更加有效的防雷措施，如在交流电源侧设置防雷变压器等使太阳能光伏发电系统与电力系统绝缘，避免雷电侵入太阳能光伏发电系统。

2.4.7　太阳能光伏发电系统的维护

（1）太阳能光伏发电系统的检查

太阳能光伏发电系统的检查可分成系统安装完成时的检查、日常检查以及定期检查三种。

①系统安装完成时的检查

太阳能光伏发电系统安装结束后，应对系统进行全面的检查。检查内容除外观检查外，还应对太阳电池阵列的开路电压、各部分的绝缘电阻及接地电阻等进行测量。检查和测量项目见表2-21。

进行检查和测量时，应将检查结果和测量结果记录下来，为以后的日常检查和定期检查提供参考。

②日常检查

日常检查主要是外观检查，一般一个月进行一次检查。日常检查项目见表2-22。在检查时，如果发现有异常现象应尽快与有关部门联系，以便尽早解决问题。

③定期检查

定期检查一般一年进行一次。在一般家庭中安装的小型太阳能光伏发电系统可根据实际需要自主决定定期检查时间和检查项目。若发现异常应及时向生产厂家和专业技术人员咨询。

（2）太阳能光伏发电系统的维护

①太阳电池阵列应放置在周围没有高大建筑物、树木、电杆等遮挡太阳光的地方，以便于太阳光的接收。

②应随季节的变化调整太阳电池阵列与地面的夹角，以便太阳电池阵列更充分地接收太阳光。

③太阳电池阵列在安装和使用中都要轻拿轻放，严禁碰撞、敲击，以免损坏封装玻璃，影响性能，缩短寿命。

④遇有大风、暴雨、冰雹、大雪、地震等情况，应采取措施，对太阳电池阵列加以保护，以免损坏。

⑤应保持太阳电池阵列采光面的清洁。如有尘土，应先用清水冲洗，然后再用干净的纱布将水迹轻轻擦干，切勿用硬物或腐蚀性溶剂冲洗、擦拭。

⑥太阳电池阵列的引出线带有电源“+”、“-”极性的标志，使用时应加以注意，切勿接反。

⑦太阳电池阵列与蓄电池匹配使用时，太阳电池阵列应串联逆流防止二极管，然后再与蓄电池连接。

⑧与太阳电池匹配使用的蓄电池，应严格按照蓄电池的使用与维护方法使用。

⑨带有向日跟踪装置的太阳电池方阵，应经常检查维护跟踪装置，以保证其正常工作。

⑩应定期检查，如发现问题，应及时加以解决，以确保系统不间断地正常供电。