本章介绍光伏系统的基础电工知识。从事太阳能发电工作,我们不可避免要接触到有关电方面的名词、术语,也经常有很多用电方面的困惑。同样的组件,同样的安装方式,是什么因素导致发电量不一样?为什么会发生由用电引发的火灾?晚上并网逆变器不工作,为什么隔离变压器还会消耗电能?很多经常听到的,看似简单,又不容易说清的问题,通过本章的学习都会有明确的答案。
1.1、电量
自然界中的一切物质都是由分子组成的,分子又是由原子组成的,而原子是由带正电荷的原子核和一定数量带负电荷的电子组成的。在通常情况下,原子核所带的正电荷数等于核外电子所带的负电荷数,原子对外不显电性。但是,用一些办法,可使某种物体上的电子转移到另外一种物体上。失去电子的物体带正电荷,得到电子的物体带负电荷。物体失去或得到的电子数量越多,则物体所带的正、负电荷的数量也越多。
光伏效应:太阳能电池的工作原理,太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。
1.2、电流
电荷的定向移动形成电流。电流有大小,有方向。
1)电流的方向:人们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。金属导体中,电流是电子在导体内电场的作用下定向移动的结果,电子流的方向是负电荷的移动方向,与正电荷的移动方向相反,所以金属导体中电流的方向与电子流的方向相反。
2)电流的大小:电学中用电流强度来衡量电流的大小。电流强度就是l秒钟通过导体截面的电量。电流强度用字母I表示,计算公式如下:
电流又分正流电和交流电,太阳能组件,蓄电池等发出来的电是直流电,电流方向不变,但这种电大部分家用电器都用不了,大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交流电,这是我们日常用的电,电流方向变化的快慢叫频率,我国为50Hz,即每秒种变化50次,称之为工频,有一些国家为60 Hz。再往上还有中频和高频。
由交流电变成直流电叫整流,这样的设备叫整流器,反过来,由直流电变成变流电叫逆变,这样的设备叫逆变器,光伏逆变器就是把光伏组件发出来的直流电变成变流电,光伏组件如果没有接入逆变器或者控制器,就形成不了一个回路,这时候没有电流,只有电压。
1.3、电压
电压用字母U表示,单位为伏特,电场力将1库仑电荷从a点移到b点所做的功为1焦耳,则ab间的电压值就是1伏特,简称伏,用字母V表示。常用的电压单位还有千伏(kV),
电压与电流相似,不但有大小,而且有方向。对于负载来说,电流流人端为正端,电流流出端为负端。电压的方向是由正端指向负端,也就是说负载中电压实际方向与电流方向一致。对于直流电而言,有正极和负极,电压就是正极和负极之间的电压差,对于三相交流电而言,有相线和零线,相线和相线之间的电压叫线电压,我国为380Vac,相线和零线之间的电压叫相电压,我国为220Vac。
光伏组件有两种电压,开路电压和工作电压,如265W的组件,工作电压一般为30.7V,开路电压一般为38.2V。不同的组件电压也不一样,一般60片电池的组件,工作电压一般为30V到31V之间,72片电池的组件,工作电压一般为35V到36V之间。
常用电压:一般手机充电器和USB电源是5Vdc,铅酸蓄电池有2V、6V和12V等三种规格,36Vdc以下称为安全电压,这个电压范围内对人体没有危害。我国的交流电压分为三种,单相220V,三相380V称为低压,一般是家用和工商业用。三相10kV,15kV,35kV称为中压,110kV、220kV、330kV、500kV,1000KV称为高压。不同的国家电压等级不一样,如美国有110V,208V,480V等电压等级,具体可以参考《世界各国电网结构与逆变器的选型》这篇文章。