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光伏安装者必备电工知识—基本电路

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。

本章介绍光伏系统基本电路知识

2.1、电路的组成和作用

电流所流过的路径称为电路。它是由电源、负载、开关和连接导线等4个基本部分组成的。电源是把非电能转换成电能并向外提供电能的装置。常见的电源有光伏发电系统、蓄电池和发电机等。负载是电路中用电器的总称,它将电能转换成其他形式的能。如电灯把电能转换成光能;电烙铁把电能转换成热能;电动机把电能转换成机械能。开关属于控制电器,用于控制电路的接通或断开。连接导线将电源和负载连接起来,担负着电能的传输和分配的任务。电路电流方向是由电源正极经负载流到电源负极,在电源内部,电流由负极流向正极,形成一个闭合通路。

电源和负载也是可以变换的,如电网一般都是电源,但在光伏并网系统中,电源是组件和逆变器,电网是负载。蓄电池在充电时是负载,放电时是电源。

2.2、电路的三种状态

电路有三种状态:即通路、开路、短路。

通路是指电路处处接通。通路也称为闭合电路,简称闭路。只有在通路的情况下,电路才有正常的工作电流,开路是电路中某处断开,没有形成通路的电路,开路也称为断路,此时电路中没有电流;短路是指电源或负载两端被导线连接在一起,分别称为电源短路或负载短路。电源短路时电源提供的电流要比通路时提供的电流大很多倍,通常是有害的,也是非常危险的,所以一般不允许电源短路。

光伏系统中,逆变器工作时,组件处于通路状态,组件的电压就是工作电压;逆变器没有工作时,组件处于开路状态,组件的电压就是开路电压,开路电压一般要比工作电压高19%左右。由于组件是一个电流源,内阻比较高,组件短路时电流也不大,约为工作电流的1.25倍,所以单路的组件短路,熔断器不会熔断,逆变器里面的熔断器的主要作用是有多路接入时,任意一组接地,防止别的组串就会流向这一路,超过三路就需要配熔断器了。

2.3、欧姆定律

所谓一段电阻电路是指不包括电源在内的外电路,电阻电路欧姆定律的内容是,流过导体的电流强度与这段导体两端的电压成正比;与这殷导体的电阻成反比。其数学表达式为:

1)当全电路处于通路状态时,得出端电压为:,由公式可知,随着电流的增大,外电路电压也随之减小。电源内阻越大,外电路电压减小得越多。在直流负载时需要恒定电压供电,所以总是希望电源内阻越小越好。

2)当全电路处于断路状态时,相当于外电路电阻值趋于无穷大,此时电路电流为零,开路内电路电阻电压为零,外电路电压等于电源电动势。

3)当全电路处于短路状态时,外电路电阻值趋近于零,此时电路电流叫短路电流。由于电源内阻很小,所以短路电流很大。短路时外电路电压为零,内电路电阻电压等于电源电动势。

2.4、串联和并联电路

在一段电路上,将几个电阻或者电源的首尾依次相连所构成的一个没有分支的电路,叫做串联电路。将两个或两个以上的电阻或者电源两端分别接在电路中相同的两个节点之间,这种连接方式叫做并联电路。

1)串联电路有以下特点:

2)电阻的并联电路有如下特点:

在并联电路中,电阻的阻值越大,这个电阻所分配到的电流越小,反之越大,即电阻上的电流分配与电阻的阻值成反比。这个结论是电阻并联电路特点的重要推论,用途极为广泛,比如,用并联电阻的办法,扩大电流表的量程。

电阻并联的应用,同电阻串联的应用一样,也很广泛。例如:

A因为电阻并联的总电阻小于并联电路中的任意一个电阻,因此,可以用电阻并联的方法来获得阻值较小的电阻。

(2)由于并联电阻各个支路两端电压相等,因此,工作电压相同的负载,如电动机、电灯等都是并联使用,任何一个负载的工作状态既不受其他负载的影响,也不影响其他负载。在并联电路中,负载个数增加,电路的总电阻减小,电流增大,负载从电源取用的电能多,负载变重;负载数目减少,电路的总电阻增大,电流减小,负载从电源取用的电能少,负载变轻。因此,人们可以根据工作需要启动或停止并联使用的负载。

(3)在电工测量中应用电阻并联方法组成分流器来扩大电流表的量程。

光伏系统中,我们也经常会遇到组件串并联的问题:

案例1:在一个光伏系统中,使用120块265W的组件,组件的工作电压是31.4V,工作电流是8.44A,开路电压是38.4V,系统采用20串联6并联的方式,求总功率,总电流,总电压?

答:组件是电源,按照上述串并联的公司,可求出

无论是串联还是并联,总功率都是各块组件的总和,P=120*265=31800W=31.8kW;

串联回路,电流不变,并联电流是各串联回路之和,总工作电流I=8.44*6=50.64A;

并联回路,电压不变,串联电压是各串联回路之和,总工作电压U=31.4*20=628V,总开路电压U=38.4*20=768V。

案例2:有一个客户,买了76块265W的组件,组件的工作电压是31.4V,工作电流是8.44A,客户手头还有4块250W的组件,组件的工作电压是30.8V,工作电流是8.12A,请问这4块组件能不能使用?

答:在设计光伏系统时,要尽量保持同一台逆变器所有的组件都是一致的,但这是最理想状况,实际上我们遇到很多复杂的情况,比如说刚好客户几块老组件,再比如说有人送你几块组件,你是要还是不要。就这个客户而言,我们先分析一下:

逆变器都有两路MPPT,这两路互不干扰,相当于两个回路,我们先把这80块组件分成两部分,40块一路MPPT。有40块全部用新的265W的组件,这一部分发电不受影响。另外40块组件,20块265W的组件组件一串,另外16块265W的组件和4块250W的组件组成一串。按照串联回路电流相等的原理,这一路组件工作电流变成8.12A,原265W的组件降为255W的组件,16块组件合计下降160W,再按照并联回路电压相等的原理,另一路组件电压要下降(31.4-30.8)*4=2.4V,总功率要下降2.4*8.44约为20W,加起来约为180W,如果再考虑组件的MPPT特性,实际下降功率约为250W。相对于增加的1000W功率,损耗的功率比较小。

结论:这4块小功率组件可以接入。

来源:古瑞瓦特
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