Chapter1 太阳能光伏发电系统

太阳能光伏发电系统(PhotovoltaicPowerGeneratingSystem，简称PV系统)有很多类型。这里以在日本普及最广泛的住宅用PV系统为例进行说明。

住宅用PV系统如图1.1所示，由屋顶等位置安装的太阳能电池阵列(包括太阳能电池组件、支架等)、在室内(或室外)安装的功率调节器(包含逆变器和并网保护装置等)以及连接这些设备的布线及接线盒、安装在交流侧的电表等构成。

这种方式称为并网型PV系统。太阳能电池产生直流电，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。

产业用PV系统如图1.2所示。它的基本结构与住宅用PV系统相同，不过住宅用PV系统多与电力公司的单相3线的200V低压相连，而产业用PV系统在厂区内有受变电设备的场合，多与三相3线的6600V的高压相连(但功率调节器与三相3线的200V低压相连)。此外，在产业用PV系统中，还经常看到有设置测量发电量和日照量的测量系统及显示即时发电量的显示系统等。

1.1太阳能光伏发电系统概要

住宅用PV系统基本上是3～5kW的规模，一般设置在屋顶上，而产业用PV系统的规模从数千瓦到1000kW以上，设置场所多在工厂及楼房等建筑物的屋顶、墙面、天窗或地面上，根据用途不同可设置在各种场合。

PV系统也属于发电设备，和火力发电及水力发电一样遵从《电气事业法》规定。以前PV系统作为自家用发电设备处理，根据电气主任技师的选任和安全条例需要定期检查。不过，该法于1995年12月被修订，规定和家庭一般电气设备一起安装的小功率(低压并网且不足20kW)PV系统，作为一般电气设备处理，并且不再需要选任电气主任技师，定期检查也改为自主检查。还有，PV系统的电气工程可以由持有第二类电气工程师资格证书者施工。此外，2011年6月，该法的实施细则部分被修改，由“20kW”放宽到“50kW”。

还有，2004年10月《电气设备技术标准解释》(以下简称《电技解释》)被修订实施，在产业用PV系统中，关于系统并网事项更加明确，有关《电气事业法》请参照第8章内容。

Chapter1 太阳能光伏发电系统

如图1.3所示，PV系统大体上分为与商用电网并网的并网型系统和独立型系统。并网型系统根据并网的商用电网的电压分为特高压并网、高压并网和低压并网。独立型系统分为蓄电池并用型、无蓄电池型和与风力发电并用的混合型系统。在安装PV系统时，应根据用途选择合适的系统。下面介绍具有代表性的系统。

图1.3 PV系统的分类

并网型系统

日本国内采用的PV系统基本上是并网型系统。并网型系统分为有逆流系统和无逆流系统两种(图1.4)。在有逆流系统中，若产生剩余电力，电力公司可以购买剩余电力，在2009年11月剩余电力的购买制度被实施。由于PV系统的输出功率受天气情况影响，为了使住宅等能够稳定使用电力，需要和电力公司的电网系统并网运行。

有逆流系统的动作如图1.5所示。在晴天等太阳能电池输出大于设施(家庭)内的电力需求时，即发电量有剩余的场合，则向电力公司的电网逆流送入，由电力公司买进。在阴天等太阳能电池输出小于设施内的电力需求时，不足部分则由电力公司的电网补充。在夜间等太阳能电池没有输出的场

1.1太阳能光伏发电系统概要

合，像原来那样，由电力公司的电网供电。此外，停电时，与电力公司电网脱离的场合，多采用能够向紧急负荷(紧急照明、通信设备等)供给电力的带有自主运行功能的系统。

图1.4 并网型系统

图1.5 并网系统的动作

Chapter1 太阳能光伏发电系统

无逆流系统主要是在工厂等设施内电力需求通常比PV系统的输出电力大，很少产生逆流的场合下采用。在无逆流系统中，无法确认PV系统产生的剩余电力是否逆流送入电力公司电网，因此，即使产生很小的逆流的场合，系统也应该具有降低PV系统的输出电力或者停止PV系统运行的功能。

另外，PV系统根据并网的电力系统的电压，分为低压并网、高压并网和特高压并网等种类，不同分类的保护装置等并网事项在《电技解释》中均有规定，请参照。

独立型系统

没有与电力公司的配电线并网的系统称为独立型系统。独立型系统一般的构成如图1.6所示。在这种系统中要把使用的电量限制在PV系统的发电量以下，考虑到夜间和雨天PV系统不能发电，此时需要由蓄电池供给电力，蓄电池必须预先充电。这样的系统多在离电力公司电网较远的山区?岛屿等地区采用。最近，在防灾用的路灯、防灾无线电系统等领域也被使用。独立型系统有小到给计算器供电的功率不到1W的系统，也有大到向道路信息显示板供电的数瓦至数千瓦的系统。它有多种多样的实用型系统。没有蓄电池的系统，仅限于在太阳能电池发电时使用，如地板下面的换气扇、公园的喷水设备等使用的潜水泵等系统。此外，近年还出现了附带风车的太阳能电池路灯等与其他自然能源组合的混合型系统。

图1.6 独立型系统

1.2PV系统的设备构成

关于构成PV系统的主要设备，这里对其功能和目的等进行简单叙述。详细介绍请参照第3章～第5章。

1.2PV系统的设备构成

这里以普及最广的硅系太阳能电池组件为例进行说明。太阳能电池中能把光能转换成电能的最小单位是“太阳能电池单体”。太阳能电池单体一般是边长为10～15cm的硅板上形成pn结的半导体的一种。由于太阳能电池单体本身产生的电压约0.5V，比较低，因此使用时需要串联连接成电池组件进行使用。

太阳能电池组件

将数十个太阳能电池单体进行耐候性封装，可以构成太阳能电池组件。在太阳能电池组件内，太阳能电池单体以适当方式相连接，可以得到需要的电压和输出功率。太阳能电池组件的转换效率，单晶硅太阳能电池为15%～17%，多晶硅太阳能电池为13%～15%，非晶硅太阳能电池为6%～10%，化合物太阳能电池(CIS，CIGS等)为11%～12%。

太阳能电池阵列

用钢材等将太阳能电池组件安装在屋顶或地面上，这些太阳能电池组件的组合就是太阳能电池阵列。图1.7为太阳能电池单体、太阳能电池组件及太阳能电池阵列之间的关系。太阳能电池阵列由若干个太阳能电池组件串联及并联连接构成，并且能够得到相应的直流电压和输出功率。

图1.7 太阳能电池阵列