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简介家用太阳能电池系统

太阳能电池系统(Solar photovoltaic systems),也称PV系统,或太阳能光伏系统,​​​​通过转化太阳光能量为电能,可以为电灯,家用电器,甚至电动汽车供电,正在成为传统电力的一个替代电力来源。

这太阳能电池系统是怎样工作的呢?

下图诠释了这个工作流程:

how solar system works

1, 一个个的光伏 (PV) 电池被镶嵌入设计好的面板上,这就是太阳能电池板。阳光照射在安装好的太阳能板上,被化学转化为直流 (DC) 电。
2, 直流电进入逆变器,由其转换为交流电 (AC) 供家庭使用。
3, 公用事业仪表记录下家庭消耗的净电量 (Kwh)。 当系统产生的电力超过家庭所需时,多余的电力将通过电网卖给电力公司,并作为积分记录在您专有的公用事业账户。 这些积分有助于抵消夜间或阴天光伏系统发电量不足时的千瓦时使用成本。

太阳能电池系统的主要组成部分:

几种主要太阳能电池

solar panel types
单晶和多晶太阳能板 太阳能薄膜板 ​​ 建筑整合太阳能

单晶硅太阳能电池板​​是黑色的,多晶硅太阳能电池板是蓝色的。有一种观点认为单晶硅太阳能板的光电转换效率更高,通常达到20%,安装所需空间更小,寿命更长,在低日照情况下性能更好;缺点是成本更高,在高性能情况下温度升高。多晶硅太阳能板的寿命不会太长,更便宜一些,但是效率较低,通常达到16%左右,在高性能情况下也会温度升高。Sunpower公司为客户提供的多数是单晶硅太阳能电池板。

太阳能薄膜电池的优点是:质量小,厚度极薄(几个微米),可弯曲,制造工艺更简单,成本更低等。科研机构正致力于使其光电转换效率赶上晶硅太阳能电池的效率水平。其主要缺点是​​由于薄膜材料的生长机制决定了其容易潮解,光致衰减达30%(光致衰减是指光伏组件在初始应用的几天,其输出功率会发生较大的急剧性下降,但是其输出功率还是会逐渐稳定)。目前还没有大规模进入商业应用。

建筑整合太阳能或建筑一体化光伏(Building-integrated photovoltaics, BIPV), ​​意思就是使用太阳能光伏材料取代传统建筑材料在建筑物中的某些角色;通常从设计阶段就开始规划光伏材料和建筑的融合。比如以太阳能屋顶或太阳能瓦代替传统屋顶,以光伏窗、光伏玻璃幕墙代替传统窗户、传统玻璃幕墙或墙壁等,目的是能够部分或全部供应该建筑用电,变传统建筑为绿色建筑。BIPV系统可以节省材料和电力成本,因此成为现在成长最快的太阳能产业应用。

Tesla 的太阳能屋顶即属于这一类应用产品。

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逆变器

逆变器是将直流电(DC)转换为交流电(AC)以供家庭使用或向公用电网供电的电子设备,是太阳能系统不可少的配件。 其有两种类型:中央逆变器和微型逆变器。

中央逆变器: 一个太阳能电池板阵列一个单独的逆变器。 大多数太阳能系统都安装此类逆变器。 中央逆变器的功率大小取决于与其相连太阳能电池阵列的面板总数。 因此,如果未来可能扩容电池阵列,就需要在设计之初就考虑到相关问题。相较微型逆变器,它的功率也较低。但中央逆变器的优点是维护较容易,成本较低。

solar central inverter

微型逆变器: 附属每个面板的一种单独的逆变器。使用 微型逆变器的好处是它的效率更高;另外当需要改变太阳能电池阵列数量的时候,只需为每个附加面板添加一个额外的微型逆变器就行了,操作更简单。微型逆变器的缺点则是维护较麻烦,成本更贵一些。

micro-inverters

Sunpower 公司的太阳能系统采用的即是微型逆变器。

支架

大部分太阳能电池系统的安装都需要用到某种支架以使其固定在一定位置。一般有屋顶光伏支架、​​​​地面光伏支架。材质通常为铝合金,碳钢或不锈钢。在特殊的地形下也可能使用钢结构与水泥结构相结合的方式做支架。有能力的太阳能公司在为用户安装屋顶太阳能电池板时,会考虑到将支架尽量做到“隐形”,以保持房屋外形美观。

solarpanelracking
racking
racking

太阳能智能监控系统

一些太阳能公司(比如Sunpower公司)现在可以做到将太阳能电池系统纳入智能监控。用户可以在手机上下载一个公司提供的家用太阳能智能系统软件,就能够随时了解自家屋顶光照变化、当日发电量、售电量等的情况,使得太阳能电池系统成为智能家居的一部分。