歡迎光臨廣東開普新能源工程服務有限公司

當前位置:首頁>>新聞中心>>公司新聞 >

技術文章(zhāng)|光伏安裝者必備電工知識—電學(xué)基本物

時間:2019-01-18 06:28:32

本章(zhāng)介紹光伏系統的(de)基礎電工知識。
 
從事太陽能發電工作,我們不可(kě)避免要接觸到有關電方面的(de)名詞、術語,也經常有很多用電方面的(de)困惑。同樣的(de)組件,同樣的(de)安裝方式,是什麽因素導緻發電量不一(yī)樣?為(wèi)什麽會發生由用電引發的(de)火災?晚上并網逆變器不工作,為(wèi)什麽隔離(lí)變壓器還會消耗電能?
 
很多經常聽到的(de),看似簡單,又不容易說清的(de)問題,通過本章(zhāng)的(de)學(xué)習都會有明确的(de)答案。 
 
1、電量
 
自(zì)然界中的(de)一(yī)切物質都是由分子(zǐ)組成的(de),分子(zǐ)又是由原子(zǐ)組成的(de),而原子(zǐ)是由帶正電荷的(de)原子(zǐ)核和(hé)一(yī)定數量帶負電荷的(de)電子(zǐ)組成的(de)。在通常情況下,原子(zǐ)核所帶的(de)正電荷數等于核外電子(zǐ)所帶的(de)負電荷數,原子(zǐ)對外不顯電性。但是,用一(yī)些辦法,可(kě)使某種物體上的(de)電子(zǐ)轉移到另外一(yī)種物體上。失去(qù)電子(zǐ)的(de)物體帶正電荷,得到電子(zǐ)的(de)物體帶負電荷。物體失去(qù)或得到的(de)電子(zǐ)數量越多,則物體所帶的(de)正、負電荷的(de)數量也越多。
 
物體所帶電荷數量的(de)多少用電量來表示。電量是一(yī)個物理(lǐ)量,它的(de)單位是庫侖,用字母C表示。1C的(de)電量相當于物體失去(qù)或得到6.25×1018個電子(zǐ)所帶的(de)電量。
 
光伏效應:太陽能電池的(de)工作原理(lǐ),太陽光照在半導體p-n結上,形成新的(de)空穴-電子(zǐ)對,在p-n結電場的(de)作用下,空穴由n區流向p區,電子(zǐ)由p區流向n區,接通電路後就形成電流。
 
 
2、電流
     
電荷的(de)定向移動形成電流。電流有大小,有方向。
 
1)電流的(de)方向:人們規定正電荷定向移動的(de)方向為(wèi)電流的(de)方向。金屬導體中,電流是電子(zǐ)在導體內(nèi)電場的(de)作用下定向移動的(de)結果,電子(zǐ)流的(de)方向是負電荷的(de)移動方向,與正電荷的(de)移動方向相反,所以金屬導體中電流的(de)方向與電子(zǐ)流的(de)方向相反。
 
2)電流的(de)大小:電學(xué)中用電流強度來衡量電流的(de)大小。電流強度就是l秒鍾通過導體截面的(de)電量。電流強度用字母I表示,計算公式如(rú)下:
 

 
式中 I——電流強度,單位安培(A); 
Q——在t秒時間內(nèi),通過導體截面的(de)電量數,單位庫侖(C);
t ——時間,單位秒(s)。
 
實際使用時,人們把電流強度簡稱為(wèi)電流。電流的(de)單位是安培,簡稱安,用字母A表示。如(rú)果1秒內(nèi)通過導體截面的(de)電量為(wèi)1庫侖,則該電流的(de)電流強度為(wèi)1安培,習慣簡稱電流為(wèi)1安。實際應用中,除單位安培外,還有千安(kA)、毫安(mA)和(hé)微安( μA)。
 
它們之間的(de)關系為(wèi):1kA=103A ,1A=10m3A ,1mA=103µA。
 
電流又分正流電和(hé)交流電,太陽能組件,蓄電池等發出來的(de)電是直流電,電流方向不變,但這種電大部分家用電器都用不了,大小和(hé)方向都随時間做(zuò)周期性變化的(de)電流叫交流電,這是我們日常用的(de)電,電流方向變化的(de)快慢叫頻率,我國為(wèi)50Hz,即每秒種變化50次,稱之為(wèi)工頻,有一(yī)些國家為(wèi)60Hz。再往上還有中頻和(hé)高(gāo)頻。
 
由交流電變成直流電叫整流,這樣的(de)設備叫整流器,反過來,由直流電變成變流電叫逆變,這樣的(de)設備叫逆變器。
 
光伏逆變器就是把光伏組件發出來的(de)直流電變成變流電,光伏組件如(rú)果沒有接入逆變器或者控制器,就形成不了一(yī)個回路,這時候沒有電流,隻有電壓。
 
 
 
3、電壓
 
電壓用字母V表示,單位為(wèi)伏特,電場力将1庫侖電荷從a點移到b點所做(zuò)的(de)功為(wèi)1焦耳,則ab間的(de)電壓值就是1伏特,簡稱伏,用字母V表示。常用的(de)電壓單位還有千伏(kV),毫伏(mV)等。
 
它們之間的(de)關系為(wèi):1 kV=103V,l V=103mV。
 
電壓與電流相似,不但有大小,而且有方向。對于負載來說,電流流人端為(wèi)正端,電流流出端為(wèi)負端。電壓的(de)方向是由正端指向負端,也就是說負載中電壓實際方向與電流方向一(yī)緻。對于直流電而言,有正極和(hé)負極,電壓就是正極和(hé)負極之間的(de)電壓差,對于三相交流電而言,有相線和(hé)零線,相線和(hé)相線之間的(de)電壓叫線電壓,我國為(wèi)380Vac,相線和(hé)零線之間的(de)電壓叫相電壓,我國為(wèi)220Vac。
 
光伏組件有兩種電壓,開路電壓和(hé)工作電壓,如(rú)265W的(de)組件,工作電壓一(yī)般為(wèi)30.7V,開路電壓一(yī)般為(wèi)38.2V。不同的(de)組件電壓也不一(yī)樣,一(yī)般60片電池的(de)組件,工作電壓一(yī)般為(wèi)30V到31V之間,72片電池的(de)組件,工作電壓一(yī)般為(wèi)35V到36V之間。
 
常用電壓:一(yī)般手機充電器和(hé)USB電源是5Vdc,鉛酸蓄電池有2V、6V和(hé)12V等三種規格,36Vdc以下稱為(wèi)安全電壓,這個電壓範圍內(nèi)對人體沒有危害。
 
我國的(de)交流電壓分為(wèi)三種,單相220V,三相380V稱為(wèi)低(dī)壓,一(yī)般是家用和(hé)工商業用。三相10kV,15kV,35kV稱為(wèi)中壓,110kV、220kV、330kV、500kV,1000KV稱為(wèi)高(gāo)壓。
 
不同的(de)國家電壓等級不一(yī)樣,如(rú)美國有110V,208V,480V等電壓等級,具體可(kě)以參考《世界各國電網結構與逆變器的(de)選型》這篇文章(zhāng)。
 
光伏組件和(hé)逆變器配在一(yī)起,如(rú)果有陽光,并網逆變器接入電網,離(lí)網逆變器接入負載,就會有電壓和(hé)電流,形成一(yī)個回路,這時光伏組件和(hé)逆變器就形成一(yī)個電源。
 
 
 
4、電源
 
電源是利用非電力把正電荷由負極移到正極的(de),它在電路中将其他形式能轉換成電能。電動勢就是衡量電源能量轉換本領的(de)物理(lǐ)量,用字母E表示,它的(de)單位也是伏特,簡稱伏,用字母V表示。  
 
電源的(de)電動勢隻存在于電源內(nèi)部。人們規定電動勢的(de)方向在電源內(nèi)部由負極指向正極。在電路中也用帶箭頭的(de)細實線表示電動勢的(de)方向,當電源兩端不接負載時,電源的(de)開路電壓等于電源的(de)電動勢,但二者方向相反。
 
可(kě)以用測量組件電壓的(de)辦法,來判斷組件的(de)好壞,比如(rú)在有陽光的(de)情況下測得組件正負極之間的(de)電壓是35Vdc,證明組件是正常工作,如(rú)果測出來是0Vdc,則證明組件是壞的(de)。
 
電源又分為(wèi)電壓源和(hé)電流源,離(lí)網逆變器是電壓源,其特點是輸出電壓保持恒定,輸出電流随負載而變化,離(lí)網逆變器要配蓄電池才給正常工作,因為(wèi)光伏輸入不穩定,負載也不穩定,需要用蓄電池穩定電壓,當光伏輸入功率大于負載的(de)功率時,多餘的(de)電能進入蓄電池儲存起來,防止系統電壓升高(gāo),當光伏輸入功率小于負載的(de)功率時,不足的(de)電能由蓄電池來補充,防止系統電壓降低(dī)。并網逆變器是電流源,電壓跟随電網電壓,電流是跟随陽光輻射量等因素變化而變化。
 
從電源到負載,需要電纜做(zuò)為(wèi)導體來傳遞電能,由于電纜都有電阻,會産生電壓降,所以盡管我國低(dī)壓的(de)單三相電壓等級是220/380V,但并網逆變器做(zuò)為(wèi)電源,其單三相輸出額定電壓為(wèi)230/400V。
 
 
 
5、電阻
 
一(yī)般來說,導體對電流的(de)阻礙作用稱為(wèi)電阻,用字母R表示。電阻的(de)單位為(wèi)歐姆,簡稱歐,用字母Ω表示。如(rú)果導體兩端的(de)電壓為(wèi)1伏,通過的(de)電流為(wèi)1安,則該導體的(de)電阻就是1歐。常用的(de)電阻單位還有(kΩ)、兆歐(MΩ)。它們之間的(de)關系為(wèi):1 kΩ=103Ω,1 MΩ=103kΩ。
 
應當強調指出:電阻是導體中客觀存在的(de),它與導體兩端電壓變化情況無關,即使沒有電壓,導體中仍然有電阻存在。實驗證明,當溫度一(yī)定時,導體電阻隻與材料及導體的(de)幾何尺寸有關。對于二根材質均勻、長(cháng)度為(wèi)L、截面積為(wèi)S的(de)導體而言,其電阻大小可(kě)用下式表示:
 

 
式中  R——導體電阻,單位為(wèi)歐(Ω);
L——導體長(cháng)度,單位為(wèi)米(m);
s——導體截面積,單位為(wèi)平方毫米(mm2);
ρ——電阻率,單位為(wèi)歐·米(Ω·m)。
 
式中電阻率是與材料性質有關的(de)物理(lǐ)量。電阻率的(de)大小等于長(cháng)度為(wèi)1m,截面積為(wèi)1mm2的(de)導體在一(yī)定溫度下的(de)電阻值,其單位為(wèi)歐米(Ω:m)。
 
例如(rú),銅的(de)電阻率為(wèi)1.7×10-8Ω·m,就是指長(cháng)為(wèi)1m,截面積為(wèi)1mm2的(de)銅線的(de)電阻是1.7×10-8Ω。
 
銅和(hé)鋁的(de)電阻率較小,是應用極為(wèi)廣泛的(de)導電材料。以前,由于我國鋁的(de)礦藏量豐富,價格低(dī)廉,常用鋁線作輸電線。由于銅線有更好的(de)電氣特性,如(rú)強度高(gāo)、電阻率小,現在銅制線材被更廣泛應用。
 
分布式光伏系統直流電纜和(hé)交流電纜一(yī)般都采用銅電線或者銅電纜。這是由于銅線內(nèi)阻少,消耗的(de)電功也比較少。
 
 
 
6、電功、電功率
 
電流通過用電器時,用電器就将電能轉換成其他形式的(de)能,如(rú)熱能、光能和(hé)機械能等。
 
我們把電能轉換成其他形式的(de)能叫做(zuò)電流做(zuò)功,簡稱電功,用字母W表示,電功是一(yī)個瞬時值。 電壓單位為(wèi)伏,電流單位為(wèi)安,電阻單位為(wèi)歐,時間單位為(wèi)秒,則電功單位就是焦耳,簡稱焦,用字母J表示。電流在單位時間內(nèi)通過用電器所做(zuò)的(de)功稱為(wèi)電功率,用字母P表示,電功率是一(yī)個帶時間軸的(de)二維值。
 
功率計算方法如(rú)下:
直流功率=直流電壓*直流電流。單相交流功率=交流電壓*交流電流;三相交流功率=線電壓*電流*1.732,如(rú)一(yī)台三相逆變器,輸出額定電壓是400V,輸出額定電流為(wèi)64.5A,輸出功率為(wèi)400*64.5*1.732,約為(wèi)44.7kW。
 
電功單位為(wèi)焦耳,時間單位為(wèi)秒,則電功率的(de)單位就是焦耳/秒。焦耳/秒又叫瓦特,簡稱瓦,用字母W表示。在實際工作中,常用的(de)電功率單位還有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等。它們之間的(de)關系為(wèi):1kW=103W,1W=103mW。
 
1)當用電器的(de)電阻一(yī)定時,電功率與電流平方或電壓平方成正比。若通過用電器的(de)電流是原來電流的(de)2倍,則電功率就是原功率的(de)4倍;若加在用電器兩端電壓是原電壓的(de)2倍,則電功率就是原功率的(de)4倍。
 
2)當流過用電器的(de)電流一(yī)定時,電功率與電阻值成正比。對于串聯電阻電路,流經各個電阻的(de)電流是相同的(de),則串聯電阻的(de)總功率與各個電阻的(de)電阻值的(de)和(hé)成正比。
 
3)當加在用電器兩端的(de)電壓一(yī)定時,電功率與電阻值成反比。對于并聯電阻電路,各個電阻兩端電壓相等,則各個電阻的(de)電功率與各電阻的(de)阻值成反比。
 
在實際工作中,電功的(de)單位常用千瓦小時(kW·h),也叫“度”。1千瓦小時是1度,它表示功率為(wèi)1千瓦的(de)用電器1小時所消耗的(de)電能,即1kW·h=1kW×1h。