光伏系統(tǒng)理論知識(shí)光伏系統(tǒng)資料.當(dāng)烏云布滿天空時(shí)，悲觀的人看到的是“黑云壓城城欲摧”，樂觀的人看到的是“甲光向日金鱗開”。無論處在什么厄運(yùn)中，只要保持樂觀的心態(tài)，總能找到這樣奇特的草莓。光伏系統(tǒng)知識(shí)第一章光伏系統(tǒng)組成一、 概述太陽能是取之不盡用之不竭的清潔能源。我們不但可以充分利用太陽輻射能量的光熱效應(yīng)（如太陽能真空管集熱、槽式光熱發(fā)電、碟式高溫發(fā)電、太陽能海水淡化等等），還可以充分利用其光電效應(yīng)開發(fā)各種各樣的太陽能光電產(chǎn)品。盡管光電轉(zhuǎn)換效率只有百分之十幾，近幾年卻得到了快速的發(fā)展。未來五年內(nèi)，光伏行業(yè)必將突破瓶頸、大刀闊斧、突飛猛進(jìn)，其應(yīng)用前景十分的廣闊壯麗。投身于光電事業(yè)，前途遠(yuǎn)大，可以說大得無邊無際。投身于光伏事業(yè)，是在為綠色環(huán)保并可持續(xù)發(fā)展做著貢獻(xiàn)；投身于光伏事業(yè)，是在為人類健康、明亮、美好的未來添磚鋪瓦；投身于光電事業(yè)，是無比光榮的，我們應(yīng)該為自己的勤奮工作而自豪。二、 太陽能電池的工作原理那么電是怎么來的呢？為什么半導(dǎo)體PN結(jié)經(jīng)太陽光一照就有電呢？科學(xué)家們將這種光照生電的現(xiàn)象叫做“光生伏打效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。光伏效應(yīng)的核心原理就是PN結(jié)的“空穴導(dǎo)電”。空穴代表著正電荷，正電荷的移動(dòng)就形成了電流，這個(gè)電流就叫“光生電流”它與光電池板的面積、，光照度、光電池板表面溫度等因素有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，光生電流的大小，受光電池板安裝角度偏差的影響也是非常大的而且變化迅速，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，光伏電壓對(duì)安裝角度的偏差變化則反應(yīng)遲鈍，受其影響很小。電池的驅(qū)動(dòng)能力的大小也即電動(dòng)勢(shì)的大小與電流是直接相關(guān)的，雖然電動(dòng)勢(shì)是以“伏特”為單位來表示的，但其“實(shí)力”是由內(nèi)部電流的強(qiáng)弱決定的，實(shí)踐中我們經(jīng)常能遇到這樣的情況，一節(jié)（塊）電池的電壓還很高，但是電流特別小，電壓再高也是虛的。那什么是電流呢？電流就是電子的定向移動(dòng)。回路中電流的方向永遠(yuǎn)與電子流動(dòng)的方向相反。對(duì)太陽能電池來說，光生電流的方向就是“空穴”移動(dòng)的方向，也就是電子流的反方向。光生電流決定了太陽能電池的發(fā)電效率，因此光電產(chǎn)品和光伏工程特別要注意光電池組件板的安裝角度。角度偏差一點(diǎn)點(diǎn)，光生電流都會(huì)下降很多。光生電流的產(chǎn)生，表面上看是“空穴導(dǎo)電”形成的，但實(shí)質(zhì)上還是電子的“定向填充空穴”形成的。那么“空穴移動(dòng)”和電子“填充空穴”又是怎么回事呢？先看看太陽能電池的制做材料單晶硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單晶硅內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)是四價(jià)電子結(jié)晶形態(tài)。硅原子靠這四價(jià)電子相互間形成強(qiáng)勁有力的離子鍵從而即相互吸引、又相互排斥，所有的硅原子都形成有規(guī)則的排列，橫看成一，豎看成列，縱看成行，美麗而神奇。原子間的空格也叫晶格，是自由電子活動(dòng)的空間。P型半導(dǎo)體就是在美麗的四價(jià)單晶硅中摻雜了三價(jià)的硼原子，結(jié)果，某一個(gè)硼原子取代了硅原子，混在晶格中，但因?yàn)榕鹪又車挥腥齻€(gè)電子，必定有一對(duì)離子鍵因失配而呈現(xiàn)“空缺”（缺少一價(jià)電子相配），這就存在了一種不穩(wěn)定或者說不平衡的趨勢(shì)，“空穴”的形象化比喻由此而來，“空穴”時(shí)時(shí)表現(xiàn)出使晶格趨于穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。這就是P型半導(dǎo)體的特性。再說說N型半導(dǎo)體。與P型半導(dǎo)體相類似，單晶硅在高溫高壓下形成結(jié)晶態(tài)之前，在純硅當(dāng)中摻雜了五價(jià)的磷原子，結(jié)晶形成后，某一個(gè)磷原子占據(jù)了硅原子的位置混在晶格中，結(jié)果必定有一價(jià)電子找不到配對(duì)、無家可歸因而成為不安定因素。N型半導(dǎo)體就形成了?，F(xiàn)在要做一件好事，就是把P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體貼合在一起。結(jié)果在接觸面上就形成了很薄很薄的半導(dǎo)體膜層，這個(gè)膜層被科學(xué)家稱為PN結(jié)，PN結(jié)是一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)，具有單向?qū)щ娦?，即加上正向電?chǎng)就導(dǎo)通，加上反向電場(chǎng)就截止。PN結(jié)是半導(dǎo)體器件技術(shù)和電子科學(xué)發(fā)展的最關(guān)鍵之基礎(chǔ)。目前實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的PN結(jié)可以細(xì)微到納米級(jí)。這意味著超大規(guī)模集成電路的開發(fā)應(yīng)用會(huì)來一次歷史性的飛躍，帶給我們的好處是最高檔的PC機(jī)可以制做得很輕、很薄、很小巧。太陽能電池的外表面一一向陽的一面是富空穴的P型半導(dǎo)體，緊貼下面的就是富電子的N型半導(dǎo)體。在太陽光子的激發(fā)下，N區(qū)的自由電子異?；钴S，終于沖破PN結(jié)的阻擋，逐次開始填充P區(qū)中的空穴。有意思的是，這些空穴由下向上逐次被電子填充，就好象空穴由上而下在悄悄移動(dòng)。這就是“空穴的移動(dòng)”，這個(gè)移動(dòng)是虛擬移動(dòng)，晶格中的每個(gè)原子都在各自的位置上紋絲不動(dòng)，動(dòng)的只是與正電荷相配對(duì)的電子而已。太陽能電池的電動(dòng)勢(shì)由此而生。但是，空穴的虛擬移動(dòng)和電子的實(shí)際定向移動(dòng)還都只是帶有電荷的載流子向電池上下兩面的聚集，只能形成電動(dòng)勢(shì)，還不能形成電流。要形成電流還得怎么樣？還要在電池的兩端加上導(dǎo)線使其構(gòu)成回路才行。三、光伏系統(tǒng)的基本組成1、 光伏系統(tǒng)基本上由四部分組成：1、太陽能電池組件；2、蓄電池組；3、蓄電池充放電控制器或稱直流控制器；4、直流負(fù)載或交流負(fù)載。此外，如果負(fù)載是交流的，還要為交流負(fù)載配備交流逆變電源，可以將交流逆變電源連同交流負(fù)載共同視為一個(gè)直流負(fù)載子系統(tǒng)。如圖所示。充放電控制器太陽電池組件陣列交流逆變電源蓄電池組交流負(fù)載直流負(fù)載光伏系統(tǒng)組成典型原理框圖2、 光伏系統(tǒng)工作原理（1）太陽能電池組件在陽光照射下會(huì)產(chǎn)生光伏電壓和光生電流，是光伏系統(tǒng)的發(fā)電裝置。它輸出的是直流電，經(jīng)充放電控制器整定后用來為蓄電池充電；充電的過程是儲(chǔ)能的過程。（2）蓄電池是光伏系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置。白天，太陽能被光電池轉(zhuǎn)化為電能，通過給蓄電池充電，電能又轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。到了晚上，太陽能電池停止發(fā)電和充電，蓄電池開始對(duì)負(fù)載放電，化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能供給光源工作。所以，一個(gè)完整的光伏系統(tǒng)在一晝夜間發(fā)生了一系列能量的轉(zhuǎn)化:太陽輻射能f電能f電化學(xué)能f電能f電光照明。（3）智能化充放電控制器在光伏系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化中起著極其重要的控制作用。這個(gè)控制器具有先進(jìn)的充電控制、放電控制以及過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過載保護(hù)反接保護(hù)等一系列保護(hù)功能。光伏系統(tǒng)的性能好壞與控制器有著重大關(guān)系，可以說充放電控制器是光伏系統(tǒng)的心臟。目前光伏系統(tǒng)用充放電控制器都以單片機(jī)對(duì)充放電過程尤其是充電過程進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，大大提高了系統(tǒng)可靠性。3、 光伏系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用實(shí)例較大型的光伏系統(tǒng)目前已經(jīng)得到了廣泛的推廣應(yīng)用，比如在無電、缺電且太陽輻照度好的地區(qū)建造幾十千瓦級(jí)的甚至更大裝機(jī)容量的太陽能電站，這種獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的光伏電站稱為“離網(wǎng)光伏系統(tǒng)”。但這不是發(fā)展的主流。發(fā)展的主流是什么？是大面積建設(shè)與市電并網(wǎng)的光伏系統(tǒng)。只有建造這樣的光伏系統(tǒng)，太陽能發(fā)電技術(shù)和系統(tǒng)產(chǎn)品才能走入城市、走入鄉(xiāng)村、走入小區(qū)、走入千家萬戶。最近，大型并網(wǎng)太陽能電站已紛紛建成，這說明政府官員的綠色環(huán)保節(jié)能意識(shí)在不斷提升，偉大的太陽能光伏事業(yè)越來越受到政府的認(rèn)可和支持。中小型的光伏系統(tǒng)常常應(yīng)用在屋頂。這就是著名的“光伏屋頂計(jì)劃”，在我國，不久前，無錫尚德向上海和蘇浙地區(qū)推出了“1000屋頂計(jì)劃”，受到了國家政府有關(guān)部門以及中國太陽能協(xié)會(huì)的高度贊揚(yáng)和大力支持。這是個(gè)好勢(shì)頭，預(yù)示著太陽能時(shí)代的到來。最近一兩年，太陽能燈具就如雨后春筍，紛紛破土而出。太陽能燈具是小型的獨(dú)立光伏系統(tǒng)，比較成熟的有用于功能照明的路燈，有用于夜景照明的庭院燈，此外還開發(fā)出裝飾性很強(qiáng)的太陽能草坪燈。更小的堪稱微型的光伏系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)也有所創(chuàng)新，如太陽能應(yīng)急燈，太陽能便攜式電源、太陽能手機(jī)充電器等等，非常有誘惑力。并網(wǎng)系統(tǒng)要比離網(wǎng)系統(tǒng)安全可靠、不受天氣的影響，白天為負(fù)載供電，多余的電能饋入市電網(wǎng)，如果遇上陰雨天，由市電為負(fù)載供電，避免了獨(dú)立光伏系統(tǒng)受天氣影響的弊端。對(duì)于獨(dú)立運(yùn)行的離網(wǎng)式光伏系統(tǒng)而言，連陰雨天是其軟肋，即便將系統(tǒng)設(shè)計(jì)得再好，也無法避免連陰天造成的蓄電池缺電。通常，為了使陰雨天系統(tǒng)能夠正常工作，連陰雨天常被設(shè)計(jì)成3~7天，假定設(shè)計(jì)成5個(gè)連陰天，所配備的蓄電池放電容量基本上是一天負(fù)載用電量的5倍，成本加大不算，實(shí)際上能不能避免陰天缺電呢？實(shí)踐證明了不能。因?yàn)橐粋€(gè)月內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)7~9個(gè)連陰天的情況是客觀存在的。所以科學(xué)合理安全可靠的“光伏并網(wǎng)系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)徹底甩掉了龐大而且沉重的蓄電池包袱，也就免去了蓄電池場(chǎng)地占用，同時(shí)免去了蓄電池復(fù)雜的充放電管理制度，免去了充放電控制器環(huán)節(jié)，也免除了循環(huán)蓄電池壽命太短而造成的系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。所以說并網(wǎng)更加科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。大力推廣光伏并網(wǎng)發(fā)電，就是為推廣綠色環(huán)保并可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)；大力推廣光伏并網(wǎng)發(fā)電，就是為人類現(xiàn)在及未來明亮、潔凈、健康的美好生活添磚鋪瓦。不論是推廣者還是使用者，我們都一樣的光榮，因?yàn)槲覀兌荚谛母是樵傅爻袚?dān)著一份社會(huì)責(zé)任。并網(wǎng)系統(tǒng)要比離網(wǎng)系統(tǒng)安全可靠、不受天氣的影響，白天為負(fù)載供電，多余的電能饋入市電網(wǎng)，如果遇上陰雨天，由市電為負(fù)載供電，避免了獨(dú)立光伏系統(tǒng)受天氣影響的弊端。對(duì)于獨(dú)立運(yùn)行的離網(wǎng)式光伏系統(tǒng)而言，連陰雨天是其軟肋，即便將系統(tǒng)設(shè)計(jì)得再好，也無法避免連陰天造成的蓄電池缺電。通常，為了使陰雨天系統(tǒng)能夠正常工作，連陰雨天常被設(shè)計(jì)成3~7天，假定設(shè)計(jì)成5個(gè)連陰天，所配備的蓄電池放電容量基本上是一天負(fù)載用電量的5倍，成本加大不算，實(shí)際上能不能避免陰天缺電呢？實(shí)踐證明了不能。因?yàn)橐粋€(gè)月內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)7~9個(gè)連陰天的情況是客觀存在的。所以科學(xué)合理安全可靠的“光伏并網(wǎng)系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)徹底甩掉了龐大而且沉重的蓄電池包袱，也就免去了蓄電池場(chǎng)地占用，同時(shí)免去了蓄電池復(fù)雜的充放電管理制度，免去了充放電控制器環(huán)節(jié)，也免除了循環(huán)蓄電池壽命太短而造成的系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。所以說并網(wǎng)更加科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。大力推廣光伏并網(wǎng)發(fā)電，就是為推廣綠色環(huán)保并可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)；大力推廣光伏并網(wǎng)發(fā)電，就是為人類現(xiàn)在及未來明亮、潔凈、健康的美好生活添磚鋪瓦。不論是推廣者還是使用者，我們都一樣的光榮，因?yàn)槲覀兌荚谛母是樵傅爻袚?dān)著一份社會(huì)責(zé)任。在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，太陽能電池組件是用來發(fā)電的裝置，直流電生產(chǎn)出來，要變換成合乎市電規(guī)范的交流電，也既符合市電標(biāo)準(zhǔn)電壓正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)電流余弦波型，逆變的三相交流電每一相的正弦波和余弦波要與相對(duì)應(yīng)的市電單相電同相位、同頻率、同振幅此外ABC三相相位角互成120°，才可以將逆變的單相電或三相電并入市電網(wǎng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)有兩種方式，一種是單相并網(wǎng)，另一種是分組三相并網(wǎng)方式。對(duì)于小型光伏電站，采用單相集中逆變方案比較簡(jiǎn)潔，所謂單相集中逆變就是將太陽能電池所生的各支路直流電全部匯并到直流電源母線上，然后集中輸送給單臺(tái)逆變電源輸入端，逆變電源輸出單相交流電，并入市電網(wǎng)。對(duì)于裝機(jī)容量（20KW）較大的電站，建議采用分組三相并網(wǎng)方式。這樣設(shè)計(jì)有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是避免三相不平衡；二是一旦有一組（發(fā)電和逆變系統(tǒng)將平均分為ABC三個(gè)單相組）出現(xiàn)了故障不至于影響全局；三是系統(tǒng)直流母線電流大幅度降低，傳輸線上的電熱損耗也會(huì)大大降低，線纜的載荷能力也不必要求過高，線徑當(dāng)然也就用不著設(shè)計(jì)得那么大，這對(duì)安裝施工和降低安裝成本都是有利的。不論是單相并網(wǎng)還是三相并網(wǎng)，用電負(fù)載都仍然接在市電網(wǎng)上，并網(wǎng)前后的不同是，市電網(wǎng)因有光伏電力的并入會(huì)出現(xiàn)調(diào)峰電壓，這個(gè)調(diào)峰電壓會(huì)使用戶電度表逆轉(zhuǎn)，電度表逆轉(zhuǎn)讀數(shù)當(dāng)然會(huì)減少，由此就可沖減總的用電數(shù)量。如光伏發(fā)電一千瓦時(shí)，讀數(shù)就減少1度電。用戶最終只需付市電用電和光伏發(fā)電電量之間的差額費(fèi)用即可。四、幾個(gè)比較常見的光伏系統(tǒng)概念1、太陽常數(shù)：在地球大氣層的上界，由于太陽光線不受大氣層的影響，太陽輻射能有一個(gè)比較恒定的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值就叫太陽常數(shù)。它表明了地球在單位時(shí)間內(nèi)與單位面積上能夠接受多少太陽能。具體定義：在地球大氣層上界、垂直于太陽光線的平面上，每平方米每分鐘接受的太陽太陽總輻射能為1367+7W/m2，這個(gè)數(shù)值就是太陽常數(shù)。2、大氣質(zhì)量：通常把太陽處于90°高度時(shí)，光線穿過大氣層的路程，稱為1個(gè)大氣質(zhì)量。大氣質(zhì)量越大，太陽光線經(jīng)過大氣的路程就越長(zhǎng)，太陽光線的衰減就越多，光照強(qiáng)度也就越弱，到達(dá)地面的輻射能量也就越小。D太陽光線BAC大氣層上界面地球所以說，太陽輻射能是由低緯度向高惟緯度逐漸減弱的。如圖所示。顯然，光線穿過大氣層的路程A段最短，D段最長(zhǎng)。國際上通行的標(biāo)準(zhǔn)的太陽能電池測(cè)試條件是：陽光普照度為1000W/m2,大氣質(zhì)量AM=1.5，環(huán)境溫度25°C。參照上圖，A段區(qū)域的大氣質(zhì)量AM=1，那么AM1.5應(yīng)在B段區(qū)域或C段區(qū)域。1、開路電壓Voc、短路電流Isc太陽能電池組件在光照下便可發(fā)電，使光電池正負(fù)極間開路，測(cè)得的電壓值就叫開路電壓Voc；測(cè)量方法：用高內(nèi)阻電壓表表筆跨接在光組件正負(fù)極間即可。開路電壓是在電池與負(fù)載回路開路（負(fù)載電流為零）的情況下的重要指標(biāo)。若使光電池正負(fù)極間短路，測(cè)得的電流值就是短路電流Isc，測(cè)量方法：用低內(nèi)阻電流表表筆跨接在光組件正負(fù)極間即可。短路電流是在電池與負(fù)載回路中負(fù)載被短路（負(fù)載電壓為零）的情況下的重要指標(biāo)。2、填充因子FF填充因子也是衡量太陽能電池性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。它表明了太陽能電池的“出力”效率?！俺隽Α币彩枪夥夹g(shù)中經(jīng)常使用的專業(yè)術(shù)語，意思就是太陽能電池的發(fā)電能力。一般有兩種說法，當(dāng)談到光生電流的大小時(shí)，常說成是太陽能電池的“電流出力”大小；當(dāng)談到光伏電壓大小時(shí)，口語中常說成“電壓出力”大小。參看下圖及公式來進(jìn)一步理解“填充因子FF”。IpvIscPmaxPmax=VmaxXImaxFF=1.0Imax填充因子：FF=VmaxXImaxVocXIsc0VmaxVocVpv太陽能電池輸出伏安特性曲線在圖中可見，開路電壓Voc、短路電流Isc都是光電池的極限值，當(dāng)光電池接入系統(tǒng)也即接入負(fù)載（一般都是待充電的蓄電池組）后，Voc及Isc是不存在的。但是理論分析和測(cè)試分析上Voc及Isc是兩個(gè)很重要的參數(shù)。上圖中曲線上總能找到一點(diǎn)最大功率輸出點(diǎn)Pm，使得IXV最大，見上圖中陰影面積（在伏安特性曲線中，面積等效于功率）。Pmax稱為峰值功率，效率FF就稱為填充因子，見上圖右邊數(shù)學(xué)模型。一般，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（STC）下，峰值功率Pmax點(diǎn)上填充因子FF=0.75；這個(gè)結(jié)論是很多實(shí)踐證實(shí)了的，所以可以根據(jù)開路電壓、短路電流來估算光電池組件的峰值功率。5、各地區(qū)平均峰值日照時(shí)數(shù)峰值日照時(shí)數(shù)是指一天中太陽光輻射到具有一定安裝角度的平面上的有效時(shí)間段，也即一天中，太陽能電池板可獲得的太陽輻射能量的有效時(shí)間段。這個(gè)數(shù)值一般為3~6個(gè)小時(shí)左右。這個(gè)日照時(shí)數(shù)非常之重要，是光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中太陽能電池容量配置設(shè)計(jì)中必須用到的一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)可以在公開或半公開的技術(shù)資料中查得到，可以直接拿來用。如濟(jì)南地區(qū)平均日照時(shí)數(shù)為4.443，安裝一套峰值功率為1000Wp的太陽能電池組件，平均日發(fā)電量（千瓦時(shí)KWH，即電度表中“度”的單位）就可以知道了：為4.443度。第一章太陽能發(fā)電裝置：太陽能電池組件一、產(chǎn)品說明太陽電池組件是將單體太陽電池串、并聯(lián)和嚴(yán)密封裝制成的，這是因?yàn)椋?、單體太陽電池由單晶硅和多晶硅材料制成的，其機(jī)械強(qiáng)度弱，不能承受較大力的撞擊，薄而易碎。2、大氣中的水分和腐蝕性氣體會(huì)慢慢銹蝕和氧化電極，逐漸使電極脫落，壽命終止，因此須將電池電極與大氣隔絕。3、單體電池的工作電壓只有0.4V-0.45V，遠(yuǎn)不能滿足一般用電設(shè)備的電壓要求，單體電池尺寸受硅材料尺寸所限，輸出功率小。因此常將單體太陽電池組合封裝成可作為獨(dú)立電源使用的組件。目前市場(chǎng)上的單體太陽電池：按規(guī)格分主要有103*103、125*125、150*150三種。按制造電池材料可分為單晶硅和多晶硅類型。二、太陽電池的電氣特性和電氣參數(shù)短路電流（Shortcircuitcurrent）Isc開路電壓（Opencircuitvoltage）Voc伏發(fā)生器在空載（開路）情況下的端電壓。Im為最大工作點(diǎn)電流（Optimumoperatingcurrent），我們通常稱為峰值電流。Vm為最大工作點(diǎn)電壓（Optimumoperatingvoltage），我們通常稱為峰值電壓。峰值功率（Typicalmaximumpower）Pm=ImVm，它是電池的最大輸出功率，在一定的溫度和輻照條件下，光在一定的溫度和輻照條件下，光伏發(fā)生器在端電壓為零（短路）時(shí)的輸出電流。我們通常稱為峰值功率。評(píng)價(jià)太陽電池輸出特性的另一重要參數(shù)是填充因子：FF=Pm/VocIsc=VmIm/VocIsc；在一定光強(qiáng)下，F(xiàn)F愈大，曲線愈方，輸出功率愈高。太陽電池的轉(zhuǎn)換效率：太陽電池的轉(zhuǎn)換效率用n表示，即太陽電池最大輸出功率與照射到電池上的入射光的功率之比。三、相關(guān)光伏術(shù)語單體太陽電池：具有正負(fù)極并能把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能的最小太陽電池單元。轉(zhuǎn)換效率：指受光照太陽電池的最大功率與入射到該太陽電池上的全部輻射功率的百分比。組件（太陽電池組件）：指具有封裝及內(nèi)部聯(lián)結(jié)的能單獨(dú)提供直流電輸出的最小可分割的太陽電池組合裝置。板（太陽電池板）：由若干個(gè)太陽電池組件按照一定方式組裝在一塊板下的組裝件叫板（一板，常為方陣的一個(gè)單元）。方陣（太陽電池方陣）：由若干個(gè)太陽電池組件或太陽電池板在機(jī)械和電氣上按照一定方式組裝在一起并且有固定的支撐結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的直流發(fā)電單元。四、電池組件特點(diǎn)按國際電工委員會(huì)IEC1215：1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并經(jīng)過充分的試驗(yàn)論證，確保組件的質(zhì)量、電性能和壽命要求。組件采用優(yōu)質(zhì)的單晶硅太陽電池，轉(zhuǎn)換效率高。組件的標(biāo)稱工作電壓和標(biāo)稱輸出功率可按不同的要求設(shè)計(jì)，滿足不同用戶的需求。具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能經(jīng)受運(yùn)輸、安裝和使用過程中發(fā)生的沖擊、震動(dòng)和其他應(yīng)力，并具有優(yōu)良的防腐、防風(fēng)、防水和防雹能力。組件的絕緣強(qiáng)度大于100MQ。產(chǎn)品使用壽命不小于15年；五、太陽電池組件結(jié)構(gòu)太陽電池組件的可靠性很大程度上取決于其防腐、防潮、防沖擊等能力：這就取決于組件的封裝結(jié)構(gòu)、邊緣密封效果和組件背面接線盒的質(zhì)量。目前太陽電池組件所采用的封裝結(jié)構(gòu)為：玻璃一EVA（乙烯一醋酸乙烯共聚物）一太陽電池一EVA一TPT膜（耐侯性復(fù)合氟塑料膜）層疊封裝，再組裝導(dǎo)線、接線盒、邊緣密封帶和鋁臺(tái)金框架，這種結(jié)構(gòu)中電池和接線盒之間可直接用導(dǎo)線連接。組件制造過程中所使用的材料、零配件和結(jié)構(gòu)在壽命上互相一致，不會(huì)因一處損壞而使整個(gè)組件失效。六、太陽電池組件封裝材料1.玻璃：采用低鐵鋼化玻璃（又稱為白玻璃），厚度3.2mm，透光率達(dá)91%以上。此玻璃同時(shí)能耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降。2.EVA：采用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為0.5mm的優(yōu)質(zhì)EVA膜層作為太陽電池的密封劑和與玻璃、TPT之間的連接劑。具有較高的透光率和抗老化能力。3.TPT:太陽電池的背面：覆蓋物一氟塑料膜為白色，對(duì)陽光起反射作用，因此對(duì)組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當(dāng)然，此氟塑料膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。4.邊框：所采用的鋁合金邊框具有高強(qiáng)度，抗機(jī)械沖擊能力強(qiáng)。第三章儲(chǔ)能設(shè)備：蓄電池一、概述光伏系統(tǒng)中蓄電池是用來儲(chǔ)存電能的部件。在蓄電池中，電能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，這就是蓄電池充電的過程；當(dāng)太陽能電池給蓄電池充電完畢，負(fù)載開始用電的時(shí)候，蓄電池中的化學(xué)能就開始轉(zhuǎn)換為電能，這就是蓄電池的放電過程。目前在光伏系統(tǒng)中常用的蓄電池基本上是密封鉛酸蓄電池。為什么？因?yàn)檫@種電池非常便宜。但是，因?yàn)檫@種電池是密封免維護(hù)的，與以往的開口式鉛酸蓄電池相比，不能人工加水、加酸并在線測(cè)試電池電解液的溫度、比重、電壓來切實(shí)維護(hù)，所以這種鉛酸密封免維蓄電池對(duì)充電制度和放電制度要求極為精細(xì)嚴(yán)格，再也不能用過去那種粗放式的簡(jiǎn)單充放電方法來管理蓄電池了，所以現(xiàn)在蓄電池技術(shù)專家們已經(jīng)研究出更加科學(xué)安全的充放電制度來，比如PWM（脈寬調(diào)制）充電技術(shù)，就非常好，而且充放電控制器也嵌入了單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)受控蓄電池組進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。有關(guān)控制器的知識(shí)將在下一章中介紹。蓄電池是光伏系統(tǒng)中的最最重要的組成部件。為什么？因?yàn)樾铍姵剡@東西太嬌氣、太嬌貴。稍微使用不當(dāng)，它都要完蛋。如果儲(chǔ)能部件壞掉了，光伏系統(tǒng)還能正常工作嗎？顯然不能。因?yàn)樘柲茈姵兀壳埃┑墓怆娹D(zhuǎn)換效率太低了，根本不可能象火電廠的發(fā)電機(jī)組一樣在線直供。什么時(shí)候光電轉(zhuǎn)換效率能提高到85%了，什么時(shí)候才可以設(shè)想太陽能電池的在線直供。那么目前這個(gè)狀況我們只能是好好設(shè)計(jì)、好好使用、好好保養(yǎng)蓄電池。不要讓其過充電，也別讓它過放電，也不要讓它天天欠充電。過充電的危害是使蓄電池失水，因?yàn)檫^充態(tài)會(huì)使蓄電池過多釋氣，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生水的電解這種極端惡劣的情況。失水后電解液濃度變高、溫度升高，電極電壓進(jìn)一步上升，從而加速電池的失水。進(jìn)入惡性循環(huán)后，電池很快就會(huì)完蛋。與過充危害相類似的還有蓄電池的“熱失控”現(xiàn)象，這也是一大危害，“熱失控”也是由于充電電壓過高引起的?？梢娺^充電是鉛酸蓄電池的致命殺手。欠充或過放則會(huì)使蓄電池電解液中的純硫酸鹽化，負(fù)極板生成粗大難溶的硫酸鹽，電解液中活性物質(zhì)降低，電池容量自然變小。使用中會(huì)感覺電池充電時(shí)很快就滿了，但是用電時(shí)很快就放空了，根本無法正常使用。一、蓄電池的分類知識(shí)1、蓄電池按放電時(shí)間的不同的分類，一般分為五大類：1、放電時(shí)間TV10S鐘的，一般是啟動(dòng)用蓄電池；2、放電時(shí)間T=40?45min（分鐘）的，一般為UPS用蓄電池；3、放電時(shí)間T=1?3h（小時(shí)）的，一般為通信電源機(jī)房備用蓄電池4、放電時(shí)間T=4?20h（小時(shí)）的，可以做為光伏系統(tǒng)用蓄電池；5、放電時(shí)間T>20h（小時(shí)）的，一般為牽引類蓄電池?？梢姡夥眯铍姵貞?yīng)以“日” （24小時(shí)）做為充放電周期，也就是說光伏蓄電池是按“天”循環(huán)使用的蓄電池。實(shí)際上光伏系統(tǒng)用蓄電池也只能是按天循環(huán)使用的，因?yàn)橹挥邪滋炷艹潆?，晚上不能充電只能放電?、常用蓄電池型號(hào)中的符號(hào)含義說明鉛酸蓄電池型號(hào)中經(jīng)常出現(xiàn)的字母有以下幾個(gè)，說明如下：Q——起動(dòng)用；J——膠體電池；例如：某鉛酸蓄電池型號(hào)規(guī)格為GFM12V100AH，意為：固定（即非車船用移動(dòng)型的）閥控式密封免維鉛酸蓄電池。二、光伏用蓄電池與通信機(jī)房用蓄電池的區(qū)別G——固定型；FM——閥控免維；光伏用蓄電池是白天充電夜晚放電。這與第三類通信機(jī)房用蓄電池是有所不同的。通信機(jī)房用蓄電池一般是處于浮充使用的。所謂浮充使用，就是蓄電池組不是做為主用電源，而是僅僅作為市電備用電源使用，所以浮充蓄電池組始終與負(fù)載保持著物理連接。同時(shí)，蓄電池組也與直流配電柜始終保持著物理連接，直流控制柜不但給負(fù)載供著電，同時(shí)，還

在給與負(fù)載連接的蓄電池組以小電壓小電流充著電，三者靠可控硅自動(dòng)切換，一旦市電停電，直流控制柜停止供電，蓄電池電力無縫接續(xù)。實(shí)際上，通信用電都屬于一級(jí)用電類別，是不允許停電的，尤其是鐵路通信用電，不但有一級(jí)市電供電，還配備有鐵路專線供電作為保障，根本就不可能停電。我在鐵路通信行業(yè)工作過六年，基本上沒遇到過機(jī)房停電的事故（鐵路通信機(jī)房停電，屬于重大責(zé)任事故）。那么，蓄電池平時(shí)幾乎不放電，所以也只能是浮充。那既然不放電，電池始終是滿的，為什么還要浮充？就是因?yàn)殡姵仂o置時(shí)會(huì)有很微小的自放電現(xiàn)象，同時(shí)，因?yàn)橥ㄐ烹娫礄C(jī)房用電池幾乎都選用2V大容量（3000AH上下）蓄電池，24節(jié)蓄電池串聯(lián)構(gòu)成48VDC（通信設(shè)備按GB規(guī)定全部使用-48VDC，這也是世界通行標(biāo)準(zhǔn)）后，還要兩組并聯(lián)用以倍增蓄電池容量。那就不可避免地會(huì)出現(xiàn)微小環(huán)流問題。如果不充電，時(shí)間久了，蓄電池電壓會(huì)下降不說，還會(huì)出現(xiàn)電池單體“激進(jìn)”和“落后”現(xiàn)象，那這種單體的不一致性，對(duì)全體蓄電池來說是一種危險(xiǎn)因素。所以，即便蓄電池不放電，平時(shí)也要浮充電。所謂“浮”，是個(gè)很形象生動(dòng)的比喻，假如將蓄電池的標(biāo)稱電壓2V視為水面的話，充電電壓始終以略微高一點(diǎn)的恒定電壓（一般為2.15V?2.250V）充電，看起來充電電壓就象是水面上漂浮的冰塊一樣。無人值守的通信電源機(jī)房偶爾也會(huì)發(fā)生停電事故，一般也都是因雷擊、失火、發(fā)大水等不可抗力造成的，市電一停，蓄電池組立即投入工作，但能工作多久呢？只能工作1~3個(gè)小時(shí)。其放電深度是很淺的。這期間動(dòng)力系統(tǒng)配備的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)向中心機(jī)房發(fā)出停電報(bào)警，值班員會(huì)立刻匯知維護(hù)人員，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后要啟動(dòng)備用柴油發(fā)電機(jī)，等待搶修。柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后，蓄電池自動(dòng)離線。如果這3個(gè)小時(shí)內(nèi)既不恢復(fù)供電也不啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)、此外負(fù)載系統(tǒng)又不具備“二次掉電保護(hù)”功能，那蓄電池組肯定要放虧了。聯(lián)通和鐵通因管理疏忽經(jīng)常出這樣的事故?？梢娡ㄐ艡C(jī)房蓄電池在電力配供系統(tǒng)中起到的僅僅是停電供電銜接作用，這與光伏系統(tǒng)用蓄電池的作用是完全不同的。所以，為光伏系統(tǒng)配備蓄電池，一定要采用那種可循環(huán)使用的蓄電池，千萬不能用浮充使用的蓄電池取而代之，否則，光伏系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)就是個(gè)失敗的設(shè)計(jì)。綜上所述，可以列出光伏蓄電池與通信用浮充蓄電池的區(qū)別：表1：呈維持狀曲折，呈鋸齒狀您會(huì)更直觀地看到兩者的差別。1、浮充蓄呈維持狀曲折，呈鋸齒狀您會(huì)更直觀地看到兩者的差別。1、浮充蓄另外，也可對(duì)比一下兩種電池充放電曲線，電池充放電曲線示意圖：V充放電電壓0T1T2T3T4T5T6T放電時(shí)間T1?T2,是市電停電后蓄電池組的放電過程，說明：0~T1，是蓄電池處于浮充平臺(tái)階段；一般放電時(shí)間1~3小時(shí)；T2~T3，是市電恢復(fù)供電后對(duì)蓄電池組的充電過程（直充）；T3~T4，又進(jìn)入浮充平臺(tái)區(qū)；T4~T6,T1?T2,是市電停電后蓄電池組的放電過程，T1~T2、T4~T5的放電深度受停電時(shí)間的影響，停電時(shí)間短，放電就淺些，停電時(shí)間長(zhǎng)，放電就深些。2、循環(huán)蓄電池充放電曲線示意圖：V充放電電壓夜白天充電晚放電白天充電夜晚放電白天充電夜晚放電白天充電0T1T2T3T4T5T6T7T放電時(shí)間說明：0?T1,是太陽能電池對(duì)蓄電池首次充電過程；T1?T2,是夜晚蓄電池組的放電過程；T2~T3,是第二天白天蓄電池組的充電過程，當(dāng)然實(shí)際充電過程是分階段的很復(fù)雜的一個(gè)進(jìn)程，本圖只是示意；T3?T4，又一個(gè)夜晚放電過程；T4?T6，是又一天的充放電循環(huán)。由圖可見，兩者的使用方式是不同的。四、鉛酸蓄電池反應(yīng)方程式光伏工程技術(shù)人員應(yīng)該了解鉛酸蓄電池的電化學(xué)原理，最起碼要知道：1、鉛酸蓄電池的正負(fù)極板是什么物質(zhì)構(gòu)成的，電解液中的活性物質(zhì)有哪些;2、放電過程是什么物質(zhì)生成了什么物質(zhì)，充電過程是什么物質(zhì)生成了什么物質(zhì)；3、充放電過程中除了正反應(yīng)還有哪些副反應(yīng)發(fā)生，副反應(yīng)會(huì)造成什么危害。鉛酸蓄電池典型的電化學(xué)反應(yīng)方程式如下：放電PbO2+（二氧化鉛）正極活性物質(zhì)2H2SO4+（硫酸）電解液Pb充電（海綿狀鉛）負(fù)極活性物質(zhì)PbSO4+（硫酸鉛）正極活性物質(zhì)2H2O+PbSO4（水）電解液（硫酸鉛）負(fù)極活性物質(zhì)以上方程式還可以另表示為：放電正極板：PbO2+3H++HSO4+2e—PbSO4+充電2H2O放電負(fù)極板：Pb+HSO4PbSO4+2e+H+充電另外，充電過程中除有正電化學(xué)反應(yīng)之外，還會(huì)產(chǎn)生不應(yīng)該有的副反應(yīng)：在正極：PbSO4+2H2O==022H20==Pb02+H2S04+2H++2e；——主反應(yīng)；f+4H++4e；——副反應(yīng)，有氧氣釋出；在負(fù)極：PbS04+2H++2e==Pb+H2S04； 主反應(yīng)；2H++2e==Hf； 副反應(yīng)，有氫氣釋出。2充電過程中的副反應(yīng)都是不應(yīng)該有的。這兩個(gè)副反應(yīng)不是因?yàn)檫^充造成的，而是因?yàn)榈蜏叵鲁潆姴蛔阍斐傻?。低溫下使蓄電池長(zhǎng)期處于欠充狀態(tài)對(duì)蓄電池的損害不亞與過充！所以在進(jìn)行光伏系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)時(shí)寧可把太陽能電池組件設(shè)計(jì)得大一些，也不能讓蓄電池天天“吃不飽”！從以上電化學(xué)反應(yīng)式可知，蓄電池充電過程是電化學(xué)還原反應(yīng)，電解液中的活性物質(zhì)純硫酸濃度增加，即活性物質(zhì)被還原；蓄電池放電過程是電化學(xué)的氧化反應(yīng)，電解液中的硫酸被消耗，致使活性物質(zhì)濃度減小，當(dāng)小到一定程度時(shí)蓄電池也就到了終止電壓點(diǎn)了，應(yīng)停止放電。五、鉛酸蓄電池充放電控制點(diǎn)電壓：表2：鉛酸蓄電池充放電控制點(diǎn)電壓：電池電壓?jiǎn)胃?V單節(jié)12V2串24V直充保護(hù)點(diǎn)電壓V2.4014.4028.80恢復(fù)電壓V2.2713.6027.2均充控制點(diǎn)電壓V2.4514.7029.40浮充控制點(diǎn)電壓V2.3013.8027.60過放保護(hù)終止電壓V1.8010.8021.60備注通常為2.35~2.40每單節(jié)12V含6個(gè)單格兩節(jié)12V電池串聯(lián)為一組說明：1、直充保護(hù)點(diǎn)電壓：直充也叫急充，屬于快速充電，一般都是在蓄電池電壓較低的時(shí)候用大電流和相對(duì)高電壓對(duì)蓄電池充電，但是，有個(gè)控制點(diǎn)，也叫保護(hù)點(diǎn)，就是上表中的數(shù)值，當(dāng)充電時(shí)蓄電池端電壓高于這些保護(hù)值時(shí)，應(yīng)停止直充。直充保護(hù)點(diǎn)電壓一般也是“過充保護(hù)點(diǎn)”電壓，充電時(shí)蓄電池端電壓不能高于這個(gè)保護(hù)點(diǎn)，否則會(huì)造成過充電，對(duì)蓄電池是有損害的。2、均充控制點(diǎn)電壓：直充結(jié)束后，蓄電池一般會(huì)被充放電控制器靜置一段時(shí)間，讓其電壓自然下落，當(dāng)下落到“恢復(fù)電壓”值時(shí)，會(huì)進(jìn)入均充狀態(tài)。為什么要設(shè)計(jì)均充？就是當(dāng)直充完畢之后，可能會(huì)有個(gè)別電池“落后”（端電壓相對(duì)偏低），為了將這些個(gè)別分子拉回來，使所有的電池端電壓具有均勻一致性，所以就要以高電壓配以適中的電流再充那么一小會(huì)，可見所謂均充，也就是“均衡充電”。均充時(shí)間不宜過長(zhǎng)，一般為幾分鐘~十幾分鐘，時(shí)間設(shè)定太長(zhǎng)反而有害。對(duì)配備一塊兩塊蓄電池的小型系統(tǒng)而言，均充意義不大。所以，路燈控制器一般不設(shè)均充，只有兩個(gè)階段。3、浮充控制點(diǎn)電壓：一般是均充完畢后，蓄電池也被靜置一段時(shí)間，使其端電壓自然下落，當(dāng)下落至“維護(hù)電壓”點(diǎn)（見上表）時(shí)，就進(jìn)入浮充狀態(tài)，目前均采用PWM（既脈寬調(diào)制）方式，類似于“涓流充電”（即小電流充電），電池電壓一低就充上一點(diǎn)，一低就充上一點(diǎn)，一股一股地來，以免電池溫度持續(xù)升高，這對(duì)蓄電池來說是很有好處的，因?yàn)殡姵貎?nèi)部溫度對(duì)充放電的影響很大。其實(shí)PWM方式主要是為了穩(wěn)定蓄電池端電壓而設(shè)計(jì)的，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度來減小蓄電池充電電流。這是非?？茖W(xué)的充電管理制度。具體來說就是在充電后期、蓄電池的剩余電容量（SOC）>80%時(shí)，就必須減小充電電流，以防止因過充電而過多釋氣（氧氣、氫氣和酸氣）。4、過放保護(hù)終止電壓：這比較好理解。蓄電池放電不能低于這個(gè)值，這是國標(biāo)的規(guī)定。蓄電池廠家雖然也有自己的保護(hù)參數(shù)（企標(biāo)或行標(biāo)），但最終還是要向國標(biāo)靠攏的。需要注意的是，為了安全起見，一般將12V電池過放保護(hù)點(diǎn)電壓人為加上0.3v作為溫度補(bǔ)償或控制電路的零點(diǎn)漂移校正，這樣12V電池的過放保護(hù)點(diǎn)電壓即為：11.10v，那么24V系統(tǒng)的過放保護(hù)點(diǎn)電壓就為22.20V。目前很多生產(chǎn)充放電控制器的廠家都采用22.2v（24v系統(tǒng)）標(biāo)準(zhǔn)。六、鉛酸蓄電池使用環(huán)境閥控式免維鉛酸蓄電池的使用環(huán)境有兩點(diǎn)需要注意，一是使用環(huán)境要通風(fēng)良好，堅(jiān)決不能使電池工作在密閉容器中。以往這種密閉用法已發(fā)生過劇烈爆炸。第二就是溫度不要低于-8°C，溫度過低會(huì)使蓄電池變得很遲鈍，充電接受能力大幅度下降，充也充不進(jìn)去；此外放電深度也大受影響，根本達(dá)不到通常的要求。溫度對(duì)蓄電池的影響還是很大的。當(dāng)溫度升高時(shí)，要適當(dāng)減少蓄電池充電保護(hù)電壓；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，要適當(dāng)增加充電保護(hù)電壓。對(duì)密封式鉛酸蓄電池尤其如此。典型的溫度補(bǔ)償系數(shù)為-5mV?-3mV/C。這個(gè)補(bǔ)償在充放電控制器里面就考慮了，所以為了蓄電池的使用安全，必須將溫度檢測(cè)探頭安裝在蓄電池身上，好讓控制器自動(dòng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償計(jì)算。具體的安裝方法：將溫度探頭貼裝在某節(jié)電池的側(cè)面中間位置。七、小結(jié)閥控式密封鉛酸蓄電池被廣泛應(yīng)用于太陽能光伏系統(tǒng)工程中。其優(yōu)點(diǎn)是：1、在充電時(shí)正極板上產(chǎn)生的氧氣在負(fù)極板上遇氫氣可還原為水，這樣就實(shí)現(xiàn)了再化合，因而可以免維；1、高倍率放電性能良好。能以3倍率~5倍率甚至9~10倍率放電；2、電化學(xué)轉(zhuǎn)換效率高，單格電池電壓最高，可達(dá)2.2V；3、易于浮充及循環(huán)使用，沒有“記憶效應(yīng)”；4、高低溫性能較好；5、價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是：1、必須嚴(yán)格控制充放電制度，因而對(duì)充放電控制器的要求非常高，最好是采用微處理器對(duì)充電電流和放電電壓甚至是SOC（蓄電池的荷電狀態(tài)，直白了說就是剩余容量）進(jìn)行精密監(jiān)測(cè)，從而更加準(zhǔn)確及時(shí)地采取相應(yīng)措施。要求高了實(shí)際上很難能達(dá)到，控制器做得最好最認(rèn)真的還得是德國產(chǎn)品，但是德國的產(chǎn)品價(jià)格很高，難以長(zhǎng)期大量推廣；2、一旦過放或經(jīng)常欠充，會(huì)導(dǎo)致電極的不可逆硫酸鹽化從而容量降低；3、由于使用不當(dāng)可能有氫氣析出，所以有爆炸的危險(xiǎn)?？傊?，閥控式密封鉛酸蓄電池比較適合光伏系統(tǒng)工程配備。但是要設(shè)計(jì)合理，維護(hù)得當(dāng)。1本文由yinjt123貢獻(xiàn)doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。第一部分地面太陽電池發(fā)電系統(tǒng);c2M0D*D+C4、’U）C:u+J:G;G）@-b1o4V-d1_*p8?%hZ3'-?614V太陽電池發(fā)電系統(tǒng)（又稱光伏發(fā)電系統(tǒng)），按其使用場(chǎng)所不同，可分為空間應(yīng)用和地面應(yīng)用兩大類。在地面可以作為獨(dú)立的電源使用，也可以與風(fēng)力發(fā)電機(jī)或柴油機(jī)等組成混合發(fā)電系統(tǒng)，還可以與電網(wǎng)聯(lián)接，向電網(wǎng)輸送電力。目前應(yīng)用比較廣泛的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是作為地面獨(dú)立電源使用。第一節(jié)獨(dú)立光伏系統(tǒng)系統(tǒng)概述通常的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池方陣、蓄電池、控制器以及阻塞二極管組成，其方框圖如下：1T.H）H3},v1.1.1太陽電池方陣方陣的作用是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，供給負(fù)載使用。一般由若干太陽電池組件按一定方式連接，再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成。1.1.2蓄電池組蓄電池組是太陽電池方陣的貯能裝置，其作用是將方陣在有日照時(shí)發(fā)出的多余電能貯存起來，在晚間或陰雨天供負(fù)載使用。i1_'s!'*}7n在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，除了供給負(fù)載用電外，還對(duì)蓄電池充電；在冬天日照量少，這部分貯存的電能逐步放出，在這種季節(jié)性循環(huán)的基礎(chǔ)上還要加上小得多的日循環(huán)，白天方陣給蓄電池充電，（同時(shí)方陣還要給負(fù)載用電），晚上則負(fù)載用電全部由蓄電池供給。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時(shí)還要考慮價(jià)格和使用是否方便等因素。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池和硅膠蓄電池，要求較高的場(chǎng)合也有價(jià)格比較昂貴的鎳鎘蓄電池。.'$D$g/o6F!J&y6]1.1.3控制器P%],@（E3~%A在不同類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)中控制器各不相同，其功能多少及復(fù)雜程度差別很大，需根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的要求及重要程度來確定?？刂破髦饕呻娮釉骷?、儀表、繼電器、開關(guān)等組成。在簡(jiǎn)單的太陽電池，蓄電池系統(tǒng)中，控制器的作用是保護(hù)蓄電池，避免過充，過放。若光伏電站并網(wǎng)供電，控制器則需要有自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換等多種功能。如果負(fù)載用的是交流電，則在負(fù)載和蓄電池間還應(yīng)配備逆變器，逆變器的作用就是將方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220伏交流電，供給負(fù)載使用。0""J*h7}0d5|!plG1\"f1.1.4阻塞二極管0.8；肖特基或錯(cuò)管0.3V左右。?也稱作為反充二極管或隔離二極管，其作用是利用二極管的單向?qū)щ娦宰柚篃o日照時(shí)蓄電池通過太陽電池方陣放電。對(duì)阻塞二極管的要求是工作電流必須大于方陣的最大輸出電流，反向耐壓要高于蓄電池組的電壓。在方陣工作時(shí)，阻塞二極管兩端有一定的電壓降，對(duì)硅二極管通常為0.6K5'）n$n:v+z6T0S#k第二節(jié)太陽電池組件太陽電池是將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能的最基本元件。但單體太陽電池是不能直接做為電源使用的。因?yàn)閱误w電池薄而脆，容易碎裂，其電極的耐濕，耐腐蝕性能也還不能滿足長(zhǎng)期裸露使用的要求，而且單體太陽電池的工作電壓太低，遠(yuǎn)不能滿足一般用電設(shè)備的電壓要求。因而需根據(jù)使用要求將若干單體電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接并經(jīng)過封裝后，組成一個(gè)可以單獨(dú)對(duì)外供電的最小單元即組件。%]2t,e4K%\+e0o（X2M*X!kla6u-T#"-b%F%o1.2.1組件電氣性能的設(shè)計(jì)u9j:b+q,s'g+i2S!ZZ3|7S9W在設(shè)計(jì)中主要是確定組件工作電壓和功率這兩個(gè)參數(shù)。同時(shí)還要根據(jù)目前材料、工藝水平和長(zhǎng)壽命的要求，讓組件面積比較合適，并讓單體電池之間的連接可靠，且組合損失較小。f2B!zi,}!J+@8;":q2C;c8L,c2I%p,]1x通過對(duì)單體太陽電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇?、并?lián)，以滿足不同的需要。電池串聯(lián)時(shí)，兩端電壓為各單體電池中電壓之和，電流等于各電池中最小的電流；并聯(lián)時(shí)，總電流為各單體電池電流之和，電壓取平均值。2N#'"X6@8L+{[,o'P40mm的單晶硅太陽電池（效率為8.5%）設(shè)計(jì)一工作電壓為1.5伏，峰值功率為1.2瓦的組件。①組件設(shè)計(jì)舉列：用@1F（k2q5Z1\"H單晶硅電池的工作電壓為：V=0.41v-W$@:r%p&V:S+V2?&~則串聯(lián)電池?cái)?shù)：Ns=1.5/0.41=3.66片，取Ns=4片42/4=12.57cm2Xn/4d2=n單體電池面積：s=0c-z）'3b8NU:A%|6U7'1x2K95%=100mw=0.1wX8.5%X12.57X單體電池封裝后功率：Pm=100mv/cm2!H6T（S$b（S9s7_5J式中95%是考慮封裝時(shí)的失配損失需太陽電池總的片數(shù)：N=1.2/0.1=12片太陽電池并聯(lián)數(shù)：NP=N/Ns=12/4=3組0x2n%{&q5F（c（|t40mm的單晶硅太陽電池四串三并，即可滿足要求。①故用12片0~*b8V"Y/G1@!S.|-R#s!Q/a聯(lián)接的方法如圖7.1但這種聯(lián)接方法有缺點(diǎn)，一旦其中一片電池?fù)p壞、開路或被陰影遮住，損失的不是一片電池的功率，而是整串電池都將失去作用，這在串聯(lián)電池?cái)?shù)目較多時(shí)影響尤為嚴(yán)重。為了避免這種情況，可以用混聯(lián)（或稱網(wǎng)狀連接）的對(duì)應(yīng)的電池之間連片連接起來，如圖7.2，這樣，即使有少數(shù)電池失效（如有陰影線的）也不致于對(duì)整個(gè)輸出造成嚴(yán)重?fù)p失。，圖串并聯(lián)圖混聯(lián),M（_9k"j:e#b.a:X-V$V,X-I:h+B1.2.2組件的結(jié)構(gòu)$y'u'Z6B$18y/D7_3y單體電池聯(lián)接后，即可進(jìn)行封裝，以前組件的結(jié)構(gòu)多數(shù)是：正面用透光率高的玻璃覆蓋，太陽電池的前后面都用透明的硅橡膠粘接，背面用鋁板式玻璃作依托，四周用鋁質(zhì)或不銹鋼作邊框，引出正負(fù)極即成組件。這種組件質(zhì)量不易保證，封裝勞動(dòng)強(qiáng)度大。近些年來，國內(nèi)外組件大多已采用新型結(jié)構(gòu)；正面采用高透光率的鋼化玻璃，背面是一層聚乙烯氟化物膜，電池兩邊用EVA或PVB膠熱壓封裝，四周是輕質(zhì)鋁型材邊框，有接線盒引出電極。h,u）U'"8r2~10%，但他也有些玻璃膠的厚度及折射率等匹配較好，封裝后反而使效率有所提高。?組件封裝后，由于蓋板玻璃，密封膠對(duì)透光的影響及各單體電池之間性能失配等原因，組件效率一般要比電池效率低5"o"v-J0~）['},m#V%u%Y3d3B-E,c!V太陽電池組件經(jīng)常暴露在陽光下直接經(jīng)受當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的的影響，這種影響包括環(huán)境、氣象和機(jī)械因素。為了保證使用的可靠性，工廠生產(chǎn)的太陽組件在正式投產(chǎn)之前一般要經(jīng)過一系列的性能和環(huán)境試驗(yàn)，濕、溫度循環(huán)、熱沖擊、高溫高濕度老化、鹽水噴霧、低濕老化、耐氣候性、室外曝曬、沖擊、振動(dòng)等試驗(yàn)，如應(yīng)用在特殊場(chǎng)合還要進(jìn)行一些專門試驗(yàn)。+P'D9G"m#L*'工廠生產(chǎn)的通用組件一般都已考慮了蓄電池所需充電電壓，阻塞二極管和線路壓降，以及溫40片晶體硅太陽電池串聯(lián)而成的組件即可充分滿足對(duì)12V蓄電池的充電需要。各種組件功率大小從數(shù)瓦到數(shù)十瓦不等，用戶選用非常方便。?度變化等因素而進(jìn)行了專門的設(shè)計(jì)，如用36,j*G（u+V*p!J5q3{%T1.2.3太陽電池方陣"A!y&M"n.r,E1K3l在實(shí)際使用中，往往一塊組件并不滿足使用現(xiàn)場(chǎng)的要求，可將若干組件按一定方式組裝，在固定的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，形成直流發(fā)電的單元，即為太陽電池方陣。太陽電池方陣在安裝的時(shí)候，應(yīng)固定牢靠，能夠經(jīng)受當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)力。且離地面要有一定的高度，以免冬天積雪掩埋。方陣與地面之間要有一定的傾角。有些方陣的組件兩端并聯(lián)有旁路二極管，有的方陣帶有跟蹤系統(tǒng)成聚光裝置，下面分別加以討論：!r-f+l%I,I/W;?%X0k1.2。 3。1方陣的傾角太陽電池方陣通常是面向赤道放置，相對(duì)地平面有一定傾角。傾角不同，各個(gè)月份方陣面接收的太陽輻射量差別很大。對(duì)于全年負(fù)載均勻的固定式光伏方陣，如果設(shè)計(jì)斜面的輻射量小，意味著需要更多的太陽電池來保證向用戶供電；如果傾面各月太陽輻射量起伏很大，意味著需要大量的蓄電池來保證太陽輻射量低的月份的用電供應(yīng)。這些都會(huì)提高整個(gè)系統(tǒng)的耗費(fèi)。因此，確定方陣的最優(yōu)傾角是光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。（o;'9U1U5\2n*U7l對(duì)于方陣傾角的選擇應(yīng)結(jié)合以下要求進(jìn)行綜合考慮：）z9i（A0'.s;r連續(xù)性。一年中太陽輻射總量大體上是連續(xù)變化的，多數(shù)是單調(diào)升降，個(gè)別也有少量起伏，但一般不會(huì)大起大落。一（u1X%~:F5~0b%B-X'x3s9p6I-D!w均勻性。選擇傾角，最好使方陣表面上全年接收到的日平均輻射量比較均勻，以免夏天接收輻射量過大，造成浪費(fèi)；而冬天接受到的輻射量太小，造成蓄電池過放以至損壞，降低系統(tǒng)壽命，影響系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。f）'8G7L8x!g*T"l+|"l）t4I2X/}極大性。選擇傾角時(shí)，不但要使方陣表面上輻射量最弱的月份獲得最大的輻射量，同時(shí)還要兼顧全年日平均輻射量不能太小。一!K9D!m%Wc3b%p同時(shí)，對(duì)特定的情況要作具體分析。如，有些特殊的負(fù)載（灌溉用水泵、制冷機(jī)等，）夏天消耗功率多，方陣傾角的取值當(dāng)然應(yīng)使得方陣夏日接收輻射量相對(duì)冬天要多才合適。0x}'Q1z!05A1.2.3.2旁路二極管"?'S$P!u*N#J@&z/M!z%c）a為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，有些系統(tǒng)還在組件兩端并聯(lián)旁路二極管，其作用是在組件開路或遮蔭時(shí)，提供電流通路，不致于使整串組件失效（見下圖）。使用時(shí)要注意極性，旁路二極管的正極與太陽電池組件的負(fù)極相連，負(fù)極與組件的正極相連，不可接錯(cuò)。平時(shí)旁路二極管處于反向偏置狀態(tài)，基本不消耗電能。顯然，旁路二極管的耐壓和允許通過正向電流應(yīng)大于組件的工作電壓及電流。J（?;B1E:o&U*"1N6p&U;d"v"x;L+?8S7c,m5|9Nn0l+0*U{9D圖旁路二極管的連接(N!G9I%R1h)D1.2.3.3跟蹤系統(tǒng)由于太陽的方位角和高度角每日每時(shí)都在作周期性的變化。固定方陣接收的太陽輻射能只有在中午時(shí)分才最強(qiáng)，如能使方陣面始終與太陽光線保持垂直，顯然可以接收更多的輻射能量，因此要利用跟蹤裝置。x;Q4q3H;',_!u+VR8_6i)h,T*C跟蹤方式根據(jù)要求不同，可以單獨(dú)跟蹤太陽方位角(稱一維跟蹤)，也可以同時(shí)跟蹤太陽高度角(稱二維跟蹤)，后者效果較好，但結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜。'@)15"*n%f8[-h)n$i%X7V/N$i8_跟蹤的方法有機(jī)械方法，物理方法，電子方法及計(jì)算機(jī)控制的高精密度跟蹤系統(tǒng)等。Z)T/z:q7t+[0|0G3|使用跟蹤裝置能提高太陽電池方陣的輸出功率，但要增加部分投資，同時(shí)也帶來了方陣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不可靠因素，轉(zhuǎn)動(dòng)也要消耗一定的能量，所以采用跟蹤系統(tǒng)是否合算，要進(jìn)行綜合考慮。一般小型方陣都不推薦采用跟蹤裝置。/v2A+u5Kv'S)x1.2.3.4聚光太陽電池方陣按接收的光線的方式的不同可以分為聚光式方陣和非聚光(平板式)方陣，前者是將太陽光聚到太陽電池上，以提高輸出功率。經(jīng)過聚光后，照在太陽電池上的光強(qiáng)可增加數(shù)倍到幾百甚至上千倍，電池效率雖有提高，但并不與光強(qiáng)成正比，主要是由于聚光后電池的工作溫度的升高而導(dǎo)致對(duì)效率影響的增加，因而要采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法，如風(fēng)冷或水冷等。一般來說，聚光方陣都要采用跟蹤方式，否則很可能會(huì)對(duì)發(fā)電量產(chǎn)生負(fù)面影響。聚光方陣需要一套聚光、跟蹤、冷卻等裝置，增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度，但由于效率有所提高，尤其是在同時(shí)需供熱的大型系統(tǒng)中，聚光方陣具有突出的優(yōu)越性，因而聚光組件及方陣的研究還是有一定的價(jià)值的。CM5e$A3Z(b/\9I)m/14m6T8q4"'J1.2.4太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一個(gè)完善的太陽電池發(fā)電系統(tǒng)需要考慮很多因素，進(jìn)行各種設(shè)計(jì)，如電氣性能設(shè)計(jì)、熱力設(shè)計(jì)、靜電屏蔽設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等，對(duì)地面應(yīng)用的獨(dú)立電源系統(tǒng)來說，最主要的是根據(jù)使用要求，決定太陽電池方陣和蓄電池規(guī)模，以滿足正常工作的需求。T5"9J8~6Gs6h'K6a-R&f.i7I8Z2Y8H5F/\'b光伏發(fā)電系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)原則是在保證滿足負(fù)載用電需要的前提下，確定最少的太陽電池組件和蓄電池容量，以盡量減少投資，即同時(shí)考慮可靠性及經(jīng)濟(jì)性。9b&[:E+?3@"q.C)](","2w1A8"1C%a#i:y1.2.4.1決定方陣發(fā)電量的因素光照條件：太陽照在地面太陽電池方陣上的輻射光的光譜，光強(qiáng)受到大氣質(zhì)量、地理位置、當(dāng)?shù)貧夂?、氣象、地形等多方面因素的影響，其能量在一日、一月和一年間都有很大的變化。*g'A9")V6A)n9X"u太陽電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率：由于轉(zhuǎn)換效率受到電池本身的溫度和太陽光強(qiáng)、蓄電池電壓浮動(dòng)等因素的影響，因而方陣的輸出功率也隨著這些因素的改變而出現(xiàn)一些波動(dòng)。?#j8~/U1x5Y/f2b負(fù)載用電情況：由于用途不同，耗電功率、用電時(shí)間、對(duì)電源可靠性的要求等各不相同。有的用電設(shè)備有固定的耗電規(guī)律，如中繼站、航標(biāo)燈等；有些負(fù)載用電則沒有規(guī)律，如水泵。這些因素相當(dāng)復(fù)雜，原則上需要對(duì)每個(gè)發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)一些無法確定數(shù)量的影響因素，只能采用一些系數(shù)來進(jìn)行估量。由于考慮的因素及其復(fù)雜程度不同，采取的方法也不一樣。在這里介紹一種比較簡(jiǎn)單而又實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，這種方法不僅能說明所涉及的概念，而且對(duì)一般使用來說足夠精確。-R({1O&@%B:m&?1\;N)M6N3G$km3P#R;y%[1.2.4.2太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟6m.z/K/q*q,x*I#')W"G"z1、 列出基本數(shù)據(jù)A、所有負(fù)載的名稱、額定工作電壓、耗電功率、用電時(shí)間、有無特殊要求等。B、當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢茫喊ǖ孛⒔?jīng)度、緯度、海拔等。C、當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料：主要有逐月平均太陽總輻射量，直接輻射及散射量，年平均氣溫及極端氣溫，最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)、最大風(fēng)速及冰雹等特殊氣候情況。這些氣象數(shù)據(jù)需取積累幾年或幾十年的平均值。t"mlq%a0t/H."0\;N%E0_%y&vQ.d']3{-y2、 確定負(fù)荷大?。核愠鏊胸?fù)載工作電流與平均每天工作小時(shí)數(shù)相乘積之和。Q=ZI*H6gl{-pT8vz/~,s)ClT!"/|(n&c"G4Z3、 選擇蓄電池容量：20天容量比較適宜。?蓄電池儲(chǔ)備容量的大小主要取決于負(fù)載的耗電情況，此外還要考慮現(xiàn)場(chǎng)的氣候條件，環(huán)境溫度，系統(tǒng)控制的規(guī)律性及系統(tǒng)失效的后果等因素，通常儲(chǔ)備10蓄電池在太陽電池系統(tǒng)中處于浮充電狀態(tài)，充電電流遠(yuǎn)小于蓄電池要求的正常充電電流。尤其在冬天，太陽輻射量小，蓄電池常處于欠充狀態(tài)，長(zhǎng)期深放電會(huì)影響蓄電池的壽命，故必須考慮留有一定余量，常以放電深度來表示：(7.2)式中：d放電深度C蓄電池標(biāo)稱容量CR蓄電池儲(chǔ)備容量't&I0y"M;B+e9s4X過大的放電深度會(huì)縮短蓄電池的壽命；過小的放電深度又會(huì)增加太陽電池方陣的規(guī)模，加大總的投資成本，放電深度最大到80%較為合適。當(dāng)然，隨著太陽電池組件價(jià)格的下降，可以允許設(shè)計(jì)較淺的放電深度。y"M'J'a5]*A;V:Q.I這樣，確定蓄電池的儲(chǔ)備容量CR和放電深度后，即可初步選定蓄電池的標(biāo)稱容量：(7.3)式中：Q――負(fù)載每天平均總耗電量5"3z3z7x#O&W317z/B:i3c(O&i6P-W3v$|4M$z5y4、決定方陣傾角：,}#S)N!b/_"G2N，緯度較大時(shí)，增加的角度可小一些。在青藏高原，傾角不宜過大，可大致等于當(dāng)?shù)鼐暥取Ｍ瑫r(shí)，為方陣支架的設(shè)計(jì)，安裝方便，方陣傾角常取成整數(shù)。°10?°；在北方地區(qū)傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?°15?。在這里，我們來用一種較近似的方法來確定方陣傾角。一般地，在我國南方地區(qū)，方陣傾角可取比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?0'F)J/i/C)H;\*X5、 計(jì)算日輻射量從氣象站得到的資料一般只有水平面上的太陽輻射總量H，直接輻射量HB及散射輻射量Hd5P,t8c'f#Y2f*B-F且有：H?HB+Hd&Y&e$[5T/q-G0y!B5Gw)N需換算成傾斜面上的太陽輻射量。R,X9q+L'V+u'A/J;P5x4s1E1{/j&h6r.直接輻射分量HBTHBT=HBRB其中RB為傾斜面上的直接輻射分量與水平面上直接輻射分量的比值。對(duì)于朝向赤道的傾斜面來說：6a,?"U&v!h7'2S$X.I0P9B(7.6)式中：中一一當(dāng)?shù)鼐暥纫灰环疥噧A角8太陽赤緯：水平面上日落時(shí)角：傾斜面上日落時(shí)角：Q+~8}1g8e$\#~/y'[5j7I8I-b,[.@*x5p6z.'7\、天空散射輻射分量HdT在各向同性時(shí)："w6c'p%LN/H%H8_%~7k'0l、地面反射輻射分量HrT：通?？蓪⒌孛娴姆瓷漭椛淇闯墒歉飨蛲缘?，其大小為：-E*h4d/'(p4p5I6u,F為地面反射率，其數(shù)值取決于地面狀態(tài)，各種地面的反射率如下表所示：p其中"UP#_-J+?'S6H地面狀態(tài)?沙漠反射率地面狀態(tài)反射率地面狀態(tài)反射率0.280.240.26?干濕土0.2濕黑土冰面0.080.0.14新雪69?0.09濕草地0.干草地0.81?0.1U*i0@;?$j14:r'@t9Z:}!L!I0R干燥裸地濕裸地0.250.15?0.08!}#I5y9dr#O.@=0.2p一般計(jì)算時(shí)，可取&g$D4w1G!|(h+J故斜面上太陽輻射量即為：(L0[!\:Z7o-a-H-E-O'w2\_D:E2M2"Ri2FS5j;k/X,z通常計(jì)算時(shí)用上式即可滿足要求。如考慮天空散射的各向不同性，則可用下式計(jì)算：%sK2P)|1C%~7i.L8Y+"*M式中：HO為大氣層外水平面上輻射量。)L#V*B-d009p6、 估算方陣電流：S2h:K/m7m+L,x"e6J5@%j6E4}/s"p$O0S將歷年逐月平均水平面上太陽直接輻射及散射輻射量，代入以上各公式即可算出逐月輻射總量，然后求出全年平均日太陽輻射總量，單位化成mwh/cm2,除以標(biāo)準(zhǔn)日光強(qiáng)即求出平均日照時(shí)數(shù)：.\5n!q(r2u!\5o+u"q:#L!A/_;p.e*K&w4h則方陣應(yīng)輸出的最小電流為：.i5]%j2y0{3p#N&tr7{+z.]3x式中：q一負(fù)載每天總耗電量ni一蓄電池充電效率,X)y6S,l"0/?In2一方陣表面灰塵遮蔽損失同時(shí)，由于傾斜面上各月中最小的太陽總輻射量可算出各月中最少的峰值日照數(shù)Tmin。方陣應(yīng)輸出的最大電流為：12k;u:?&T5E&03K7、 確定最佳電流：)A9V2K.P8}?方陣的最佳額定電流介于Imin和Imax這兩個(gè)極限值之間，具體數(shù)值可用嘗試法確定。先選定一電流值I，然后對(duì)蓄電池全年荷電狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，方法是按月求出方陣輸出的發(fā)電量：式中：N――當(dāng)月天數(shù)}+S5j(s*y9t#B6T"|']而各月負(fù)載耗電量為：E8e;v:_,];]!b.100!'#w.v%v!E&03T(A9E,P0U兩者相減，?Q=Qout-Q1oad為止，表示該月方陣發(fā)電量大于耗電量，能給蓄電池充電。？Q若為負(fù)，表示該月方陣發(fā)電量小于耗電量，要用蓄電池儲(chǔ)存的能量來補(bǔ)足。%U*V6k!}!Q(x0P4?)?:j:~01!j&D(_(R'C如果蓄電池全年荷電狀態(tài)低于原定的放電深度，就應(yīng)增加方陣輸出電流；如果荷電狀態(tài)始終大大高于放電深度允許的值，則可減少方陣電流。當(dāng)然也可相應(yīng)地增加或減少蓄電池容量。若有必要，還可修改方陣傾角，以求得最佳的方陣輸出電流Im。h8b$u&X,')D('%g8、 決定方陣電壓：b2'*w6A#|$b#u方陣的電壓輸出要足夠大，以保證全年能有效地對(duì)蓄電池充電。方陣在任何季節(jié)的工作電壓應(yīng)滿足：V=Vf+Vd式中：Vf蓄電池浮充電壓)N*Z-b!j%W$k7e&09sVd因線路(包括阻塞二極管)損耗引起的電壓降)?*x.M+{*Y.w)G9、 最后確定功率：9K7y%W0D"f4s.cC)方陣的輸出功率應(yīng)為：。由于溫度升高時(shí)，太陽電池的輸出功率將下降，因此要求系統(tǒng)即使在最高溫度下也能確保正常運(yùn)行，所以在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度下(25:V*l-x!L.R)V2U31/e—太陽電池功率的溫度系數(shù)。對(duì)一般的硅太陽電池，a式中：=0.5%atmax—太陽最高工作溫度。;\0'/}9F2e'Np;\!i("-m2A3'8\9d9c/L這樣，只要根據(jù)算出的蓄電池容量，太陽電池方陣的電壓及功率，參照生產(chǎn)廠家提供的蓄電池和太陽電池組件的性能參數(shù)，選取合適的型號(hào)即可。第三節(jié)太陽電池發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例)k-R%z4v7d'{5B4D為西安地區(qū)設(shè)計(jì)一座全自動(dòng)無人指導(dǎo)3瓦彩色電視差轉(zhuǎn)站所用的太陽能電源，其工作條件如下：電壓為24V，每天發(fā)射時(shí)間15小時(shí)，功耗20瓦，其余9小時(shí)為接收等候時(shí)間，功耗為5瓦。'el{%10n*J1、 列出基本數(shù)據(jù)：A、E:1/|9_0q(}3d-FY+H._5X負(fù)載耗電情況：w*g!1$O'iO7B工作條件發(fā)射期間等候期間;G'P2g9c*}d功耗5w20w電壓24v24v每天工作時(shí)間15小時(shí)%v6Y2Yf&|(:"C-b;w2f9小時(shí)海拔396.9米。'56°東經(jīng)108，18°B、西安緯度：北緯34C、有關(guān)氣象資料見后列表格。0\%A,}2w;x%F9G4Z*{0s4U&F9J3B3pS2、 確定負(fù)載大小：5/24=14.4AhX15/24+9Xh=20?lZ=a每天耗電量："S*Ph,Z*H2b!t.Y!_$S:w:F3：選擇蓄電池容量：=75%a選蓄電池容量為10天，放電深度14.4/75%=205.7AhXQ/d=10XC=109i7h2T:V:{,e9E;Z-_*H.m8@6g(J0}根據(jù)蓄電池的規(guī)格。取C=200Ah4、 決定方傾角：#O5c"w,f8F$X#P#F°=45°+10①邛，取，18°=34①因當(dāng)?shù)鼐暥?、 計(jì)算傾斜面上各月太陽輻射總量i*}.I']0v%YX0K7Q*s0x;TX3B4q%S1q8[4?3e，計(jì)算出傾斜面上各月太陽輻射擊總量，結(jié)果見下表：a由氣象資料查得水平面上20年各月平均太陽輻射量H,HB及H0a#W4t*Oh'/O-y/N(TRB份108.72134.9374.0407.35213.76220.97203.38180.7945.41011107.31299.4M4t1A,B9D1E&bHBT6HHdT127.4%[,n7_'y9o(JNHrTHT-21.10s0}#B%|)ia月H219.06.4264.27.7327.69.6398.911.7465.413.6537.915.8506.514.814.7328.29.6272.88.0224.36.6200.45.9HB91.6301.3106.2344.3123.7339.6156.0368.1215.1(?2C,E9M9j&U162.0331158.046-18.291.899201.775-2.421.261156.01/i"q2I:A8H1059.410.9562250.3*|9r&j!D5Z&p.rB$v13619.030.766164.8279.1429.3268.3412.9294.2451.7157.9333.3'4ed'"!|${*]258.816723.350.690192.6238.219721.350.726194.8211.722813.450.871256.2170.32582.221.129178.31129.0326.098.6303.483.9287.6-{+h7o#z,F4B1B:z143.8289-9.971.514195.3125.7319-19.151.922189.5116.5350-23.372.173182.3Y+E2r%\/03u4H7G!E$C其中：n為從一年開頭算起的天數(shù)。H為水平面上的幅射量，HT為傾斜45度平面上的幅射量，單位為mwh/cm2。+02A0N-D)Z6\&M估算方陣電流：!v4@'I&R'O,dd,故全年平均峰值日照時(shí)數(shù)為：？由上表可知， 傾斜面上全年平均日輻射量為357.5mwh/cm22=0.9,算出方陣應(yīng)輸出的最小電流為：n9；方陣表面的灰法塵遮損失為.I=on取蓄電池充電效率為：6h$F7T8@;~:}/B''d相應(yīng)的峰值日照數(shù)最少，只有2.88h/d。.6mwh/cm2.由上表查出在12月份傾斜面上的平均日輻射量最小，為287則方陣輸出的最大電流為：0U1z'T&j)H-l+g;z7、 確定最佳電流：sO_/N!?*'.u5r+Q$b&p根據(jù)Imin=4.97A和Imin=6.17A選取I=5.4A，將方陣各月輸出電量及負(fù)載耗電量以及蓄電池的荷電狀態(tài)計(jì)算列表7.3。Y;R2u6U+T)]+w0Gi*、’x%S'O&y4A是合適的。.9%，未起過75%，所以取I=5.1%，即放電深度最大只有62.由表7.3可見，即使從10月份開始，連續(xù)7個(gè)月蓄電池未充滿，但最少時(shí)容量仍有37如果計(jì)算結(jié)果放電深度遠(yuǎn)小于規(guī)定的75%，則可減少方陣輸出電流或蓄電池容量，重新進(jìn)行計(jì)算。%n)n#d%A7A:d;"6[!A9t2i9:!T6v4n(C%s8、 決定方陣電壓："g)yd.A7o$Br5M.m)h"u4F'e;X8g#G6Y;G$H/A4M-V8V，則方陣工作電壓為：.=0a35V，取線路壓降：V.2?0.單只鉛酸蓄電池工作電壓為2V，故需12只單體電池串聯(lián)才可滿足系統(tǒng)的工作電壓24V。每只單體鉛酸電池的工作電壓為：28=29V.35+0.2XV=Vf+Vd=12-Tm&k#'/[月份月安時(shí)數(shù)方陣輸出1408.6蓄電池狀態(tài)負(fù)載消耗446.4-37.8l'A!H'd(\差值200開始162.2終了81.1(}2b8L'\*N$?5t-q%全充-K!b$Y*09g/N;W345678910111212345V.]2{+i)W3g460.5482.9531.7563.2559.9612.5437.3442.1398.1390.0408.6421.7482.9531.7446.4432.0446.4432.0446.4446.4432.0446.4432.0446.4446.4403.2432.0446.414.150.985.3131.2113.5166.15.3-4.3-33.9-49.2-37.818.514.185.3180.7194.8200200200200200200195.7161.8112.674.292.7106.8157.7194.8200200200200200200195.7161.8112.674.292.7106.8157.720097.4100100100100.F$k5x2|"G9b#_1T5a%?-iB-t3I5]I@3?)c6L+U&]#~%d3V;A$Ib-[100100'W7T;]3a,o,M97.9"P1T0@$v,Q80.956.337.146.453.478.9100%y:W/z7J#v:z9、確定最后功率：$\:R&H+t/Z;Z3}.o%M9E1--20)式中可算出需的方陣的輸出功率為.C,則由(7°設(shè)太陽電池的最高溫度為60P=Im*V/[1-a(tmax-25)]=5.4*29/[1-0.5%(60-25)]=189.8W取P=192WD!@-w0Q0y"g$T3m&H9\.u1N/s4k;|"N"c.~$|(g&~3G5C9G#M205{(P/~所以，最后取太陽電池方陣的輸出功率為192W,可用6塊32瓦的組件(每塊電壓約為16伏)2串3并而成。蓄電池容量為24V,200AH,只要用4只6Q—100鉛酸電池以2串2并的方式連接起來的，即可滿足需要。第四節(jié)',w&A$Q#pKF$m光伏系統(tǒng)的安裝及維護(hù)!L%W#|:a!f+U7v;A$z光伏發(fā)電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)制造完成后,要運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝.使用現(xiàn)場(chǎng)往往是在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，道路崎嶇，交通不便，在運(yùn)輸中，所有部件都要妥善包裝.如組件等易碎物品要用木箱裝運(yùn)，以免損壞，蓄電池不能傾倒，防止電解液溢出。!13Y;H3r7n-F,f"W5|5_1.4.1安裝注意事項(xiàng)在建造光伏發(fā)電系統(tǒng)過程中，安裝是個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。7~/h2?4M1T9},M8A.B1、 安裝時(shí)最好用指南針確定方位，并應(yīng)注意在方陣前全天不能有高大建筑物或樹木等遮陽光。2、 仔細(xì)檢查地腳螺釘及方陣支架等是否結(jié)實(shí)可靠，所有螺釘接線柱等均應(yīng)擰緊，不能有松動(dòng)。C1a*V6f1G3、 方陣安裝在房頂上的要采取防火措施。:{%m%k+P9'8'V8W:S4、 在高處安裝的方陣應(yīng)設(shè)避雷針。必要時(shí)還需設(shè)置驅(qū)鳥裝