太陽能電池學習(中)

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的光伏系統(tǒng)在輸出端短路時能產(chǎn)生6000A的電流，盡管這個電流僅持續(xù)幾毫秒，但是以將工具弧焊在輸出端上，而且電壓越高，危害越大。當電壓高于24V時電擊可以引起生命危險；在12V電壓下，如果電池偶然短路，大電流能引起火災。所以在電池周圍工作時應使用防護工具如手套，膠鞋，護目鏡。電池一般很重，所以在搬動時須注意，不要閃了腰。下面介紹一下蓄電池的特性，了解這些特性可以使我們更好地使用它們。放電深度，它以電池容量的百分數(shù)表示，標定容量可以從電池外殼上或說明書上獲得。電池所能承受的放電容量與其結構有關。絕大多數(shù)普通電池有電活性的鉛合金板，浸沒于稀的電解液中，板可分為普蘭特式（純鉛），涂漿極板式和管式。電極可用不同的厚度，不同的合金（如鉛鈣，鉛銻合金）以用于不同類型的電池。一般來說，電極板越大則蓄電池所能承受的充放電程度等的性能就越好。電池工作有淺循環(huán)和深循環(huán)之分。淺循環(huán)電池較輕，較便宜，但是如果經(jīng)常過規(guī)定的放電的深度則壽命會大大降低。許多密封式電池（即所謂的免維護電池）就是淺循環(huán)電池，一般的淺循環(huán)電池的放電量不應超過電池容量的25%。深度循環(huán)電池中獨立光伏系統(tǒng)中經(jīng)常使用的電池，其極板厚度大，可承受的放電量為其容量的80%，絕大多數(shù)此類電池是濕性電池，其極板是由電解液浸泡的。電解液的液面需要經(jīng)常檢查，并定期加入蒸餾水以保證電極是被淹沒的。對于鎳鎘電池，我們前面已經(jīng)提到過了。我們知道雖然其價格昂貴但能在惡劣的環(huán)境下工作，且可完全放電而不會損壞，電解液不會凍住，也可以省去系統(tǒng)中的控制器這一部分。、溫度校正：電池對溫度較為敏感，一個溫度較低的電池比一個溫度較高的電池提供的電能要少。如圖8.19所示，一個處于25℃的電池如果以C/20的放電流進行放電（C為電池標定容量）則可以提供100%的能量（電池的標定能量）。而在-20℃時凡例C/20速率放電只能提供75%的能量，如果放電速率升高到如圖所示的C/5，則其只能輸出50%的能量。從圖中還可看到在同一溫度下，放電速率升高則輸出能量降低。盡管如圖所示,溫度高就可以得到甚至高于額定容量的能量，但是發(fā)熱溫度會減少電池的壽命，所以還是應該避免的，應使蓄電池的工作溫度處于室溫附近。圖8.19鉛酸電池容量與溫度的關系圖三、電池額定容量：即電池在某一特定溫度和放電速率下所能產(chǎn)生的最大能量。當電池用于光伏系統(tǒng)中，您不可能反復用到額定容量，然而額定容量設置了一個基線用以比較電池的性能。須注意的是，如果比較不同電池的額定容量時，須在同一溫度下使用相同的放電速度。四、充電狀態(tài)（SOC）：為某一時刻電池所剩容量的百分數(shù)。它等于用1減去放電深度的百分數(shù)。五、電池壽命：電池壽命由許多因素決定如放電速率，放電深度，循環(huán)次數(shù)和工作溫度等，所以電池壽命很難預測。對于光伏系統(tǒng)來說很少有鉛酸電池的壽命超過15年的，一般是5~10年。鎳鎘電池在相同的條件下可工作更長時間，在最優(yōu)化條件下，可穩(wěn)定地工作15年以上。最后我們再講點電池的維護和在寒冷的環(huán)境中使用的一些問題。在較冷的環(huán)境中，鉛酸電池的電解液可能會凍住。結冰溫度是電池充電狀態(tài)的函數(shù)。當電池完全放電時，在零下幾度電解液就凍住了，而當電池充滿電時（此時重量大約為標稱重量的1.24倍）電解液能耐住零下50℃的低溫。在寒冷的天氣中，通常是將電池置于電池盒中，并將電池盒埋入地下以保持恒定的溫度。鎳鎘電池在寒冷的天氣中不會損壞。我們知道任何電池均需要定期維護，即使是密封的“免維護”的電池我們也應定期檢查其接頭是否牢固，清潔和無損傷。對于電解液電池電解液應始終保持守全浸沒極板的狀態(tài)，同時電壓和標定重量也需要合乎要求。逆變器逆變器是一種功率調查裝置，對于使用交流負載的獨立光伏系統(tǒng)來說，逆變器是必要的。逆變器的選擇的一個重要因素就是您所設定的直流電壓的大小。逆變器的輸出可分為直流輸出和交流輸出兩類。對于直流輸出我們稱之為變換器，是直流電壓到直流電壓的轉換，這樣可以提供不同的電壓的直流負載工作所需的電壓。對交流輸出，我們需要考慮的除了輸出功率和電壓外，還應考慮其波形和頻率。在輸入端須注意逆變器所要求的直流電壓和所能承受的浪涌能力的電壓的變化。逆變器的選擇會影響到光伏系統(tǒng)的性能可靠性和成本。通常除了陣列和蓄電池，逆變器是最貴的了。所以下面介紹一下逆變器有關特性。總的說來其特性參數(shù)有：輸出波形，功率轉換效率，標稱功率，輸入電壓，電壓調整，電壓保護，頻率，調制性功率因子，無功電流，大小及重量，音頻和RF噪音，表頭和開關，有些逆變器還具有電池充電遙控操作，負載轉換開關，并聯(lián)運行的功能。獨立逆變器一般在直流12V，24V，48V或120V電壓輸入時可產(chǎn)生120V或240V頻率為50Hz或60Hz的交流電。選擇逆變器輸入電壓非常重要，這在后面的設計中介紹。輸出波形是一個重要參數(shù)，逆變器通常根據(jù)其輸出波形來分類：1）方波2）類正弦波3）正弦波。方形波逆變器相對較便宜，效率可達90%以上，高諧波，小的輸出電壓調整，它們的適用于阻抗型負載和白熾燈。類正弦波逆變器在輸出可用脈寬提高電壓調整，效率可90%，它們可用來帶動燈，電子設備和大多數(shù)電機等各種負載。然而它們在帶動電機時由于諧波能量損失而比正弦波逆變器帶動效率低。正弦波逆變器產(chǎn)生的交流波形與大我數(shù)電子設備產(chǎn)生的波形一樣好。它們可以驅動任何交流負載（在功率范圍內）。通常，逆變器的規(guī)格可在計算值的基礎上增加25%，這一裕度可以增加該部件工作的可靠性，也可以滿足負載的適量增加。對于小負載需求，所有逆變器的效率都是比較低的；當負載需求超過標稱負載的50%以上，逆變器的效率即可達標稱效率（大約90%左右）。下面是對有些參數(shù)的說明：（1）功率轉換效率：其值等于逆變器輸出功率除以輸入功率，逆變器的效率會因負載的不同而有很大變化。（2）輸入電壓：由交（直）流負載所需的功率和電壓決定。一般負載越大，所需的逆變器的輸入電壓就越高。（3）抗浪涌能力：大多數(shù)逆變器可超過它的額定功率有限的時間（幾秒鐘），有些變壓器和交流電機需要比正常工作高幾倍的起動電流（一般也僅持續(xù)幾秒鐘）對這些特殊負載的浪涌要求應測量出來。（4）靜態(tài)電流：這是在逆變器不帶負載（無功耗）時，其本身所用的電流（功率），這個參數(shù)對于長期帶小負載的情況下是很重要的，當負載不大時，逆變器的效率是極低的。（5）電壓調整：這意味著輸出電壓的多樣性。較多的系統(tǒng)在一個大的負載范圍內，均方根輸出電壓接近常數(shù)。（6）電壓保護：逆變器在直流電壓過高時就會損壞。而逆變器的前級—蓄電池在過充電時逆變器的直流輸入電壓就會超過標稱值，如，一個12V的蓄電池在過充電以后可能會達到16V或者更高，這時就有可能破壞后級所連的逆變器。所以作控制器來控制蓄電池的充電狀態(tài)是十分必要的。在無控制器時逆變器須有檢查測試保護電路，當電池電壓高于設定值時，保護電路會將逆變器斷開。（7）頻率：我國的交流負載是在50Hz的頻率下進行工作的。而高質量的設備需要精確的頻率調整，因為頻率偏差會引起表和電子計時器性能的下降。（8）調制性：在有些系統(tǒng)中用多個逆變器非常有利，這些逆變器可并聯(lián)起來帶動不同的負載。有時為了防止出現(xiàn)故障，用手動負載開關使一個逆變器可滿足電路的特定負載要求。增加此開關提高了系統(tǒng)的可靠性。（9）功率因子：逆變器產(chǎn)生的電流與電壓間的相位差的余弦值即為功率因子，對于阻抗型負載，功率因子為1，但對感抗型負載（戶用系統(tǒng)中常用負載）功率因子會下降，有時可能低于0.5。功率因子由負載確定而不是由逆變器確定。下面介紹幾種典型的、常用的逆變器的原理圖及原理介紹。按振蕩方式可分為他激式和自激式兩大類。他激式逆變器他激逆變器電路工作框圖如下：直流源直流源振蕩源信號放大輸出變壓器圖8.20他激式逆變器電路框圖圖8.21他激式逆變器電路原理圖如圖8.21所示,我們可以用NE555集成電路作為振蕩源，NE555提供穩(wěn)定的方波，經(jīng)晶體管T1、T2放大后經(jīng)變壓器輸出，以驅動負載，T3管可改善啟動特性和提高效率。他激式電路的優(yōu)點是頻率穩(wěn)定，抗干擾能力強；缺點是逆變器效率不高，工作點調整困難。自激式逆變器自激工逆變器電路工作框圖如下：直流源逆變放大直流源逆變放大輸出變壓器正反饋圖8.22自激工逆變器電路工作框圖圖8.23自激式逆變器電路原理圖自激式逆變器電路如圖8.23所示，圖中左半部分是蓄電池過充、放電保護電路，右半部是最簡單的單管自激式逆變器電路。L1、L2是輸出變壓器，L3是反饋線圈。電源接通時，面過R1使T1導通，使I1增加，則I1I3I1，正反饋使T1進入飽和。電容C1電位不斷降低。當I1達到飽和值時，電感電流I30，T1管的Vbe被鉗位到某一負電位，晶體管T1迅速截止，I10電源又通過R1給C1充電，當電容端電壓達到一定值時T1管重新導通，這樣T1管周期性地從飽和區(qū)進入截止區(qū)，在線圈L2上產(chǎn)生了交流電輸出。單相逆變器如圖8.24所示，在50或60Hz頻率下同步交替地接通T1/T4或T2/T3，因負載可能為電抗性的，負載電流和電壓也可能反相，所以電路中必須要有二極管。當V0為正時（T1，T4導通），i0可能為負（電流通過與T1和T4平行的兩個二極管）。圖8.24單向逆變器雖然180脈沖波形比較容易得到，但它卻包括大量的三次諧波和五次諧波。120脈沖波形包括含較少的諧波，特別是它不含三次諧波。脈沖寬度調制技術進一步減少低次諧波。如圖8.25所示。TT1T4T2T3T1T4T1T4T2T3T1T4T1T3T2T4TTTV01800脈沖1200脈沖脈沖寬度調制圖8.25輸出波形如果用上晶體管的第三條腿和二極管，這個電路還能產(chǎn)生三相交流電。這種單相逆變器是商業(yè)上不間斷電源（UPS）的基礎，它能作為計算機等電器設備提供應急的交流電?？刂破髟诖蠖鄶?shù)光伏系統(tǒng)中都用到了控制器以保護蓄電池免于過充或過放。過充可能使電池中的電解液汽化，造成故障，而電池過放會引起電池過早失效。過充過放均有可能損害負載。所以控制器是您光伏系統(tǒng)中重要的部件，如果它不能正常工作，那么造成的后果就是您可能一下?lián)p失幾萬元?？刂破餍蕿橛?減去控制器在系統(tǒng)中引起損耗的百分數(shù)?？刂破鞯墓δ苁且揽侩姵氐某潆姞顟B(tài)（SOC）來控制系統(tǒng)。當電池快要充滿時控制器就會斷開部分或全部的陣列電流；當電池放電低于預設水平時，全部或部分負載就會被斷開（此時控制器包含有低壓斷路功能）。大多數(shù)控制器測量電池電壓以估計充電狀態(tài)，然而這并不準確，如圖8.26可知，在接近過充時電壓變化不大。

SOCV(SOCV(v))151250100%10%電池的溫度，使用年限、類型和充/放電速率也影響這個曲線。測量電池溫度可提高SOC狀態(tài)的估計，許多控制器就帶有測溫探頭。如果電池與環(huán)境溫度相差+5C時，就應該使用帶溫度補償?shù)目刂破鳌？刂破饔袃蓚€動作設定點，使控制器動作以保護電池。每個控制點有一個動作補償設置點。如，一個12V的電池，控制器的陣列斷路電壓通常設定在14V，這樣當電池電壓達到這個值時，控制器就會把陣列斷開，一般此時電池電壓會迅速降到13V；控制器的陣列再接通電壓通常設在12.8V，這樣當電池電壓降到12.8V時，控制器動作，把陣列接到電池上繼續(xù)對電池充電。同樣地，當電壓達到11.5V時，負載被斷開，直到電壓達到12.4V以后才能再接通。有些控制器的這些接通/斷電壓在一定范圍內是可調的，這一性能非常有用，可監(jiān)控電池的使用。在使用時控制器電壓必須與系統(tǒng)的標稱電壓相一致，且必須能控制光伏陣列產(chǎn)生的最大電流，用1.25V乘以陣列的短路電流ISC，這樣的控制器可承受由于云聚焦而產(chǎn)生的短暫的大電流。（根據(jù)《獨立光伏系統(tǒng)和國家電氣標準》提供的這個因子較為保守為1.56）這個最大電流和系統(tǒng)電壓是購買控制器所必要考慮的兩個參數(shù)，而控制器的其它特性參數(shù)有：效率,溫度補償，反向電流保護，顯示表或狀態(tài)燈，可調設置點（高壓斷路，高壓接通，低壓斷路，低壓按通），低壓報警，最大功率跟蹤等。其中，反向電流保護是防止電流在夜間由電池倒流回光伏陣列。大多數(shù)控制器用阻塞二極管來阻止這個電流，如圖8.18。大部分小的控制器包括有低壓斷路（LVD）功能可以切斷負載。用促發(fā)燈，蜂鳴器可以警示用戶采取措施或者打開另一電力供應裝置。我們知道，隨著所需電流的增加，控制器的成本迅速增加。對于用在12V（24V）電流達到30A的系統(tǒng)中的控制器價格還可以接受，而當所需電流達到100A時控制器的價格就要貴5倍左右。開關100A以上電流的控制器就需要定做了。為此，一種用以控制超過100A的方法是把控制器并聯(lián)起來，用5個20A的控制器，比用一個100A的控制器要便宜得多。只是陣列必須分開與各個控制器連接，每一個控制器分別接線，在接電池前再合并。各個控制器的促動水平會有所差異，但影響不大。所有的陣列電流都用來給電池充電直到達到了最低的促動電壓，這時一個控制器將會把相應的陣列切斷，而其它的控制器仍繼續(xù)允許電流流過，直到電壓達到了它們各自的值。在光伏系統(tǒng)中有兩種基本的控制器類型：一是分路控制器，用以更改或分路電池充電電流。這些控制器帶有一個大的散熱器以散發(fā)由多余電流產(chǎn)生的熱量。大多數(shù)的分路控制器是為30A以下電流的系統(tǒng)設計的。另一類是串聯(lián)控制器，通過斷開光伏陣列來斷開充電電流。分路控制器和串聯(lián)控制器也可分許多類，但總的說來這兩類控制器都可設計成單階段或多階段工作方式。單階段控制器是在電壓達到最高水平時才斷開陣列；而多階段控制器在電池接近滿充電時允許以不同的電流充電，這是一種有效的充電方法。當電池接近滿充電狀態(tài)時，其內阻增加，用小電流充電，這樣減少了能量損失。

第三部分獨立光伏電站（集中供電）及用戶光伏系統(tǒng)（分散供電）的設計，安裝及維修。獨立光伏電站是獨立光伏系統(tǒng)中規(guī)模較大的應用。它的主要特點就是集中供電，如在一個十幾戶的村莊就可建立光伏電站來利用太陽能，當然這是在該村莊地理位置較偏遠，無法直接利用電力公司電能的情況下，所能用到的方法。用這種方式供電便于統(tǒng)一管理和維護。而戶用系統(tǒng)是采用分散供電的方式提供電能，如果要在該村莊安裝戶用光伏系統(tǒng)，這樣每一戶都得需這么一套光伏系統(tǒng)，它比起獨立光伏電站來，所需的元器件規(guī)格要小，控制器、逆變器和蓄電池及負載都比較小，但是獨立光伏電站和戶用光伏系統(tǒng)基本結構是完全一致的，我們將它們統(tǒng)稱為獨立光伏系統(tǒng)，下面我們就介紹這種獨立光伏系統(tǒng)的設計，安裝和維修。獨立光伏系統(tǒng)的設計如圖8.27，所示，系統(tǒng)設計工作從收集太陽能數(shù)據(jù)和計算負載大小開始，然后確定系統(tǒng)各部分規(guī)格，（蓄電池、控制器、逆變器），然后選擇適當?shù)膶Ь€進行安裝，這才是整個的設計過程，當然一個完整的系統(tǒng)設計還應包括操作和維修的計劃。操作和維修操作和維修計劃系統(tǒng)設計系統(tǒng)規(guī)格負載計算太陽能數(shù)據(jù)圖8.27系統(tǒng)設計框圖在系統(tǒng)設計正式開始之前，設計者應盡量做到：（1）設計盡量簡單化，這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性。（2）了解系統(tǒng)的效率，適當設計系統(tǒng)效率，若不合實際地把效率定在99%以上，其成本是昂貴的。（3）在估算負載時要考慮周到，并要有一定的裕度。（4）反復計算核查當?shù)氐奶鞖赓Y源，獲得該地區(qū)的太陽輻射能資源，對太陽輻射的錯誤估計將會大大影響系統(tǒng)的作用。（5）在設計系統(tǒng)前了解安裝地點，去當?shù)乜疾煲幌?，這樣對設備安置走線，保護和地帶特性都有所了解。此外還要做到：仔細安裝系統(tǒng)，安全第一，定期維修。系統(tǒng)設計者知道在設計光伏系統(tǒng)中，每一個決定都將影響到它的成本。如果由于不現(xiàn)實的要求而使系統(tǒng)過大，將使系統(tǒng)首期成本有不必要的增長。若使用不耐用的部分，則維修和替換成本將增加。如果在系統(tǒng)設計過程中選擇不正確則很容易使整個系統(tǒng)壽命周期成本翻一番。在設計您的光伏系統(tǒng)時要符合實際、靈活的原則。對太陽輻照前面已經(jīng)講過這里就不再重復了。任何一個光伏系統(tǒng)設計者的第一項工作是確定系統(tǒng)的負載。這些負載估算是設計及獨立光伏系統(tǒng)成本的重要因素之一。一個電器所需的功率可以測量出來或由制造商提供。然后把電器每日，每周，每月所用的時間估算出來。對戶用系統(tǒng)（和其它許多系統(tǒng)）負載所用的時間是可以控制的。實際上，每個電器所估算使用時間須再加裕量（如10%等），不過這將增加光伏系統(tǒng)的規(guī)格和成本。對于經(jīng)常使用的物品的替代（或考慮大的或可變負載決定他們是否可省去由其它來源的能量供電），如用熒光燈替代白熾燈，它們在提供同樣的光強時熒光燈與白熾燈相比耗電很少。由于使用了逆變器，增加了系統(tǒng)復雜性，在直流變交流過程中產(chǎn)生10~15%的損失，這樣在估算負載時需考慮這一項。如果使用直流負載如直流節(jié)能燈等，就可以避免直流變交流的這部分損失，直流燈和電器通常較貴，但效率高，使用壽命長，而交流電器種類繁多，但效率通常較低。對獨立光做系統(tǒng)的工作電壓的選擇決定于負載所需的電壓和總的電流。如果系統(tǒng)電壓設置成為與最大負載電壓相等，則這些負載可直接到系統(tǒng)的輸出端。然而，對于限制電流為100A的系統(tǒng)的任何部分，在任何電源電路中電流應在20A以下，使電流低于推薦值就可使用標準的、普通的電氣設備和導線。當負載需要交流電源時，直流系統(tǒng)電壓應根據(jù)逆變器的特性而定。一些基本的規(guī)則有：（1）直流負載電壓通常是12V或12V的倍數(shù)，如24V、36V，48V等，對直流系統(tǒng)，系統(tǒng)電壓應為最大負載所需的電壓。大多數(shù)直流光伏系統(tǒng)在12V下小于1千瓦。此時最大電流應為1000/12=83。3A。、（2）如果負載需不同的直流電壓，選擇具有最大電流的電壓作為系統(tǒng)電壓，對于負載所需電壓與系統(tǒng)電壓不一致時可用直流—直流轉換器來提供所需的電壓。（3）獨立光伏系統(tǒng)的絕大多數(shù)交流負載在120V下工作。研究逆變器的有關說明，會得到關于總的或瞬時所需交流功率的說明。選擇一個能滿足負載和保持直流電流小于100A的逆變器。在忽略功率因子和損耗的情況下，下列等式成立：交流功率=（交流電壓）（交流電流）直流功率=（直流電壓）（直流電流）例如：如果交流負載是2400瓦，交流電壓是120V，則交流電流需20A。（不包括逆變器損耗）直流功率也為2400瓦，如果是12V逆變器則應為200A，這是不可行的。用24V或48V逆變器使電流輸入為100A或50A。切記，當電流值升高時，導線和開關的成本亦會升高。選擇逆變器是相當重要的，它影響系統(tǒng)的特性和成本。通常，效率和功率調整能力在較高直流電壓下更好，如一個48V的系統(tǒng)通常比一個12V的系統(tǒng)更有效。在確定系統(tǒng)電壓時，應從各方面收集關于逆變器，可用性，成本和容量信息等。另一個需要考慮的因素是當電壓增加時，在陣列和存儲子系統(tǒng)中基本結構單元也變大了。例如，一個48V系統(tǒng)有4塊光伏組件串聯(lián)而形成了基本的結構單元。給系統(tǒng)增加一點電流意味著要買4塊附加的光伏組件。然而高的電壓具有只需小的電流就可以達到同樣功率的優(yōu)點。因為大的電流意味著大的導線尺寸，昂貴和較難找到保險、開關和接觸器等。成本，元件效率和開關對于一個好的系統(tǒng)設計是至關重要的。獨立光伏系統(tǒng)的安裝在主要部件都已選擇好，那就應該把各個部件連起來成為一個工作系統(tǒng)。選擇正確的導線，連接器和保護元件（如開關，保險等）是非常重要的，它們可以保證一個系統(tǒng)工作20年以上。用合適的工具工作以維持長久連接，記住，整個系統(tǒng)的性能及可靠性依賴于每一個連接。如果能正確地使用、良好地設計和認真地安裝，那么獨立光伏系統(tǒng)將會成為20年以上的可靠的能量來源。陣列的安裝：獨立光伏系統(tǒng)的陣列的安裝有許多獨特和創(chuàng)新的方法。但在安裝中總有一些共同的問題，如陣列是固定式的還是跟蹤式的？是安裝在地上，桿上或是建筑物上？在陣列小系統(tǒng)中必須安裝一個開關或斷路器，這樣在維修陣列時能斷開陣列。陣列回路中的保險和電纜應可承受最大電流，即由短期“云聚焦”形成的在1000W/m2照度下短路電流的1.5倍。為了使光伏陣列安裝的牢固，并且可長年承受各種天氣的考驗。無論是買還是自己安裝框架都要保證它的穩(wěn)定和組件的牢靠。如果陣列是跟蹤式的，建議使用單軸跟蹤系統(tǒng)，它只需要很少的控制和能量。跟蹤系統(tǒng)可使陣列準確地跟蹤太陽。在有大風的地區(qū)，應該使用電力驅動的跟蹤。如果需要在屋頂安裝，那么要保證陣列下面允許新鮮的空氣通過，如果陣列離開屋頂至少3英寸時，陣列上組件的溫度就不會升高。蓄電池的安裝。電池是必須保護的部件。如果會出現(xiàn)結冰溫度，那么電池必須安裝在水密性的盒子內并埋于地下霜凍線以下或者是將電池置于能保持溫度高于0度的建筑物中。如果要埋電池，應選擇一個排水性良好的地點，且為電池挖一個排水孔。電池不應直接放在水泥面上，因為這樣會增加自放電，這種情況在表面潮濕的水泥面上更為嚴重。如果用開放式電池則必須提供放氣，以免引起爆炸。任何電池均應放在那些非專業(yè)人員接觸不到的地方，尤其是不要讓小孩靠近電池?？刂破骱湍孀兤魍ǔc開關、保險等安裝在控制中心內?？刂破鞅仨毎惭b在接線盒中，且能把其他元件如二極管等固定在其上。過熱會縮短電池壽命，故接線盒應安置在蔭涼通風的地方?？刂破鞑灰c電池安裝在一起，因為電池產(chǎn)生的腐蝕氣體可能引起電子元件失效。逆變器應安裝在可控制環(huán)境中，因為過高的溫度和大量的灰塵會減少逆變器的壽命且可能引起故障。逆變器也不應同電池安裝在同一盒內，因為腐蝕性氣體破壞電子元件而逆變器開關動作時產(chǎn)生的火花可能會引起爆炸。但是為了減少導線的阻抗損失，逆變器應安裝在盡可能靠近電池的地方。在逆變?yōu)榻涣麟姇r，因為交流電壓通常比直流電壓高，所以逆變器的輸出端的導線尺寸可以縮小一些。逆變器的輸入輸出回路應有保險或斷路器。這些保險器件應安裝在醒目的位置上，且其上標注清晰。在大多數(shù)地區(qū)建議在逆變器的輸入端使用浪涌保護器以防止閃電引起的沖擊電流。用像促動器這類部件可把浪涌電流旁路入地，這樣，閃電可能會損壞促動器，卻保護了昂貴的逆變器。最后還要強調的一點是在安裝時不要忽視接地的工作它是關系到人和設備的安全問題，應認真對待。維修預防性維修是最好的維修，所以應該定期對獨立光伏系統(tǒng)定期檢查。這樣，可以在小問題變成大問題之前就發(fā)現(xiàn)并處理之。即使系統(tǒng)是剛安裝不久,感覺系統(tǒng)工作正常也應該開始檢修了。大部分的檢查用電壓表，電流表和某些常識就能進行。定期檢查可使系統(tǒng)故障前其隱患就能得以清除，應該作以下檢查：（1）檢查系統(tǒng)中所有連接的緊密度、牢固性。電池的連接應清潔，用抗腐蝕劑密封。（2）檢查電解液水平，如果需要就加入純凈（蒸餾）水，但不要加得太滿。應每年檢測一次每個電池的標稱比重。標稱比重是電池充電狀態(tài)（SOC）的反映，但如果電解液分層了，測量就有會誤差。應檢查電池中不同層的標稱重量確定電解液是否分層。如果電解液分層了，就要對電池充分充電以混合電解液。如果電解液的標稱比重比別的電池差0.05，就意味著這個電池不行了。需要進一步監(jiān)測這個電池的性能看是否需要更換。（3）在有負載的情況下，檢查每一個電池電壓，把這些電壓與所有電池電壓的平均值相對比。如果一個電池與其它和差0.05V，可能就會有問題了。監(jiān)測該電池的性能看是否需要替換。（4）檢查系統(tǒng)走線。如果有導線露出來，就查找裂處，檢查絕緣性，檢查所有接線盒的接入和接出點，檢查絕緣處有否破裂。如果需要就更換導線而不能依靠用黑膠布來起長期絕緣的作用。（5）檢查所有導線盒是否關上（封上），看看有無水的破壞和腐蝕。如果電子元件是安裝在接線盒中，檢查盒中通風狀況,更換或清理空氣過濾器。（6）檢查陣列安裝框架或跟蹤機械，保養(yǎng)各種系緊的支架。（7）檢查開關的工作，確定開關的動作是否正確。查看接點附近有無腐蝕和炭化。用電壓表檢查保險，若電壓為0則保險正常。按照這些維護方面去做可以增加系統(tǒng)的利用率，延長系統(tǒng)的壽命。故障檢修。如果知道已經(jīng)出了問題，通過測試和分析結果就可確定其位置的一些基本的測試，用電壓表電流表，比重計，鉗子、螺絲刀和可調板手來完成。在檢修時建議帶上手套，防護鏡和膠鞋。在檢測電路前要保證兩個人都知道電源開關在何處，怎樣操作。記住，安全第一，只要有太陽，陣列就會產(chǎn)生電力，而且兩個以上的組件在最壞的天氣狀況下所產(chǎn)生的電能就能死一個人。應經(jīng)常測量將要觸摸的導線的和接觸器的電壓，在知道導線電壓、電流之前不要斷開連接。

第三部分太陽能電池系統(tǒng)應用介紹對于系統(tǒng)的分類，我們按其規(guī)?？梢苑譃榇笾行∪悾渲写笮褪侵釜毩⒐夥娬?；中型是指應用系統(tǒng)；小型是指比戶用系統(tǒng)規(guī)模還要小的類型如太陽能路燈等。這里主要介紹一些小型的應用系統(tǒng)，其他應用系統(tǒng)只做簡短介紹。航標燈，無人燈塔的電源航標燈是河流、湖泊、運河、水庫等航道的導航設施，主要作用是：反映符合航運需要的航道條件，指出經(jīng)濟安全的航道方向和界限，以引導船舶安全迅速地航行。我國土地遼闊，江河湖泊星羅棋布，航運的自然條件十分優(yōu)越。解放前，我國只有河段設有標志，航標燈也多使用煤油燈、乙炔燈等。解放后，黨和國家十分重視航運事業(yè)的發(fā)展，加強了航標燈的建設工作。使我國的航運事業(yè)不斷發(fā)展，航道通航能力不斷提高。航行條件迅速改善，保障了運輸?shù)臅惩ê秃叫械陌踩?。航標燈按能源供給的方式的不同，可分為：氣體燈：用氣體為燃料而發(fā)光的燈具，所用氣體有乙炔、丙烷等。煤油燈：以煤油為燃料的燈具。電氣燈：是利用電力為能源發(fā)光的燈。目前所用電源有蓄電池、干電池、交流電、浮標水力發(fā)電以及硅太陽電池等幾種。我國解放前采用的是煤油燈，后來改用乙炔、丙烷燈，也試用過鋅空氣電池燈。但由于使用條件的特殊，這些方法都存在著不同的缺陷，效果不理想，如用煤油，航標工人要每天早上吹燈，晚上再點燈，每天還要擦透鏡，而用乙炔要和易燃、易爆氣體打交道，且燈光不亮，發(fā)光不穩(wěn)定。而應用太陽電池作為航標燈源，技術上可行，經(jīng)濟上合算，得到了較廣泛的應用。應用太陽電池作為航標燈的電源，國外已很普遍，如日本海上保安廳于1959年11月正式啟用了山口縣周防筏瀨航標燈，我國于1973年首次在天津港進行燈浮標以硅太陽電池供電的試驗。到1976年國慶節(jié)前，天津港當時所有的13具浮標燈已采用硅太陽電池作為電源。應用的太陽電池板為14.7W，匹配功率為9瓦0.3秒明，2.7秒滅的閃光燈，配用100安時的鎘鎳蓄電池。使用效果良好，穩(wěn)定可靠。截至1981年底，全國航標燈應用硅太陽電池電源的總功率已達5000瓦左右，主要用于天津、上海、廣州、長江等航道局，安裝在南到北緯9的西沙群島，北到北緯34的大欽島這樣漫長的海岸線上。從幾年的使用情況中可以看出太陽電池航標燈有如下優(yōu)點：（1）使用可靠，維修簡單。天津港從1973年開始，每年2月到12月將太陽電池板安裝在燈柱上使用，沒有進行過補給，并經(jīng)受住了多次八級、九級以至更大的強風的考驗。（2）燈光亮度穩(wěn)定，射程得到了保證。與硅太陽電池配套的鎘鎳蓄電池放電平穩(wěn)，而以前用的鋅空電池燈，在剛換新電池時，電壓很高，不久電壓就大幅度下降，使燈光亮度不穩(wěn)，燈光射程得不到保證。減輕了航標工人的勞動強度。使航標管理水平提高，燈光正常率提高，為我國遠海孤島地區(qū)的航標燈找到了一種較理想的新電源。綜合計算，要比乙炔、丙烷、鋅空干電池燈節(jié)省費用。鋅空干電池燈每年需電池費約500元左右。丙烷燈每座航標燈每年進行檢查補給要多用3個臺班的船，按中型船年平均計算，共需1200元左右。而一套太陽電池電源雖一次投資稍大，約需1500元左右，但若使用10年每年平均開支才150元左右。二、在鐵路信號上的應用鐵路是國民經(jīng)濟的大動脈，鐵路信號燈是保證安全正點運行的不可缺少的重要設備之一。我國鐵路現(xiàn)有車站5000余個，其中無交流電源或無可靠的交流電源的車站有1500余個。這些車站的燈光信號、設備或是點油燈，或是以空氣電池，干電池供電，技術性能差，工作不穩(wěn)定，油及電池消耗量大，勞動強度高，異常陳舊落后，為了改變這種落后的狀態(tài)，使沒有可靠交流電源的車站的信號設備獲得較理想的電源，1975年2月廣州鐵路局首次在廣州鐵路局婁底電務段普奄堂車站的一架預告信號機上試用以硅太陽電池電源為鐵路局信號供電。之后，鐵道部于1979年6月在青藏鐵路的克土車站安裝了我國最大的一座硅太陽電池電源，在電氣集中信號設備上試用。它的峰值功率為720瓦。與此同時，鐵道部還在分布于華南、西北、華北、東北地區(qū)的廣州、柳州、蘭州、西安、呼和浩特、齊齊哈爾、哈爾濱等鐵路局選擇了一些車站的信號機進行擴大實驗，截至1981年底，全國已有15個鐵路局在100余個車站安裝了硅太陽電池鐵路信號燈電源，總功率達5000余瓦（見下圖）圖鐵路信號燈太陽電池電源硅太陽電池鐵路信號燈系統(tǒng)，由如下部分組成：（1）硅太陽電池方陣（2）蓄電池（3）電源控制器（4）信號燈具（5）輸電線路（6）硅太陽電池方陣托盤，支架及跟蹤裝置。實踐證明，這些鐵路信號燈的硅太陽電池電源，工作可靠，性能穩(wěn)定，使用良好，比較滿意的解決了無可靠交流電源的車站鐵路信號燈的供電問題。對確保鐵路運輸?shù)陌踩c和逐漸實現(xiàn)鐵路運輸?shù)默F(xiàn)代化具有很大的意義，它的主要優(yōu)點是：提高和穩(wěn)定了信號的顯示距離，有利于行車安全。這些應用太陽電池電源的車站一般來說，地形和氣象條件都很惡劣，哈爾濱鐵路局的高嶺子車站。地處高山峰頂，上下行都是在斜度為1.3%的大坡上，氣候惡劣，溫差很大，每逢冬季大風雪之夜，由于油燈顯示距離近，看不清，甚至被風吹滅，每年平均要造成3次機外停車和50次引導進站。出站信號也由于顯示距離近。不但兩端搬道員相對方向看不見，連機車乘務員也要運行到站中心才能看清出發(fā)信號，經(jīng)常造成列車晚點，嚴重影響行車安全。采用干電池的車站，干電池用到最后，供電電壓降低，燈光暗淡，而且還可能出現(xiàn)燈光突然不亮影響行車的現(xiàn)象，采用硅太陽電池電源后，供電電壓穩(wěn)定，燈光可靠性強，連續(xù)性好，消滅了滅燈現(xiàn)象，并且提高顯示距離一倍左右。減輕了搬道員的勞動強度。過去，在夜間用油燈顯示信號的車站，搬道員要白天從信號機柱上取回燈擦洗加油，晚上再掛回點亮，有些信號燈距離又較遠（有些距站中心1~2Km），每逢大風雪和暴風雨之夜，要頂著風雨，冒著嚴寒，不僅勞動強度大，且已有人身傷亡之事故發(fā)生。而用干電池供電的電站，電池更換頻繁，并且需經(jīng)常檢測，不但維護工作量不少，且稍有疏忽，就可能出錯，影響行車?，F(xiàn)在以硅太陽電池作電源，幾乎無需什么維護工作，勞動強度大大減輕。管理方便，使用壽命長，節(jié)省了經(jīng)常的消耗。例如高嶺子車站的8個信號燈，過去每年要耗煤油600斤，豆油260斤，折合人民幣400余元，現(xiàn)在可全部省掉，五年可省下的這筆費用，大體上與購買太陽電池和鎘鎳蓄電池的費用相當，而用干電池供電的車站，通常一個月要更換一組點燈用干電池，兩個月更換一供臂板電動機動作的電池，換用太陽電池后，電池的消耗量減少了。對位于青藏鐵路西寧至格爾木間的克土車站的鐵路信號系統(tǒng)，過去用電全部領依靠柴油機發(fā)電，要消耗大量柴油，特別是由于這里海拔高，空氣稀薄，使柴油機功率下降30%以上，并且使用維修的工作量相當大，現(xiàn)在以硅太陽電池作電源，操作簡單，不耗柴油，而且?guī)缀醪恍枞魏尉S修十分方便經(jīng)濟，（見下圖）圖13.2克土車站太陽電池鐵路信號設備電源減少了列車通過時的撂閘次數(shù)，節(jié)約煤炭。減少一次撂閘，可省煤100公斤左右。附：車站信號電源系統(tǒng)簡圖圖試點站信號電源系統(tǒng)蓄電池組可靈活地通過各自的雙投刀閘并關與硅太陽電池方陣浮充對負載供電，必要時將雙投開關投向另一端，則可由柴油發(fā)電機組發(fā)電，具有穩(wěn)壓、穩(wěn)流性能的充電電屏對這組蓄電池補充充電。農(nóng)牧業(yè)設備電源缺少交流電源的廣大農(nóng)牧業(yè)地區(qū)，是推廣應用太陽電池的廣闊天地。采用太陽電池為農(nóng)牧業(yè)的小型設備解決電源供應問題。對促進我國農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。1、電圍欄電源畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)的重要組成部分。我國草原面積達43億畝，其中可以利用的有33億畝，此外南方還有10多億畝草山草坡，具有發(fā)展畜牧業(yè)的良好條件。為了發(fā)展畜牧業(yè)，防止草原退化，許多畜牧業(yè)發(fā)達的國家，早已用科學的劃區(qū)輪牧制，代替落后的游牧方式，所謂劃區(qū)輪牧制就是將大片的草場劃分為若干個區(qū)，以一定數(shù)量的畜群和相等的時間，按區(qū)輪流放牧，這樣，放牧強度不致過大，因而有利于草場的更新復壯，我國也在推廣這種放牧方式。要“輪牧”就要“劃區(qū)”，并要用圍欄將各輪牧區(qū)圍起來，圍欄內設有飲水點，畜群在欄內平時不用人管，只在轉欄時才由牧民將畜群趕到計劃中的另一個圍欄里去。由于建設圍欄是搞好草場建設、發(fā)展畜牧業(yè)的基礎，所以各畜牧業(yè)發(fā)達的國家，盡管圍欄工程浩大，也都異常重視，如新西蘭花了四億元在全國建成了總長達80.5萬公里圍欄，澳大利亞已在60億畝的草原上建立起了圍欄。目前世界各國的圍欄按結構材料分，主要有石土矮圍欄，刺鐵絲及鐵絲圍欄，生物圍欄電圍欄等，圍欄是最近幾年發(fā)展起來的一種新興型的圍欄，有很多優(yōu)點，前途廣泛。它通過一個高壓脈沖發(fā)生器把普通電源的電流變成高壓主脈沖電流然后送到圍欄的鐵絲上，當牲畜角及圍欄上的鐵絲時，就會受到高壓電流的電擊，迅速避開，這樣受擊多次后牲畜就建立起了條件反射，以后就不敢再碰觸圍欄上的鐵絲了。太陽電池蓄電池太陽電池蓄電池高壓脈沖發(fā)生器放牧柵原理圖利用太陽電池制成的電圍欄，經(jīng)濟效果好，使用管理簡單，深受廣大牧區(qū)歡迎，很有推廣價值。2、黑光燈電源害蟲是農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的大敵，消滅害蟲，保護農(nóng)作物和森林，是搞好農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的重要措施之一。防止害蟲的主要辦法，有生物防治，生物防治，物理防治等數(shù)種。應用黑光燈防治害蟲屬物理防治法。實踐證明，它是貫徹“預防為主，綜合防治”植保方針的一項效果顯著，好處很多的技術措施，值得有計劃、有步驟、因地制宜地加以推廣，它的主要優(yōu)點有：能消滅大量的有效蟲源，誘捕的害蟲種類多，數(shù)量大，雌蟲多，抱卵率高?？蓽p少農(nóng)藥用量，減輕污染，有利于保護天敵?？晒?jié)省農(nóng)藥費的開支，減少人工，降低成本。對益蟲和天敵傷害極少，與生物防治無矛盾，有利于保護水產(chǎn)，牲畜和蠶?？捎糜陬A報和科學研究，提高植保水平。按所用電源劃分，黑光燈有交流燈和直流燈之分。交流燈要用大量電桿、電線、投資大，并常受電網(wǎng)的影響，用電缺乏保證。直流燈要用許多蓄電池，管理麻煩，維護復雜，經(jīng)常充電，費工費時。為此有關工廠研制了以太陽電池作能源的太陽能黑光燈，（如圖13.5所示）。它使用簡單，維護方便，壽命較長，易于管理，因而深受歡迎。太陽能黑光由如下五個部分組成：（1）太陽能收集器（硅太陽電池）（2）蓄電池（3）直流變換器（4）黑光燈管（5）支架及集蟲器。圖13.5太陽能黑光燈3、割膠燈電源橡膠是四大工業(yè)原料之一，是舉世公認的重要戰(zhàn)略物資，在國防建設和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著十分重要的作用和廣泛的用途。我國的天然橡膠植物業(yè)，建國以前基本上是空白，建國后在黨中央的關懷下，從無到有，從小到大，逐步發(fā)展起來。截止1978年底，我國的橡膠種植總面積已達571萬畝。在世界28個橡膠國中，位居第四，產(chǎn)量位居第六。在橡膠生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是割膠。而割膠的照明燈具是割膠的重要生產(chǎn)工具之一。過去，我國割膠的照明燈具，一直沿用國外的乙炔燈。它的缺點是（1）氣味難聞，有礙膠工健康（2）乙炔在運輸和使用中損耗較大（3）不夠安全，有時會發(fā)生爆炸，有時會燃料膠工頭發(fā)（4）光斑小，亮度不高且不穩(wěn)定。為了解決這些問題，我國的有關院、所、廠合作，經(jīng)過幾年努力，研制出了一種新型割膠燈具，（見下圖13.6）。它由氪氣泡照明燈頭和開口式5安時鎳鎘蓄電池組成。與乙炔燈相比，它有如下優(yōu)點：（1）照明燈泡采用2瓦氪氣泡，光電轉換效率高（2）燈頭的反射罩采用真空鍍鋁工藝，反射性能好，光能利用率高（3）無刺激性氣味（4）不怕風吹（5）光斑大，光斑亮度高且穩(wěn)定（6）蓄電池可充電九百多次，節(jié)省開支（7）使用安全方便。圖13.6太陽能割膠燈我國的橡膠農(nóng)場，主要分布在海南、廣東、湛江、汕頭等地區(qū)，云南的西雙版納、紅河、臨滄、德宏地區(qū)，廣西的玉林、欽州，南寧地區(qū)，福建的龍溪地區(qū)，其中不少農(nóng)場地僻人稀，遠離電網(wǎng)，無交流電源可供使用。為此，又研制了專供給割膠燈蓄電瓶充電用的硅太陽電池充電器和充電站，充電站可設置在一個固定的地點，為割膠燈的蓄電瓶集中充電。太陽電池充電站的功率，可根據(jù)充電蓄電池的多少來確定。每燈具可配兩套蓄電池，一套充電，一套使用。這樣，太陽電池充電站就可不必另配貯能裝置了。四、廣播、電視、通信設備電源在偏僻的山區(qū)，分散的海島、遼闊的草原，應用廣播、電視、通信設備是非常重要和必需的。對于發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、改善人民生活、鞏固國防，加強民族團結有很大意義。而這些地區(qū)，一般均無交流電源可資利用。因此，這些設備的電源保障，就成為了突出的關鍵問題。僅以電視差轉機電源為例，說明太陽電池作電源的優(yōu)勢和巨大潛力。電視是現(xiàn)代化的宣傳教育工具和文化娛樂手段，它融合廣播、新聞、教學、電影、戲劇、音樂，美術等因素為一體，繪影繪聲，形象生動，對于宣傳黨和國家的方針政策普及科學文化知識，活躍人民生活，具有重要意義，但是我國人口眾多，土地遼闊，因此許多遠離電視發(fā)射臺的邊遠城鎮(zhèn)、山區(qū)、海島上工廠、學校、部隊、牧區(qū)等收不到電視，為了滿足這些地區(qū)人民群眾收看電視的需要，必須裝設電視差轉機，而這些地區(qū)差轉機工作的條件一般比較差，且依靠常規(guī)能源一般有困難，應用太陽電池為電源的電視差轉機應運而生。我國1980年首次研制成功的太陽電池電視差轉機（見下圖13.7），是一部晶體管化，各種電源，全自動、黑白彩色兼容的小功率電視變頻轉播機，輸出功率為100mw，覆蓋半徑超過3公里，該機小巧輕便，價格低廉，不用外供電源，無人值守，不用機房，采用160片直徑為45mm的硅太陽電池組成兩組，每組各用80片太陽電池串并聯(lián)而成的電源。自1980年3月在廣西陽朔縣城外的東嶺山上安裝使用以來，情況良好，工作正常。當場強有圖13.7太陽能彩色電視差轉機40分貝左右時，即能轉播出良好的圖案及伴音，場強再強一些，彩色圖象也出來了。使用證明，太陽電池電視差轉機，性能良好，價格便宜，供電方便，管理簡單，很有推廣價值，它的主要優(yōu)點如下：建臺簡易，收效快捷。既不需機房，又不需架電源線建臺后不需專人管理，使用方便，節(jié)省人力使用太陽電池作電源，轉播機自成閉合回路，與大地無關，不易受雷擊，設置也簡單，便于在高山建臺節(jié)省投資。建一個普通的小功率差轉臺，機房，架電源線建地約需5000~6000元，現(xiàn)在這三項皆可省掉，而太陽電池和鎘鎳蓄電池僅需1800~2000元。作為光伏抽水灌溉系統(tǒng)能源我國西藏大部，新疆南部、青海、和內蒙古西部干旱少雨，河流稀少，地表水缺乏。地下水埋深10m以上，但儲量較豐富，且這些地區(qū)的太陽能資源豐富，灌溉季節(jié)正是太陽峰值期，所以對利用太陽能進行提水灌溉非常有利，光伏抽水系統(tǒng)主要包括三部分：光伏陣列，把太陽能轉換為直流電；馬達或泵；蓄水和分水系統(tǒng)，框圖如下：太陽能太陽能光伏陣列直流電電力調節(jié)裝置浮動馬達/泵貯水箱主出水管小型分水滴管太陽能泵一般可用于需水量較大的場合，可分散設置或靠近用水地點設置，灌溉設備的參數(shù)選擇取決于具體地點的太陽輻射、氣溫、水泵出力，機械技術方面的也界條件等。下面以一個示范點為例將1KW太陽能泵抽水費用和同等規(guī)格的柴油機進行比較，示范點位于內蒙古達拉特旗，距包頭26KM，屬伊克昭盟，位于庫布齊沙漠邊緣，比較如下：1、光電提水設備費如下：1KW太陽電池2.5萬元；BOS系統(tǒng)2500元；專用水泵800元；附件500元；安裝費600元，年維護費150元；在Ⅱ類太陽能源區(qū)，揚程20m，4~8月可抽水32000m3，太陽電池按20年折舊，其它設備按10年折舊，則每m3水成本0.055元。2、柴油機提水費如下：設備費1500元；土建費3000元；半年人員工資1000元；年維護費610元；每年4~8月提水40000m3，按8年折舊，不計燃料費，每m3水投資0.07元，每噸水燃料費0.16元，最后可算得每噸水成本0.23元?，F(xiàn)在我國“三北”地區(qū)，利用光伏滴灌系統(tǒng)澆灌農(nóng)田等，有著重要的經(jīng)濟效益，具有廣闊的前景。（取自《新能源》97/10）六、太陽電池電源在陰極保護中的應用我們知道，一般埋于地下的天然氣或其它的管道在土壤的性類似于電解液的環(huán)境中長期浸泡就會產(chǎn)生腐蝕，嚴重影響其安全性和使用壽命。特別是長距離傳輸時，由于管道長，維修和檢查都比較困難。為防止或減緩管道的腐蝕，我們在鋪設管道的時候，就可以隔一定的距離，安裝一個小型的太陽能電池板作為直流電源,它與輔助陽極一起以犧牲陽極的方法來保護陰極的金屬管道。所以，對一個幾十公里或者更長的金屬管道進行分段保護，用太陽能陣列提供直流電壓是最有效和經(jīng)濟的方法。各種條件下使用的金屬，一般會受兩類腐蝕，即化學腐蝕和電化學腐蝕。化學腐蝕是金屬與介質接觸發(fā)生化學作用時引起的，它的特點是作用進行中沒有電流產(chǎn)生；電化學腐蝕是另一類極其廣泛的腐蝕，它是由于金屬表面與電解質溶液（例如水和土壤）接觸時，金屬表面上電位不盡相同，有的地方電位高，另一些地方電位低，結果形成腐蝕原電池。只起傳遞電子作用，不受腐蝕（若不發(fā)生二次腐蝕過程）。因此電化學腐蝕過程可看成由以下三環(huán)節(jié)組成：在陰極金屬溶解變成金屬離子進入溶液中Me——Me++e-（陽極過程）電子通過金屬從陽極流到陰極在陰極，流過來的電子被溶液中能吸收電子的物質（D）所接受e-+D——[D、e-]（陰極過程）以上三個環(huán)節(jié)是互相聯(lián)系，缺一不可。如果其中一環(huán)節(jié)停止進行，則整個腐蝕過程也停止了。電化學腐蝕有電流產(chǎn)生。例如，對于埋設在含氧量不同的土壤中的金屬管道，就可能形成腐蝕電池，與含氧量較多的砂土接觸的管道，成為腐蝕電池的陰極區(qū)，而與含氧量較少的粘土接觸的管道成為陽極區(qū)，受到腐蝕。如下圖13.8所示：圖埋設在結構不同的土壤中的金屬管道發(fā)生充氣不均勻腐蝕因此可通過如圖13.9所示的外加電流法來保護金屬管道不受腐蝕。它將直流電源的負極連接到被保護的金屬管道上，使被保護的金屬整個表面均為陰極，將正極連到難溶的材料如石墨、高硅鐵、碳性鐵氧體，鉛銀合金、鍍鉑的鈦等構成的輔助陽極，當施加的驅動電壓高于金屬所需的最少的保護電位時，該管道處于電流保護范圍內，對于邊遠的地區(qū)，則太陽電池作直流源既經(jīng)濟又便利。圖13.9外加電流陰極保護示意圖1.陰極；2.金屬管道；3.絕緣層；4.輔助陽極；5.土壤；6.直流電源1980年山東邵陽縣輸油泵站安裝了太陽能電源供電的地下輸油管道陰極保護裝置，該裝置采用了300W太陽電池，由三塊功率各為100W的小方陣組成，小方陣工作電壓18V，工作電流6A，能自動跟蹤太陽。蓄電池組由40個TW—500A的組成，試驗表明，性能穩(wěn)定，供電正常，使用效果良好；1982年江蘇射陽縣對有35孔的水閘開展了硅太陽電池電源陰極保護試驗，1983年7月使用之后，運行正常，保護效果滿意。七、并網(wǎng)發(fā)電太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)目前主要用于無電或缺電的邊遠地區(qū)，作為獨立的電源給家用電器及照明設備供電。隨著電力的緊張，環(huán)境污染等問題的日趨嚴重，與公用電網(wǎng)并網(wǎng)運行的太陽能發(fā)電系統(tǒng)已顯示出越來越大的競爭力。光伏發(fā)電的并網(wǎng)運行將省去獨立光伏系統(tǒng)中的貯能環(huán)節(jié)——蓄電池，從而大大減少了電站的維護，由于蓄電池壽命較短，省去蓄電池后，發(fā)電系統(tǒng)的壽命可與太陽能電池的壽命相當。與電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電，可起到在白天工業(yè)用電高峰期減輕交流電網(wǎng)壓力的作用。它與必須隨時滿足負載要求的獨立光伏系統(tǒng)相比，并網(wǎng)式PＶ系統(tǒng)配置較為簡單。通?？珊喕癁檫x擇ＰＶ組件和合適的逆變器，以及找出ＰＶ陣列和逆變器的容量之間的正確配比。１９９３年，美國幾家電力公司宣布，世界上最大的ａ——Ｓｉ光伏電站已通過專家驗收正式投入運行。該電站位于；加利福利亞州的大衛(wèi)斯。占地２萬ｍ２，造價１６０萬美元，按合同規(guī)定：提供４００ＫＷ交流電力，滿足１５０戶美國家庭的需要，它的實際發(fā)電能力是４７９ＫＷ（ＡＣ），每年發(fā)１００萬ＫＷ.h電能。該電站由原克羅納公司的技術人員設計和安裝，后為ＡＰＳ公司接管。美國最大的供電公司之一——太平洋煤氣與電力公司以及另外幾家大型電力公司已經(jīng)把這個電站并入了電網(wǎng)。八、太陽電池作為信號轉換器的應用此外太陽電池還可以作為光電信號的轉換器，它與其它光電器件相比，有許多優(yōu)點：和光電管相比，它的體積小，重量輕，不怕強光，不需外接電源。與光敏電阻和硒光電池相比，它不易老化，參數(shù)穩(wěn)定，光電積分靈敏度高與充電二極管及充電三極管比，它的價格較低，線路簡單它比其它光電器件的壽命都長，可達十至二十年根據(jù)使用方式的不同，可將硅光電池制的充電信號轉變器分為以下三類：１、作為光電開關光電開關要求有一定的響應速度，能夠一有信號輸入，應該立刻有電信號輸出，且前后相鄰兩個信號能分辨清楚，硅光電池的頻率響應時間為１０－４～１０－６秒，在機械運動范圍內能很好地起到開關的作用，這種作用對輸入的光信號和輸出的電信號不要求有特定的聯(lián)系，只要電信號有可以推動下一級工作的強度即可。光電開關的應用十分廣泛，如無人管理的路燈開關，機床上的安全保護等。２、光電流隨著光照面積大小的變化而變化的應用。太陽電池光照面積的大小與輸出的電流大小成線性的關系，面積愈大，硅光電池輸出電流愈大；面積愈小，輸出的電流也變小。例如可利用此特性，把它裝在電影放映機上作為還音元件（見附圖13.10），也可用于測量壓縮機氣缸閥的規(guī)律等。13.10電影光學還音系統(tǒng)示意圖1.激勵燈泡；2.聚光燈；3.導光柱；4.運行的影片；5.旋轉音鼓；6.還音鏡頭；7.機械隙縫；8.硅光電池３、光電流隨光強度的變化而變化的應用硅光電池的短路電流與光照強度成線性關系，而且對于微弱的光線，這一關系仍然存在。于是應用這一關系制成了一種硅光電池顯微光度計，它可以用來檢測從極小煤?；虻V物樣品中反射出來的光強度，從而確定煤或礦物對光的反射率。而反射率是煤的重要物理指標之一。對于研究煤的性質，成因及工業(yè)利用具有很大意義。因此，這一儀器在煤炭工業(yè)系統(tǒng)中已獲得較廣泛的應用。應用硅光電池的這一特性，還制成了溫度計、壓力計、濁度計等儀器。太陽電池電源作為新一代的能量系統(tǒng)，應用異常廣泛，上述介紹僅僅是一些典型的應用。目前的應用還包括作為高速公路的照明及標志的信號電源，氣象自動觀測儀器電源，太陽電池游艇，作為無線方式信號保護裝置電源，太陽電池鐘、太陽電池手表、太陽電池電視機等等。應該看到，我國幅原遼闊，部分地區(qū)還沒有電網(wǎng)覆蓋，但太陽能資源豐富，例如我國的青藏高原，地廣人稀，一般沒有高低壓電網(wǎng)，但太陽能資源卻非常豐富，大多數(shù)地區(qū)全年日照時數(shù)在2800－3000h以上，連陰天日數(shù)少，由于空氣稀薄、干燥和潔凈，陽光穿透大氣時，太陽輻射能量被削弱的程度也很小，收到的太陽輻射能量較大，其中直接輻射占總輻射的６０％以上。所以發(fā)展太陽能有很大潛力，前途光明。九．太陽能節(jié)能燈太陽燈對于我國現(xiàn)有的1.