太陽能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)-培訓(xùn)教材

太陽能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽能充電器培訓(xùn)教材2007年3月前言太陽能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽能充電器我國研制太陽能電池始于一九五八年，中國的光伏技術(shù)經(jīng)過四十年的努力，已具有一定的水平和根底。過去我國遙遠(yuǎn)地區(qū)的光伏發(fā)電市場主要由國家投資工程和多邊援助工程支撐。90年代以來，隨著遙遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟開展和農(nóng)牧民收入水平的提高，遙遠(yuǎn)地區(qū)的光伏發(fā)電市場也開始向商業(yè)化開展。根據(jù)世界銀行/全球環(huán)境基金可再生能源商業(yè)化工程準(zhǔn)備研究過程中的資料顯示，我國西部地區(qū)經(jīng)營太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的各類公司和團體由80年代的缺乏10家，開展到1997年底的50多家，其中大多數(shù)公司以商業(yè)化贏利為目的。這從側(cè)面說明，我國的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)具有了一定的市場潛力和市場吸引力。光伏電池發(fā)電有離網(wǎng)(獨立電站)和并網(wǎng)(市電并網(wǎng)電站)兩種工作方式。過去，由于太陽電池的生產(chǎn)本錢居高不下，所以光伏電池多用于工業(yè)部門〔郵電、電力、石油、鐵路等〕和偏遠(yuǎn)無電地區(qū)的中小功率離網(wǎng)用戶。隨著光伏產(chǎn)品本錢的降低和農(nóng)牧民收入水平的提高，太陽能光伏市場近年來發(fā)生了很大變化，開始向較大功率的交流系統(tǒng)和村莊供電系統(tǒng)開展；并且逐步向并網(wǎng)發(fā)電以及和建筑相結(jié)合(屋頂發(fā)電系統(tǒng))的常規(guī)發(fā)電方向開展，開始由補充能源向替代能源過渡。太陽能光伏電源的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，從數(shù)十瓦的戶用照明系統(tǒng)到電信、電力、鐵路、石油、部隊等部門通訊設(shè)備數(shù)千瓦的備用電源系統(tǒng)，甚至在西藏阿里、安多等地區(qū)還建成幾個數(shù)十千瓦的集中型太陽能光伏電站。隨著我國光伏事業(yè)的高速開展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，從事太陽能光伏電源系統(tǒng)集成設(shè)計和安裝的技術(shù)人員不斷增加。由于太陽能光伏電源技術(shù)屬于跨多學(xué)科的新興學(xué)科，它涉及到氣象、光學(xué)、半導(dǎo)體、電力、電子、計算機和機械等多種學(xué)科技術(shù)，要求從業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)掌握廣泛而深入的技術(shù)知識，才能合理設(shè)計使用和充分發(fā)揮價格較昂貴的光伏系統(tǒng)設(shè)備的作用。但是，目前國內(nèi)有關(guān)光伏技術(shù)的書籍和資料大多是介紹太陽電池、蓄電池等器件原理和應(yīng)用方面的根本知識，而系統(tǒng)闡述太陽能光伏電源系統(tǒng)集成設(shè)計和配套電子設(shè)備〔光伏電源控制器、方波或正弦波逆變器及系統(tǒng)檢測儀器等〕應(yīng)用的專業(yè)資料卻很少。因此，北京市計科能源新技術(shù)開發(fā)公司根據(jù)多年來從事光伏電源系統(tǒng)集成設(shè)計、工程安裝和配套電子設(shè)備生產(chǎn)的經(jīng)驗，組織編寫了這本培訓(xùn)教材，試圖幫助廣闊從事太陽能光伏行業(yè)的技術(shù)人員系統(tǒng)學(xué)習(xí)掌握光伏系統(tǒng)集成設(shè)計和配套電子設(shè)備的應(yīng)用，更好地開展我國的光伏事業(yè)。由于水平有限，時間倉促，對本培訓(xùn)教材中不當(dāng)和錯誤之處敬請專家和讀者批評指正。太陽能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽能充電器目錄TOC\o"1-2"一．緒論31．我國的太陽能資源概況42．太陽能的主要利用形式和光伏發(fā)電的運行方式03．太陽能光伏技術(shù)的開展及前景0二．太陽能光伏電源系統(tǒng)的原理及組成11．太陽能電池方陣22．充放電控制器53．直流/交流逆變器54．蓄電池組5．測量設(shè)備6．太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計6三．光伏電源充放電控制器111．控制器的功能：112．控制器的根本技術(shù)參數(shù)113．控制器的分類：114．控制器的根本電路和工作原理：125．小型單路充放電控制器產(chǎn)品實例156．普通型柜式充放電控制器產(chǎn)品實例177．智能型壁掛式充放電控制器產(chǎn)品實例20四．直流－交流逆變器261．逆變器的功能：262．光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的技術(shù)要求263．逆變器的分類和電路結(jié)構(gòu)274．逆變器的控制電路305．逆變器功率器件的選擇：306．逆變器的主要技術(shù)性能指標(biāo)317．PWM方波逆變器產(chǎn)品實例338．SPWM正弦波逆變器產(chǎn)品實例359．3kW可調(diào)度型并網(wǎng)逆變器38五．光伏電源系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器411．?dāng)?shù)據(jù)采集器的主要技術(shù)指標(biāo)412．?dāng)?shù)據(jù)采集器的根本功能413．?dāng)?shù)據(jù)采集器的硬件結(jié)構(gòu)424．?dāng)?shù)據(jù)采集器的操作43六．蓄電池組：461．鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)及工作原理462．鉛酸蓄電池的工作原理473．蓄電池的電壓、容量和型號474．電解液的配制485．蓄電池的安裝506．蓄電池的充電：517．固定型鉛酸蓄電池的管理和維護52七．備用柴油發(fā)動機和交流充電設(shè)備581．柴油發(fā)電機組582．交流充電設(shè)備產(chǎn)品實例JKZH-60K-3CH整流充電柜65太陽能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽能充電器一．緒論在人類文明的歷史長河中，人類不斷地從自然界索取、探求適合生存和開展所需的各種能源，能源的利用水平折射出人類文明的進步步伐。從原始社會開始，由地球在長達(dá)50萬年的歷史中積累下來的化石礦物能源，即常規(guī)能源(煤、石油、天然氣等)一直是人類所用能源的根底。但是常規(guī)能源的儲量正隨著人類文明的高度開展而迅速枯竭。從資源的角度看，地球的礦物能源儲量是有限的，按目前消耗的速度計，石油還可供開采40年左右，天然氣約60年，煤可望達(dá)200年。全球能源消耗的年增長率約為2%，近35年來世界能源消費量已經(jīng)翻了一番。人們預(yù)計，到2025年全球能源消耗還將再增加一倍。這些都提醒人們注意到必須開發(fā)新的能源。常規(guī)能源的大量利用對人類生存環(huán)境也有著日趨嚴(yán)重的破壞作用。到20世紀(jì)末人們開始意識到：由于每年燃燒常規(guī)能源所產(chǎn)生的CO2排放量約210億噸左右，已經(jīng)使地球嚴(yán)重污染，而且目前CO2的年排放量還在呈上升趨勢。CO2造成了地球的溫室效應(yīng)，使全球氣候變暖。經(jīng)過較為準(zhǔn)確的推算，如果全球變暖1.5～4.5℃,最嚴(yán)重的后果是海平面將上升25～145cm，沿海低洼地區(qū)將被淹沒，這將嚴(yán)重影響到許多國家的經(jīng)濟、社會和政治結(jié)構(gòu)。此外，大量燃燒礦物燃料，會在大范圍內(nèi)形成酸雨，將嚴(yán)重?fù)p害森林和農(nóng)田，目前全球已有數(shù)以千計的湖泊酸性度不斷提高，并已接近魚類無法生存的地步；酸雨還損壞石造建筑、破壞古跡、腐蝕金屬結(jié)構(gòu)，甚至進入飲用水源，釋放出潛在的毒性金屬〔如鎘、鉛、汞、鋅、銅等〕，威脅人類健康。因此，人類文明的高度開展與生存環(huán)境的極度惡化，形成了強烈的反差。針對以上情況開發(fā)和使用新能源(可再生能源和無污染綠色能源)已是人類目前迫切需要解決的重要問題。雖然目前人類可利用的新能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水能、海洋能等能源形式都是可以滿足要求的。但從能源的穩(wěn)定性、可持久性、數(shù)量、設(shè)備本錢、利用條件等諸多因素考慮，太陽能將成為最為理想的可再生能源和無污染能源。我國的太陽能資源概況:太陽能的主要利用形式和光伏發(fā)電的運行方式:太陽能電池發(fā)電與火力、水力、柴油發(fā)電比擬具有許多優(yōu)點，如平安可靠、無噪聲、無污染，能量隨處可得、不受地域限制、無需消耗燃料、無機械轉(zhuǎn)動部件、故障率低、維護簡便、可以無人值守、建站周期短、規(guī)模大小隨意、無需架設(shè)輸電線路、可以方便地與建筑物相結(jié)合等，因此，無論從近期還是遠(yuǎn)期，無論從能源環(huán)境的角度還是從遙遠(yuǎn)地區(qū)和特殊應(yīng)用領(lǐng)域需求的角度來考慮，太陽能電池發(fā)電都極具吸引力。目前，太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的唯一障礙是其本錢高，預(yù)計到21世紀(jì)中葉，太陽能電池發(fā)電的本錢將會下降到同常規(guī)能源發(fā)電相當(dāng)。屆時，太陽能電池發(fā)電將成為人類電力的重要來源之一。目前太陽能的利用形式主要有光熱利用、光伏發(fā)電利用和光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種形式。光熱利用具有低本錢，方便，利用效率較高等優(yōu)點，但不利于能量的傳輸，一般只能就地使用，而且輸出能量形式不具備通用性。光化學(xué)轉(zhuǎn)換在自然界中以光合作用的形式普遍存在，但目前人類還不能很好地利用。光伏發(fā)電利用以電能作為最終表現(xiàn)形式，具有傳輸極其方便的特點，在通用性、可存儲性等方面具有前兩者無法替代的優(yōu)勢。且由于太陽能電池的原料—硅的儲量十分豐富、太陽電池轉(zhuǎn)換效率的不斷提高、生產(chǎn)本錢的不斷下降，都促使太陽能光伏發(fā)電在能源、環(huán)境和人類社會未來開展中占據(jù)重要地位。由于太陽光資源具有分散性，而且隨處可得，太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)特別適合于作為獨立的電源使用，例如遙遠(yuǎn)地區(qū)的村莊及戶用供電系統(tǒng)、太陽能電池照明系統(tǒng),太陽能電池水泵系統(tǒng)以及大局部的通信電源系統(tǒng)等都屬此類。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)還可以同其它發(fā)電系統(tǒng)組成聯(lián)合供電系統(tǒng)，如“風(fēng)－光互補系統(tǒng)〞、“風(fēng)－光－柴－蓄互補系統(tǒng)〞等。由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)本錢低，又由于風(fēng)能和太陽能資源具有互補性，互補發(fā)電系統(tǒng)可以大大提高供電的穩(wěn)定性，其價格比起獨立太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)至少可減少1/3。除此之外，太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)還可以與電網(wǎng)相聯(lián)構(gòu)成并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)系統(tǒng)是將太陽能電池發(fā)出的直流電通過并網(wǎng)逆變器直接饋入電網(wǎng)，從而可以大大減少蓄電池的存儲容量。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可分為“可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)〞和“不可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)〞?！安豢烧{(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)〞中不帶儲能系統(tǒng)，饋入電網(wǎng)的電力完全取決于日照的情況；“可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)〞帶有儲能系統(tǒng)，可根據(jù)需要隨時將太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)并入或退出電網(wǎng)。實踐證明，并網(wǎng)電站可以對電網(wǎng)調(diào)峰、提高電網(wǎng)末端的電壓穩(wěn)定性、改善電網(wǎng)的功率因數(shù)和消除電網(wǎng)雜波均能發(fā)揮有效作用，很有應(yīng)用前景。3．太陽能光伏技術(shù)的開展及前景：太陽能電池最早用于空間技術(shù)，至今宇宙飛船和人造衛(wèi)星的電力仍然根本上依靠太陽能電池系統(tǒng)來供給。70年代以后，太陽能電池在地面得到廣泛應(yīng)用，目前已普及生活照明、鐵路交通、水利氣象、郵電通信、播送電視、陰極保護、農(nóng)林牧業(yè)、軍事國防、并網(wǎng)調(diào)峰等各個領(lǐng)域。功率級別，大到10MW的太陽能電池發(fā)電站，小到手表、計算器的電源。隨著太陽能電池發(fā)電本錢的進一步降低，它將進入更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，如海水淡化、光電制氫、電動車充電系統(tǒng)等；對于這些系統(tǒng)，目前世界上已有成功的示范。太陽能電池發(fā)電最終的開展目標(biāo)，是進入公共電力網(wǎng)的規(guī)模應(yīng)用，包括中心并網(wǎng)光伏電站、風(fēng)－光互補電站、電網(wǎng)末稍的延伸光伏電站、分散式屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)等。展望太陽能電池發(fā)電的未來，人們甚至設(shè)想出大型的宇宙發(fā)電方案，即在太空中建立人造同步衛(wèi)星光伏電站。1997年8月在加拿大蒙特利爾召開了第四屆國際空間太陽能電站會議，提出了一些設(shè)想，但付諸實施，恐非短期所能實現(xiàn)。但美國、日本已制訂了試驗性發(fā)射方案〔容量等級為1000KWp數(shù)量級〕。因為大氣層外的陽光輻射比地球上要高出30%以上，而且由于宇宙沒有黑夜，衛(wèi)星電站可以連續(xù)發(fā)電。一組11km×4km的太陽能電池板，在空間可產(chǎn)生8000MW的電力，一年的發(fā)電量將高達(dá)700億千瓦時。空間電站可以將所發(fā)出的電通過微波源源不斷地傳送回地球供人們使用。日本一批學(xué)者認(rèn)為：在地球上的沙漠和荒原地區(qū)架設(shè)太陽能電池陣列，用高溫超導(dǎo)電纜聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)便可解決全球能源供給，不必再使用原子能核電站。美國普林斯頓大學(xué)能源和環(huán)境研究所的一批學(xué)者認(rèn)為：在下一個十年內(nèi)以光電為根底的電解水制氫和儲氫技術(shù)將趨于成熟，他們經(jīng)計算后提出，如在新墨西哥州或亞利桑那州一塊直徑為386km的環(huán)形地區(qū)設(shè)置太陽能電池制氫，便可提供相當(dāng)于美國1986年的全部礦物燃料消耗的能量。由于晶體硅原料領(lǐng)域的開展〔例如超薄晶體硅太陽電池的開發(fā)和使用更廉價的太陽能級材料〕和太陽能電池更先進的生產(chǎn)過程的開展，將使得晶體硅電池在將來會變得更為廉價；此外，效率也將進一步得到提高。薄膜太陽能電池，例如非晶硅太陽能電池，由于其廉價的生產(chǎn)本錢而在消費領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。但它的效率低〔約5－8％〕、生產(chǎn)規(guī)模小、穩(wěn)定性差、原料利用率低，均限制了它的應(yīng)用。然而，如果效率能被提高，穩(wěn)定性問題能被解決的話，這種太陽能電池仍將是將來的一個重要開展方向?；阪壣榛衔锖推渌螅璙族成分的薄片太陽能電池正處于早期的開展階段，由于它的效率有可能到達(dá)30％而顯得尤為重要，但是這種類型的太陽能電池在2005年以前還不可能得到廣泛應(yīng)用。由于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的重要性，在研究開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)及市場開拓方面成為世界各國特別是興旺國家劇烈競爭的主要熱點。太陽能的光電利用已經(jīng)在世界范圍內(nèi)形成新興產(chǎn)業(yè)，技術(shù)也在日新月異地開展，效率的提高和價格的下降已呈必然趨勢。澳大利亞新南威爾士大學(xué)已研制出η=24%的單體〔4×4cm〕高效硅太陽能電池。80年代以來，即使世界經(jīng)濟總體情況處于衰退和低谷時期，光伏技術(shù)一直保持以10%-15%的遞增速度開展。90年代后期，世界市場出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，開展更加迅速。1997年世界太陽電池光伏組件生產(chǎn)122MW，比1996年增長了38%〔1996年88.5MW〕，超出光伏界專家最樂觀的估計。二．太陽能光伏電源系統(tǒng)的原理及組成太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)是利用以光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽能電池將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它由太陽能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等局部組成，其系統(tǒng)組成如圖1－1所示。圖1－1太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖1．太陽能電池方陣：太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4cm2到100cm2不等。太陽能電池單體的工作電壓約為0.5V,工作電流約為20－25mA/cm2,一般不能單獨作為電源使用。將太陽能電池單體進行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率(見圖1－2)?！?〕硅太陽能電池單體常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。晶體硅太陽能電池由一個晶體硅片組成，在晶體硅片的上外表緊密排列著金屬柵線，下外表是金屬層。硅片本身是P型硅，外表擴散層是N區(qū)，在這兩個區(qū)的連接處就是所謂的PN結(jié)。PN結(jié)形成一個電場。太陽能電池的頂部被一層抗反射膜所覆蓋，以便減少太陽能的反射損失。太陽能電池的工作原理如下：光是由光子組成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波長決定，光被晶體硅吸收后，在PN結(jié)中產(chǎn)生一對對正負(fù)電荷，由于在PN結(jié)區(qū)域的正負(fù)電荷被別離，因而可以產(chǎn)生一個外電流場，電流從晶體硅片電池的底端經(jīng)過負(fù)載流至電池的頂端。這就是“光生伏打效應(yīng)〞。圖1－2太陽能電池單體、組件和方陣將一個負(fù)載連接在太陽能電池的上下兩外表間時，將有電流流過該負(fù)載，于是太陽能電池就產(chǎn)生了電流；太陽能電池吸收的光子越多，產(chǎn)生的電流也就越大。光子的能量由波長決定，低于基能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子，一個高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個自由電子，多余的能量將使電池發(fā)熱，伴隨電能損失的影響將使太陽能電池的效率下降?！?〕硅太陽能電池種類目前世界上有3種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。對于單晶硅太陽能電池，由于所使用的單晶硅材料與半導(dǎo)體工業(yè)所使用的材料具有相同的品質(zhì)，使單晶硅的使用本錢比擬昂貴。多晶硅太陽能電池的晶體方向的無規(guī)那么性，意味著正負(fù)電荷對并不能全部被PN結(jié)電場所別離，因為電荷對在晶體與晶體之間的邊界上可能由于晶體的不規(guī)那么而損失，所以多晶硅太陽能電池的效率一般要比單晶硅太陽能電池低。多晶硅太陽能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以它的本錢比單晶硅太陽能電池低。非晶硅太陽能電池屬于薄膜電池，造價低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比擬低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽能電池，目前多數(shù)用于弱光性電源，如手表、計算器等。一般產(chǎn)品化單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為13――15%產(chǎn)品化多晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為11――13%產(chǎn)品化非晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為5――8%〔3〕太陽能電池組件一個太陽能電池只能產(chǎn)生大約0.5V電壓，遠(yuǎn)低于實際應(yīng)用所需要的電壓。為了滿足實際應(yīng)用的需要，需把太陽能電池連接成組件。太陽能電池組件包含一定數(shù)量的太陽能電池，這些太陽能電池通過導(dǎo)線連接。一個組件上，太陽能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36片〔10cm×10cm〕，這意味著一個太陽能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓，正好能為一個額定電壓為12V的蓄電池進行有效充電。通過導(dǎo)線連接的太陽能電池被密封成的物理單元被稱為太陽能電池組件，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域和系統(tǒng)。當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時，可把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。太陽能電池的可靠性在很大程度上取決于其防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力。其潛在的質(zhì)量問題是邊沿的密封以及組件反面的接線盒。這種組件的前面是玻璃板，反面是一層合金薄片。合金薄片的主要功能是防潮、防污。太陽能電池也是被鑲嵌在一層聚合物中。在這種太陽能電池組件中，電池與接線盒之間可直接用導(dǎo)線連接。組件的電氣特性主要是指電流－電壓輸出特性，也稱為Ⅴ－Ⅰ特性曲線，如圖1－3所示。Ⅴ－Ⅰ特性曲線可根據(jù)圖1－3所示的電路裝置進行測量。Ⅴ－Ⅰ特性曲線顯示了通過太陽能電池組件傳送的電流Im與電壓Vm在特定的太陽輻照度下的關(guān)系。如果太陽能電池組件電路短路即V＝0，此時的電流稱為短路電流Isc；如果電路開路即I＝0，此時的電壓稱為開路電壓Voc。太陽能電池組件的輸出功率等于流經(jīng)該組件的電流與電壓的乘積，即P＝VI。I:電流Isc:短路電流Im:最大工作電流V:電壓Voc:開路電壓Vm:最大工作電壓圖1-3太陽能電池的電流－電壓特性曲線當(dāng)太陽能電池組件的電壓上升時，例如通過增加負(fù)載的電阻值或組件的電壓從零〔短路條件下〕開始增加時，組件的輸出功率亦從0開始增加；當(dāng)電壓到達(dá)一定值時，功率可到達(dá)最大，這時當(dāng)阻值繼續(xù)增加時，功率將躍過最大點，并逐漸減少至零，即電壓到達(dá)開路電壓Voc。太陽能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強烈的非線性。在組件的輸出功率到達(dá)最大點，稱為最大功率點；該點所對應(yīng)的電壓，稱為最大功率點電壓Vm〔又稱為最大工作電壓〕；該點所對應(yīng)的電流，稱為最大功率點電流Im〔又稱為最大工作電流〕；該點的功率，稱為最大功率Pm。隨著太陽能電池溫度的增加，開路電壓減少，大約每升高1C每片電池的電壓減少5mV，相當(dāng)于在最大功率點的典型溫度系數(shù)為－0.4%/C。也就是說，如果太陽能電池溫度每升高1C，那么最大功率減少0.4%。所以，太陽直射的夏天，盡管太陽輻射量比擬大，如果通風(fēng)不好，導(dǎo)致太陽電池溫升過高，也可能不會輸出很大功率。由于太陽能電池組件的輸出功率取決于太陽輻照度、太陽能光譜的分布和太陽能電池的溫度，因此太陽能電池組件的測量在標(biāo)準(zhǔn)條件下〔STC〕進行，測量條件被歐洲委員會定義為101號標(biāo)準(zhǔn)，其條件是：光譜輻照度1000W/m2大氣質(zhì)量系數(shù) AM1.5太陽電池溫度 25℃在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，表示為Wp(peakwatt)。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽模擬儀測定并和國際認(rèn)證機構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的太陽能電池進行比擬。通過戶外測量太陽能電池組件的峰值功率是很困難的，因為太陽能電池組件所接受到的太陽光的實際光譜取決于大氣條件及太陽的位置；此外，在測量的過程中，太陽能電池的溫度也是不斷變化的。在戶外測量的誤差很容易到達(dá)10％或更大。如果太陽電池組件被其它物體(如鳥糞、樹蔭等)長時間遮擋時，被遮擋的太陽能電池組件此時將會嚴(yán)重發(fā)熱，這就是“熱斑效應(yīng)〞。這種效應(yīng)對太陽能電池會造成很嚴(yán)重地破壞作用。有光照的電池所產(chǎn)生的局部能量或所有的能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽能電池由于熱班效應(yīng)而被破壞，需要在太陽能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個旁通二極管，以防止光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗。連接盒是一個很重要的元件：它保護電池與外界的交界面及各組件內(nèi)部連接的導(dǎo)線和其他系統(tǒng)元件。它包含一個接線盒和1只或2只旁通二極管。2．充放電控制器：充放電控制器是能自動防止蓄電池組過充電和過放電并具有簡單測量功能的電子設(shè)備。由于蓄電池組被過充電或過放電后將嚴(yán)重影響其性能和壽命，充放電控制器在光伏系統(tǒng)中一般是必不可少的。充放電控制器，按照開關(guān)器件在電路中的位置，可分為串聯(lián)控制型和分流控制型；按照控制方式，可分為普通開關(guān)控制型(含單路和多路開關(guān)控制)和PWM脈寬調(diào)制控制型(含最大功率跟蹤控制器)。開關(guān)器件，可以是繼電器，也可以是MOSFET模塊。但PWM脈寬調(diào)制控制器，只能用MOSFET模塊作為開關(guān)器件。3．直流/交流逆變器：逆變器是將直流電變換成交流電的電子設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池發(fā)出的是直流電，當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時，逆變器是不可缺少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。逆變器按輸出波形，又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器，電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器，本錢高，但可以適用于各種負(fù)載。從長遠(yuǎn)看，SPWM脈寬調(diào)制正弦波逆變器將成為開展的主流。4．蓄電池組：其作用是儲存太陽能電池方陣受光照時所發(fā)出的電能并可隨時向負(fù)載供電。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)對所用蓄電池組的根本要求是：(1)自放電率低；(2)使用壽命長；(3)深放電能力強；(4)充電效率高；(5)少維護或免維護；(6)工作溫度范圍寬；(7)價格低廉。目前我國與太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)密封免維護鉛酸蓄電池；配套200Ah以下的鉛酸蓄電池，一般選用小型密封免維護鉛酸蓄電池。5．測量設(shè)備：對于小型太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，只要求進行簡單的測量，如蓄電池電壓和充放電電流，測量所用的電壓和電流表一般裝在控制器面板上。對于太陽能通信電源系統(tǒng)、陰極保護系統(tǒng)等工業(yè)電源系統(tǒng)和大型太陽能發(fā)電站，往往要求對更多的參數(shù)進行測量，如太陽能輻射量、環(huán)境溫度、充放電電量等，有時甚至要求具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)打印和遙控功能，這時要求為太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)配備智能化的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)〞和“微機監(jiān)控系統(tǒng)〞。6．太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計：太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計分為軟件設(shè)計和硬件設(shè)計，且軟件設(shè)計先于硬件設(shè)計。軟件設(shè)計包括：負(fù)載用電量的計算，太陽能電池方陣面輻射量的計算，太陽能電池、蓄電池用量的計算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設(shè)計，太陽能電池方陣安裝傾角的計算，系統(tǒng)運行情況的預(yù)測和系統(tǒng)經(jīng)濟效益的分析等。硬件設(shè)計包括：負(fù)載的選型及必要的設(shè)計，太陽能電池和蓄電池的選型，太陽能電池支架的設(shè)計，逆變器的選型和設(shè)計，以及控制、測量系統(tǒng)的選型和設(shè)計。對于大型太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，還要有方陣場的設(shè)計、防雷接地的設(shè)計、配電系統(tǒng)的設(shè)計以及輔助或備用電源的選型和設(shè)計。軟件設(shè)計由于牽涉到復(fù)雜的輻射量、安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計計算，一般是由計算機來完成；在要求不太嚴(yán)格的情況下，也可以采取估算的方法。太陽能輻射原理：太陽電池發(fā)電的全部能量來自于太陽，也就是說，太陽電池方陣面上所獲得的輻射量決定了它的發(fā)電量。太陽電池方陣面上所獲得輻射量的多少與很多因素有關(guān)：當(dāng)?shù)氐木暥?，海拔，大氣的污染程度或透明程度，一年?dāng)中四季的變化，一天當(dāng)中時間的變化，到達(dá)地面的太陽輻射直、散分量的比例，地外表的反射系數(shù)，太陽電池方陣的運行方式或固定方陣的傾角變化以及太陽電池方陣外表的清潔程度等。要想較為準(zhǔn)確地推算出太陽電池方陣面上所獲得的輻射量，必須對太陽輻射的根本概念有所了解。太陽輻射的根本定律太陽輻射的直散別離原理、布格－朗伯定律和余弦定律是我們所要了解的三條最根本的定律。直散別離原理：大地外表〔即水平面〕和方陣面〔即傾斜面〕上所接收到的輻射量均符合直散別離原理，只不過大地外表所接收到的輻射量沒有地面反射分量，而太陽電池方陣面上所接收到的輻射量包括地面反射分量：Qp=Sp+DpQT=ST+DT+RTQp:水平面總輻射Sp:水平面直接輻射Dp:水平面散射輻射QT:傾斜面總輻射ST:傾斜面直接輻射DT:傾斜面地面反射布格-朗伯定律:SD’=S0FmS0：太陽常數(shù)1350W/m2SD’：直接輻射強度F:大氣透明度m:大氣質(zhì)量m=1/SinP/P0:太陽高度角Po:標(biāo)準(zhǔn)大氣壓Sin=SinSin+CosCosCos:太陽赤緯角=23.5Sin(360*(284+N)/365)：當(dāng)?shù)鼐暥取?－90〕：時角〔地球自轉(zhuǎn)一周360度，24小時〕15度/小時或4分鐘/度余弦定律:Sp’=SD’SinST’=SD’COSDT’=Dp’(1+CosZ)/2RT’=Qp’(1-CosZ)/2QT=ST+DT+RT太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(以某高山氣象站為例)：當(dāng)?shù)貧庀蟮乩項l件：由當(dāng)?shù)貧庀蟛块T提供前10年的平均數(shù)據(jù)。緯度:北緯30-45度經(jīng)度:東經(jīng)90-120度海拔:1000-4000最長陰雨天:3天水平面全年總輻射量為:165千卡/厘米2。太陽電池方陣面上的總輻射為180千卡/厘米2。負(fù)載情況編號負(fù)載名稱負(fù)載功率(瓦)每日工作時間(小時)每日耗電(瓦時)1遙測儀(自動站)AC30W247202微機、打印機AC330W619803照明AC80W54004通信設(shè)備AC100W1212005合計540W4300電源系統(tǒng)容量設(shè)計步驟:①太陽電池組件的選型：太陽電池選用秦皇島華美光伏電源系統(tǒng)的組件型號為：33D1312X310開路電壓：21V短路電流：2.4A峰值電壓：17V峰值電流：2.235A峰值功率：38Wp②計算等效的峰值日照時數(shù)：全年峰值日照時數(shù)為:180000×0.0116=2088小時0.0116為將輻射量(卡/cm2)換算成峰值日照時數(shù)的換算系數(shù):峰值日照定義:100毫瓦/cm2=0.1瓦/cm21卡=4.18焦耳=4.18瓦秒1小時=3600秒那么:1卡/cm2=4.18瓦秒/卡/(3600秒/小時×0.1瓦/cm2)=0.0116小時cm2/卡于是:180000卡/cm2年×0.0116小時cm2/卡=2088小時/年平均每日峰值日照時數(shù)為：2088÷365＝5.72小時/日③根據(jù)系統(tǒng)工作電壓等級確定太陽電池組件的串聯(lián)數(shù)： 系統(tǒng)工作電壓一般選擇原那么：戶用系統(tǒng)為12VDC或24VDC；通信系統(tǒng)為48VDC； 電力系統(tǒng)為110VDC；大型電站為220VDC％或更高。每塊標(biāo)準(zhǔn)組件峰值電壓為17V，設(shè)計為對12V蓄電池充電，4塊組件串聯(lián)對48V蓄電池充電，因此，所需太陽電池的串聯(lián)數(shù)為4塊。④計算每日負(fù)載耗電量為：4300Wh÷48V＝89.6Ah⑤計算所需太陽電池的總充電電流為：89.6Ah×1.02/(5.72h×0.9×0.8)＝22.19A其中：0.9:蓄電池的充電效率0.8:逆變器效率1.02:20年內(nèi)太陽電池衰降，方陣組合損失，塵埃遮擋等綜合系數(shù)。⑥計算所需太陽電池的并聯(lián)數(shù)為：22.19A÷2.235A/塊＝10塊⑦計算所需太陽電池的總功率為：〔10×4〕塊×38峰瓦/塊＝1520峰瓦⑧計算所需蓄電池容量：蓄電池選用江蘇雙登全密封閥控式工業(yè)用鉛酸蓄電池89.6Ah/天×3天(連續(xù)陰雨天數(shù))÷0.68＝400Ah0.68:蓄電池放電深度。選用GFM-400型蓄電池(10小時放電率的額定容量為400安時)24只〔48V〕。上面的計算可以由設(shè)計軟件在幾分鐘之內(nèi)完成，下面給出一個計算實例：深圳中興通信工程太陽能系統(tǒng)容量計算〔負(fù)荷容量:1000瓦,站址:蘇丹〕序號工程單位數(shù)量備注1年水平面總輻射量Cal/cm21800002年太陽電池板傾斜面總輻射量Cal/cm22070003年1000峰瓦太陽電池發(fā)電量KWh2401(總輻射量*0.0116)4日1000峰瓦太陽電池發(fā)電量WpHr6.58(年發(fā)電量/365天)5系統(tǒng)電壓(DC)V48根據(jù)電路系統(tǒng)要求決定系統(tǒng)電壓大小6組件峰值電壓V17.5根據(jù)組件具體情況填寫電壓大小7組件峰值電流A2根據(jù)組件具體情況填寫電流大小8組件峰值功率Wp38根據(jù)組件具體情況填寫Wp大小9組件串聯(lián)個4視系統(tǒng)電壓大小決定串聯(lián)個數(shù)10負(fù)荷容量W100011負(fù)荷平均每天工作時間小時2412日負(fù)荷消耗Wh電量Wh24000(負(fù)荷容量W*負(fù)荷日工作時間)13逆變器效率%1無逆變器14日負(fù)荷消耗Ah電量Ah500.0日負(fù)荷消費電量W/系統(tǒng)電壓/逆變效率15需要太陽電池的電流量A99.75日負(fù)荷Ah/日WpHr/充電效率*PV綜合損失率16需要太陽電池組件的并聯(lián)數(shù)個50需要太陽電池的電流量/組件峰值電流17需要太陽電池組件功率Wp758118蓄電池電壓V4819最長陰雨天天數(shù)320蓄電池放電深度%0.821需要的蓄電池容量Ah187522選定蓄電池容量Ah200048V/2000Ah23選定蓄電池容量Wh9600024系統(tǒng)蓄電池單價元/Wh1.225系統(tǒng)蓄電池價格元11520026系統(tǒng)太陽電池單價元/Wp45含支架27系統(tǒng)太陽電池費用元34116128控制器價格元20000輸入12路每路20A，輸出2路每路20A29逆變器價格元30其他元31合計元47636132三．光伏電源充放電控制器：1．控制器的功能：高壓〔HVD〕斷開和恢復(fù)功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開和恢復(fù)連接的功能。欠壓〔LVG〕告警和恢復(fù)功能：當(dāng)蓄電池電壓降到欠壓告警點時，控制器應(yīng)能自動發(fā)出聲光告警信號?！?〕低壓〔LVD〕斷開和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過放電。通過一種繼電器或電子開關(guān)連結(jié)負(fù)載，可在某給定低壓點自動切斷負(fù)載。當(dāng)電壓升到平安運行范圍時，負(fù)載將自動重新接入或要求手動重新接入。有時，采用低壓報警代替自動切斷?！?〕保護功能：①防止任何負(fù)載短路的電路保護。②防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護。③防止夜間蓄電池通過太陽電池組件反向放電保護。④防止負(fù)載、太陽電池組件或蓄電池極性反接的電路保護。⑤在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護?！?〕溫度補償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于２５℃時，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過程。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。通常鉛酸蓄電池的溫度補賞系數(shù)為－5mv/o2．控制器的根本技術(shù)參數(shù)：太陽電池輸入路數(shù)：1――12路最大充電電流：最大放電電流：控制器最大自身耗電不得超過其額定充電電流的1%〔5〕通過控制器的電壓降不得超過系統(tǒng)額定電壓的5%〔6〕輸入輸出開關(guān)器件：繼電器或MOSFET模塊〔7〕箱體結(jié)構(gòu)：臺式、壁掛式、柜式〔8〕工作溫度范圍：－15C—＋55℃〔9〕環(huán)境濕度：90％3．控制器的分類：光伏充電控制器根本上可分為五種類型：并聯(lián)型、串聯(lián)型、脈寬調(diào)制型、智能型和最大功率跟蹤型。并聯(lián)型控制器：當(dāng)蓄電池充滿時，利用電子部件把光伏陣列的輸出分流到內(nèi)部并聯(lián)電阻器或功率模塊上去，然后以熱的形式消耗掉。因為這種方式消耗熱能，所以一般用于小型、低功率系統(tǒng)，例如電壓在１２伏、２０安以內(nèi)的系統(tǒng)。這類控制器很可靠，沒有如繼電器之類的機械部件。串聯(lián)型控制器：利用機械繼電器控制充電過程，并在夜間切斷光伏陣列。它一般用于較高功率系統(tǒng)，繼電器的容量決定充電控制器的功率等級。比擬容易制造連續(xù)通電電流在４５安以上的串聯(lián)控制器。脈寬調(diào)制型控制器：它以PWM脈沖方式開關(guān)光伏陣列的輸入。當(dāng)蓄電池趨向充滿時，脈沖的頻率和時間縮短。按照美國桑地亞國家實驗室的研究，這種充電過程形成較完整的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循環(huán)壽命。智能型控制器：采用帶CPU的單片機〔如Intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列〕對光伏電源系統(tǒng)的運行參數(shù)進行高速實時采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程序?qū)温坊蚨嗦饭夥嚵羞M行切離/接通控制。對中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過單片機的RS232接口配合MODEM調(diào)制解調(diào)器進行遠(yuǎn)距離控制。最大功率跟蹤型控制器：將太陽電池的電壓U和電流I檢測后相乘得到功率P，然后判斷太陽電池此時的輸出功率是否到達(dá)最大，假設(shè)不在最大功率點運行，那么調(diào)整脈寬，調(diào)制輸出占空比D，改變充電電流，再次進行實時采樣，并作出是否改變占空比的判斷，通過這樣尋優(yōu)過程可保證太陽電池始終運行在最大功率點，以充分利用太陽電池方陣的輸出能量。同時采用PWM調(diào)制方式，使充電電流成為脈沖電流，以減少蓄電池的極化，提高充電效率。4．控制器的根本電路和工作原理：⑴單路并聯(lián)型充放電控制器：并聯(lián)型充放電控制器充電回路中的開關(guān)器件T1是并聯(lián)在太陽電池方陣的輸出端，當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿切離電壓〞時，開關(guān)器件T1導(dǎo)通，同時二極管D1截止，那么太陽電池方陣的輸出電流直接通過T1短路泄放，不再對蓄電池進行充電，從而保證蓄電池不會出現(xiàn)過充電，起到“過充電保護〞作用。D1為防“反充電二極管〞，只有當(dāng)太陽電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時，D1才能導(dǎo)通，反之D1截止，從而保證夜晚或陰雨天氣時不會出現(xiàn)蓄電池向太陽電池方陣反向充電，起到“放反向充電保護〞作用。開關(guān)器件T2為蓄電池放電開關(guān)，當(dāng)負(fù)載電流大于額定電流出現(xiàn)過載或負(fù)載短路時，T2關(guān)斷，起到“輸出過載保護〞和“輸出短路保護〞作用。同時，當(dāng)蓄電池電壓小于“過放電壓〞時，T2也關(guān)斷，進行“過放電保護〞。D2為“防反接二極管〞，當(dāng)蓄電池極性接反時，D2導(dǎo)通使蓄電池通過D2短路放電，產(chǎn)生很大電流快速將保險絲BX燒斷，起到“防蓄電池反接保護〞作用。檢測控制電路隨時對蓄電池電壓進行檢測，當(dāng)電壓大于“充滿切離電壓〞時使T1導(dǎo)通進行“過充電保護〞；當(dāng)電壓小于“過放電壓〞時使T2關(guān)斷進行“過放電保護〞。⑵串聯(lián)型充放電控制器：串聯(lián)型充放電控制器和并聯(lián)型充放電控制器電路結(jié)構(gòu)相似，唯一區(qū)別在于開關(guān)器件T1的接法不同，并聯(lián)型T1并聯(lián)在太陽電池方陣輸出端，而串聯(lián)型T1是串聯(lián)在充電回路中。當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿切離電壓〞時，T1關(guān)斷，使太陽電池不再對蓄電池進行充電，起到“過充電保護〞作用。其它元件的作用和串聯(lián)型充放電控制器相同，不再贅述。3．檢測控制電路的組成和工作原理：檢測控制電路包括過壓檢測控制和欠壓檢測控制兩局部。檢測控制電路是由帶回差控制的運算放大器組成。A1為過壓檢測控制電路，A1的同相輸入端由W1提供對應(yīng)“過壓切離〞的基準(zhǔn)電壓，而反相輸入端接被測蓄電池，當(dāng)蓄電池電壓大于“過壓切離電壓〞時，A1輸出端G1為低電平，關(guān)斷開關(guān)器件T1，切斷充電回路，起到過壓保護作用。當(dāng)過壓保護后蓄電池電壓又下降至小于“過壓恢復(fù)電壓〞時，A1的反相輸入電位小于同相輸入電位，那么其輸出端G1由低電平跳變至高電平，開關(guān)器件T1由關(guān)斷變導(dǎo)通，重新接通充電回路?！斑^壓切離門限〞和“過壓恢復(fù)門限〞由W1和R1配合調(diào)整。A2為欠壓檢測控制電路，其反相端接由W2提供的欠壓基準(zhǔn)電壓，同相端接蓄電池電壓〔和過壓檢測控制電路相反〕，當(dāng)蓄電池電壓小于“欠壓門限電平〞時，A2輸出端G2為低電平，開關(guān)器件T2關(guān)斷，切斷控制器的輸出回路，實現(xiàn)“欠壓保護〞。欠壓保護后，隨著電池電壓的升高，當(dāng)電壓又高于“欠壓恢復(fù)門限〞時，開關(guān)器件T2重新導(dǎo)通，恢復(fù)對負(fù)載供電?！扒穳罕Ｗo門限〞和“欠壓恢復(fù)門限〞由W2和R2配合調(diào)整。5．小型單路充放電控制器產(chǎn)品實例：⑴⑵主要技術(shù)指標(biāo):系統(tǒng)電壓：DC12V⑶控制器電路工作原理：①蓄電池充滿檢測及充滿恢復(fù)電路：A3和A4為控制板充滿檢測電路，當(dāng)蓄電池電壓高于14.8V時，經(jīng)運算放大器電平比擬后使U2C－8和U2D-14先后由低電平上跳至高電平,發(fā)出蓄電池充滿切離信號M和N;經(jīng)T1—T4驅(qū)動電磁繼電器J1—J2動作，使繼電器J1—J2的常閉接點Z1—Z2斷開,切斷兩路太陽電池方陣對蓄電池的充電回路;直到蓄電池電壓低于26.1—26.3V時經(jīng)運算放大器電平比擬后使U2C－8和U2D-14先后由高電平下跳至低電平,發(fā)出蓄電池充滿恢復(fù)信號m和n，接通兩路太陽電池充電回路又重新恢復(fù)對蓄電池進行充電。②蓄電池欠壓檢測及告警電路：U2B為控制板欠壓檢測電路，當(dāng)蓄電池電壓低于21.5時，U2B－7輸出由低電平上跳至高電平,發(fā)出蓄電池欠壓信號L，經(jīng)T5推動后使LED3發(fā)光二極管點亮，發(fā)出欠壓告警信號,同時繼電器J3的常閉接點Z3動作,斷開蓄電池到負(fù)載的放電回路；直到蓄電池電壓高于26.8V解除欠壓告警信號L,LED3熄滅,同時接通繼電器J3的常閉接點Z3,恢復(fù)負(fù)載放電回路的接通。⑷安裝及操作使用·用導(dǎo)線將四副連接插頭分別與兩路太陽電池、蓄電池和負(fù)載相連接。注意正極接紅線，負(fù)極接黑線?！⑺母辈孱^、插座正確連接，順序為：①先接蓄電池，②再接太陽電池，③最后接負(fù)載。注意:必須按上述順序連接!⑸故障排除指導(dǎo)·當(dāng)蓄電池電壓在正常范圍內(nèi)而控制器沒有輸出，請檢查更換控制器側(cè)面的保險(5A)?！ぎ?dāng)設(shè)備遭到雷擊時，可翻開盒蓋，更換電路板上的兩只藍(lán)色(或黃色)的壓敏電阻。換好后可繼續(xù)使用?！と绻霈F(xiàn)充滿指示燈頻繁地點亮熄滅,這種情況大多是由于蓄電池出現(xiàn)故障,可換用一塊新的蓄電池重新開機。6．普通型柜式充放電控制器產(chǎn)品實例：………JKCK-48V/50A⑴功能和控制器主電路：JKCK-48V/50A⑵主要技術(shù)指標(biāo)：①太陽能電池：額定輸入功率為2500Wp，6路方陣輸入，最大充電電流為50A。②蓄電池：標(biāo)稱電壓48V。③輸出：48V/40A。④防反充：晚上或陰雨天氣時，阻斷蓄電池電流倒流向太陽能電池。⑤充滿控制：當(dāng)蓄電池電壓上升到56.4V(±0.5V)時，進行充滿控制，將太陽能電池方陣逐路切離充電回路,充滿恢復(fù)電壓為52V(±0.5V)。⑥欠壓指示及告警：當(dāng)蓄電池電壓下降到44V(±0.5V)時，進行過放指示并蜂鳴器告警。通知用戶應(yīng)立即給蓄電池充電，否那么蓄電池將過放電，從而影響蓄電池的壽命,欠壓恢復(fù)電壓為48V(±0.5V)。⑶太陽能光伏電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：⑷工作原理：JKCK-48V/50型太陽能電源控制器，接入6路太陽能電池方陣，給標(biāo)稱為48V的蓄電池組充電，輸出為48V/40A當(dāng)蓄電池電壓上升到56.4V(±0.5V)時，進行充滿控制，將太陽能電池方陣逐路切離充電回路。充滿1~充滿6指示被切離充電回路的方陣組數(shù)〔充滿1表示第一路被切離，充滿2表示第二路被切離，充滿3表示第三路被切離，充滿4表示第四路被切離，充滿5表示第五路和第六路被切離，充滿6表示第六路被切離〕。當(dāng)蓄電池電壓下降到52V(±0.5V)時，重新將方陣逐路重新接入充電回路，相應(yīng)的指示燈滅。當(dāng)蓄電池電壓下降到44V(±0.5V)時，進行過放指示，面板上過放指示燈亮，同時蜂鳴器告警。當(dāng)蓄電池電壓上升到48V(±0.5V)時，過放指示燈滅。⑸控制器面板及布局說明：①面板說明(見下面控制器布局連線圖)：太陽能充電電流表：顯示太陽能電池方陣向蓄電池充電的充電電流。蓄電池電壓表(100V)：顯示蓄電池電壓。輸出電流表(20A)：顯示蓄電池向負(fù)載的供電電流。充滿1~充滿6指示燈：充滿指示燈指示被切離充電回路的方陣路數(shù)。欠壓指示燈：當(dāng)蓄電池電壓下降到44V時，欠壓指示燈亮。②布局說明(見圖3.3)：空氣開關(guān)：K1為第1路太陽能電池方陣的正極輸入端和開關(guān)。K2為第2路太陽能電池方陣的正極輸入端和開關(guān)。K3為第3路太陽能電池方陣的正極輸入端和開關(guān)。K4為第4路太陽能電池方陣的正極輸入端和開關(guān)。K5為第5路太陽能電池方陣的正極輸入端和開關(guān)。K6為第6路太陽能電池方陣的正極輸入端和開關(guān)。K7為48V正極輸出端和開關(guān)。BX是主控制板保險，60A⑹使用與維護：①翻開機器包裝，安裝固定好機器，查看機內(nèi)元器件是否松動。②參看控制器布局連線圖按步驟接線：

將主控制板用保險BX(拔下，并將空氣開關(guān)K1~K7打到關(guān)斷狀態(tài)。

將蓄電池的負(fù)極連至匯流條，蓄電池的正極連至下邊的BX下端。前面板的蓄電池電壓表應(yīng)有指示。

將第1~6路太陽能電池方陣的正極連接到空氣開關(guān)K1~K6的下端，負(fù)極連接到下邊的匯流條。

將DC-48V負(fù)載的正極(48V端)連接到輸出空氣開關(guān)K7的下端，負(fù)極連接到下邊的匯流條。注意：(1)必須按照上述步驟，先連接蓄電池，再連接太陽能電池，最后連接負(fù)載。(2)控制器內(nèi)下邊的匯流條為控制器的負(fù)端，供連接第1~6路太陽能電池方陣的負(fù)極、蓄電池組的負(fù)極以及負(fù)載的負(fù)極使用。③確認(rèn)導(dǎo)線連接完全無誤后，按上保險BX，合上空氣開關(guān)K1~K6。初次開機時，在有日照的情況下前面板的太陽能充電電流表應(yīng)有指示。再合上空氣開關(guān)K7，待負(fù)載開機后，前面板的輸出電流表應(yīng)有指示。④維護：JKCK-48V/40A型太陽能電源控制器為全自動控制設(shè)備，無需人工操作。如無電壓輸出，請檢查空氣開關(guān)K7是否合上、保險盒BX是否熔斷。如控制器失去控制，請檢查保險BX是否熔斷。7．智能型壁掛式充放電控制器產(chǎn)品實例：⑴功能：JKZK光伏電源智能控制器是用于太陽能電源系統(tǒng)中，控制多路太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給負(fù)載供電的自動控制設(shè)備。該控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器,構(gòu)成一個微機數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測控制系統(tǒng)。既可快速實時采集光伏系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，又可詳細(xì)積累PV站的歷史數(shù)據(jù)，為評估PV系統(tǒng)設(shè)計的合理性及檢驗系統(tǒng)部件質(zhì)量的可靠性提供了準(zhǔn)確而充分的依據(jù)。此外，該控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可將多個光伏系統(tǒng)子站進行集中管理和遠(yuǎn)距離控制。⑵智能控制器主要技術(shù)指標(biāo)：系統(tǒng)工作電壓：-48V最大充電電流：100A最大放電電流：50A太陽電池輸入路數(shù)：4路蓄電池輸入路數(shù)：2路輸入輸出開關(guān)器件：繼電器或MOSFET模塊箱體結(jié)構(gòu)：壁掛式工作溫度范圍：－15C—＋環(huán)境濕度：90％⑶智能控制器的功能和特點①采用先進的“強充(BOOST)/遞減(TAPER)/浮充(FLOAT)自動轉(zhuǎn)換充電方法〞〔參見控制器充電流程圖〕，依據(jù)蓄電池組端電壓的變化趨勢自動控制6路太陽電池方陣的依次接通或切離，既可充分利用珍貴的太陽電池資源，又可保證蓄電池組平安而可靠的工作。當(dāng)電壓系統(tǒng)出現(xiàn)蓄電池過充電、過放電及工作回路過電流等故障時，控制器可立即發(fā)出聲光告警信號，并且切斷主電路中的有關(guān)回路。②蓄電池強充電/遞減方式充電/浮充電自動轉(zhuǎn)換強充電轉(zhuǎn)遞減充電的上限電壓可調(diào)范圍：54-68V浮充電保持電壓的電壓可調(diào)范圍：48-54V(浮充電上限電壓和下限電壓之差：2-3V)強迫進入強充電的電壓可調(diào)范圍：48-60V③蓄電池過放電告警(聲,光)：蓄電池過放點的電壓可調(diào)范圍：42-48V蓄電池過放恢復(fù)點的電壓可調(diào)范圍：42-60V④過壓自動保護：蓄電池過壓點的電壓可調(diào)范圍：56-72V蓄電池過壓恢復(fù)點的電壓定在低于過壓點4V處。⑤控制門限確實定值可由鍵盤輸入調(diào)整，進入調(diào)整需輸入口令，以免非專職人員誤操作。⑥采用高精度12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，對“當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)〞進行實時快速采集。并存至掉電不喪失數(shù)據(jù)的EEPROM存儲器中。該存儲器還可保存前32天的“歷史數(shù)據(jù)〞。⑦“當(dāng)前數(shù)據(jù)〞、“歷史數(shù)據(jù)〞及“控制設(shè)置參數(shù)〞等可由4×4矩陣按鍵選擇，并由16×2字符液晶顯示器顯示工作狀態(tài)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)：太陽電池：6路太陽電池方陣的充電電流總充電電流：0-1蓄電池電壓：標(biāo)稱48V(0-80V)負(fù)載電壓：0-80V負(fù)載電流：0-通信參數(shù)設(shè)置顯示：波特率9600數(shù)據(jù)格式：8位數(shù)據(jù)位,1位終止位,無奇偶校驗位統(tǒng)計數(shù)據(jù)：過去32天每天的充電電量：1200AH過去32天每天的放電電量：1200AH過去32天每天的最高蓄電池電壓：0-80V過去32天每天的最低蓄電池電壓：0-80V充電控制設(shè)置顯示(缺省值)：強充電上限電壓：60V遞減電壓下限：56V浮充電壓上限：56V浮充電壓下限：54V進入強充電壓：49.6V狀態(tài)轉(zhuǎn)變延時：1分鐘輸出控制設(shè)置顯示：蓄電池過放電電壓：44.8V蓄電池過放恢復(fù)電壓：51.2V蓄電池過壓點:：64V過放、過壓切斷輸出前的延時時間：200秒注：〔1〕開機上電時顯示蓄電池電壓?！?〕當(dāng)10分鐘無鍵按下時，自動關(guān)閉液晶屏。⑧通信功能：主站與每臺控制器可以進行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送⑷控制器的組成及各局部的作用①信號調(diào)理電路：直流電壓信號：如蓄電池端電壓，太陽電池方陣開路電壓，負(fù)載電壓等。其中太陽電池方陣電壓測量時，由于該電源系統(tǒng)采用蓄電池正極接地方式，將導(dǎo)致太陽電池電壓的測量在白天為負(fù)電壓，晚上為正電壓〔對控制器參考地而言〕。直流電流信號：如蓄電池充電電流，放電電流，太陽電池方陣電流等。溫度信號：環(huán)境溫度。②多路模擬開關(guān)和串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器：以上不同類型的模擬信號，不管是正負(fù)極性的直流電壓，高至100A的直流電流，還是微弱信號的溫度傳感器，經(jīng)信號調(diào)理后統(tǒng)一變成5V的標(biāo)準(zhǔn)信號。但該控制器采用12位串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每一時刻只能處理一路模擬輸入信號，因此需經(jīng)多路模擬開關(guān)，由CPU發(fā)出選通地址，經(jīng)串行A/D轉(zhuǎn)換器依次轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的12位二進制數(shù)字信號，送CPU進行數(shù)據(jù)處理。因該控制器輸出輸入的開關(guān)量較多，占用大量的I/O口線，所以采用串行A/D只占用少量I/O口線，以便省出口線供其它開關(guān)量使用。此外，采用12位A/D，可提高采樣信號的測量精度。③CPU、EEPROM、RAM、I/O單片微處理器：本機采用ATMEL公司的單片機，具有集成度高、內(nèi)存容量大、寬工作電壓范圍、運行速度快、低功耗等獨特優(yōu)點。它不需增加外圍芯片即可獨立構(gòu)成一個完整的8位微處理器單片機，是近年來新推出的很有推廣價值的新型芯片。③LCD液晶顯示器：采用16位*2行帶背光字符型液晶顯示器模塊，具有字符顯示清晰、屏幕顯示格式可靈活編程、背光亮度、比照度可控、耗電小等優(yōu)點。為防止平時不需觀察屏幕也一直開亮度顯示，本控制器可定時查詢，如果超過10分鐘無按鍵操作，將自動關(guān)閉LCD顯示器，以節(jié)約功耗，當(dāng)需要顯示時，按任意鍵可自動恢復(fù)顯示。④4*4自定義矩陣鍵盤：由于該機采集當(dāng)前數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和控制設(shè)置參數(shù)較多，而LCD顯示只有兩行，每行顯示16個字符，所以設(shè)計有4*4矩陣鍵盤，分別定義16個按鍵，通過選擇不同的按鍵，可使LCD顯示器分屏顯示蓄電池電壓、負(fù)載電壓、6路太陽電池方陣電壓、充電電流、放電電流等參數(shù)，前32天的歷史數(shù)據(jù)瀏覽和控制設(shè)置參數(shù)的改變，也可選擇對應(yīng)按鍵進行操作。該鍵盤設(shè)計為防潮型薄膜鍵盤，厚度薄、尺寸小、密封性能好、按鍵通斷可靠性高。⑤RS232異步串行通訊接口：對于偏遠(yuǎn)地區(qū)〔高山、海島、邊疆等〕的光伏電站，由于交通不便，技術(shù)和經(jīng)濟力量薄弱，為保證光伏系統(tǒng)長期可靠運行，本控制器設(shè)計有RS232異步串行通訊接口，可將下位機采集存儲的“當(dāng)前數(shù)據(jù)〞、“歷史數(shù)據(jù)〞、“控制設(shè)置參數(shù)〞串行傳輸至上位機。⑸充電流程框圖：注：〔1〕X＝1－6，X通X斷表示6路太陽能電池方陣的工作狀態(tài)〔2〕V「1」－V「6」為遞減充電方式的6個中間給定值〔3〕Vfx,Vfd為浮充電方式的最大電壓和最小電壓〔4〕Vfz為強迫浮充電專強充電方式的設(shè)定電壓⑹智能控制器使用方法翻開面板電源開關(guān)，LCD液晶顯示屏顯示開機工作時間。①“當(dāng)前數(shù)據(jù)〞的顯示：按下面板上自定義鍵盤的對應(yīng)按鍵，LCD將對應(yīng)顯示“太陽電池方陣電壓、電流〞、“蓄電池電壓〞、“負(fù)載電壓〞、“充電電流〞、放電電流“等數(shù)據(jù)。②“控制設(shè)置參數(shù)“的修改：按下鍵盤的“控制設(shè)置鍵“，輸入口令數(shù)字碼后，再依次顯示〞最大強充電壓“、“強充遞減電壓〞、“浮充最大電壓“、〞浮充最小電壓“、〞強迫轉(zhuǎn)強充電壓“、〞蓄電池溫度補償系數(shù)“、〞狀態(tài)改變延時時間“等原有數(shù)值。按下〞加“或〞減“鍵，可分別改變某設(shè)置參數(shù)，直到顯示〞存改變數(shù)據(jù)嗎？“提示時，按〞加“鍵表示存，按其它鍵表示不存。③“負(fù)載設(shè)置參數(shù)“的修改：依次按下“負(fù)載設(shè)置鍵“，將分別顯示蓄電池〞過壓告警點“、〞欠壓告警點“、〞欠壓恢復(fù)點“、“狀態(tài)改變延時時間〞等參數(shù)的原來數(shù)值，同上，按“加〞或“減〞鍵分別改變參數(shù)后，待出現(xiàn)“存改變數(shù)據(jù)嗎？〞提示時，再按“加〞鍵存儲記憶，按其它鍵那么放棄修改。④“通訊設(shè)置參數(shù)“的修改：按下“通訊設(shè)置鍵“，將顯示現(xiàn)場光伏電站的〞站號的原來值，同上。按“加〞、“減〞鍵分別改變參數(shù)后，待出現(xiàn)“存改變數(shù)據(jù)嗎？〞提示時，再按“加〞鍵存儲記憶，按其它鍵那么放棄修改。⑤“歷史數(shù)據(jù)〞瀏覽：按下“歷史數(shù)據(jù)瀏覽鍵〞LCD屏顯示上月第一天“當(dāng)天最大電壓〞、“當(dāng)天最小電壓〞、“當(dāng)天充電電量〞、“當(dāng)天放電電量〞四個數(shù)。然后按“加〞或“減〞鍵，那么分屏顯示第二天、第三天等歷史數(shù)據(jù)。⑺智能控制器的維護與保養(yǎng)：①智能控制器的自檢驗功能：按下“系統(tǒng)自檢〞鍵后，再按“確認(rèn)〞鍵，那么LCD顯示出“充電狀態(tài)號〞、“六個太陽電池方陣通斷〞、“蓄電池端電壓〞等。由此可根據(jù)“控制設(shè)置參數(shù)〞判斷控制器電路工作是否正常。②本機為減小功耗，設(shè)計有定時自動滅屏程序，當(dāng)超過10分鐘無按鍵操作時，LCD液晶顯示器將自動關(guān)閉。此時不要誤認(rèn)為是機器故障，只要按下任一鍵，LCD即可恢復(fù)正常顯示。③如果按鍵后LCD仍不顯示，那么應(yīng)檢查右側(cè)板內(nèi)穩(wěn)壓電源板上的保險絲是否燒斷，假設(shè)是那么更換即可。④注意，本機設(shè)計為蓄電池正極接地，應(yīng)將蓄電池和太陽電池方陣的正極共同接在右下方接到銅塊上。四．直流－交流逆變器：1．逆變器的功能：逆變器是電力電子技術(shù)的一個重要應(yīng)用方面。電力電子技術(shù)是電力、電子、自動控制、計算機及半導(dǎo)體等多種技術(shù)相互滲透與有機結(jié)合的綜合技術(shù)。眾所周知，整流器的功能是將50HZ的交流電整流成為直流電。而逆變器與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這種對應(yīng)于整流的逆向過程，被稱之為“逆變〞。太陽能電池在陽光照射下產(chǎn)生直流電，然而以直流電形式供電的系統(tǒng)有很大的局限性。例如，日光燈、電視機、電冰箱、電風(fēng)扇等均不能直接用直流電源供電，絕大多數(shù)動力機械也是如此。此外，當(dāng)供電系統(tǒng)需要升高電壓或降低電壓時，交流系統(tǒng)只需加一個變壓器即可，而在直流系統(tǒng)中升降壓技術(shù)與裝置那么要復(fù)雜得多。因此，除特殊用戶外，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。逆變器還具備有自動調(diào)壓或手動調(diào)壓功能，可改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。綜上所述，逆變器已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要配套設(shè)備。目前我國光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是直流系統(tǒng)，即將太陽電池發(fā)出的電能給蓄電池充電，而蓄電池直接給負(fù)載供電，如我國西北地區(qū)使用較多的太陽能戶用照明系統(tǒng)以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)的微波站供電系統(tǒng)均為直流系統(tǒng)。此類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，本錢低廉，但由于負(fù)載直流電壓的不同〔如１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ等〕，很難實現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性，特別是民用電力，由于大多為交流負(fù)載，以直流電力供電的光伏電源很難作為商品進入市場。另外，光伏發(fā)電最終將實現(xiàn)并網(wǎng)運行，這就必須采用交流系統(tǒng)。隨著我國光伏發(fā)電市場的日趨成熟，今后交流光伏發(fā)電系統(tǒng)必將成為光伏發(fā)電的主流。2．光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的技術(shù)要求：采用交流電力輸出的光伏發(fā)電系統(tǒng)，由光伏陣列、充放電控制器、蓄電池和逆變器四局部組成，而逆變器是其中關(guān)鍵部件。光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的技術(shù)要求如下：〔１〕要求具有較高的逆變效率。由于目前太陽電池的價格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變器的效率?！玻病骋缶哂休^高的可靠性。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于遙遠(yuǎn)地區(qū)，許多電站無人值守和維護，這就要求逆變器具有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格的元器件篩選，并要求逆變器具備各種保護功能，如輸入直流極性接反保護，交流輸出短路保護，過熱、過載保護等?！玻场骋笾绷鬏斎腚妷河休^寬的適應(yīng)范圍。由于太陽電池的端電壓隨負(fù)載和日照強度而變化，蓄電池雖然對太陽電池的電壓具有鉗位作用，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動，特別是當(dāng)蓄電池老化時其端電壓的變化范圍很大，如１２Ｖ蓄電池，其端電壓可在１０Ｖ～１６Ｖ之間變化，這就要求逆變器必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定?！玻础吃谥小⒋笕萘康墓夥l(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，假設(shè)采用方波供電，那么輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對供電品質(zhì)有較高的要求。另外，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，為防止對公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變器輸出失真度滿足要求的正弦波形。3．逆變器的主要技術(shù)性能指標(biāo)：⑴額定輸出電壓：在規(guī)定的輸入直流電壓允許的波動范圍內(nèi)，它表示逆變器應(yīng)能輸出的額定電壓值。對輸出額定電壓值的穩(wěn)定精度有如下規(guī)定：①在穩(wěn)態(tài)運行時，電壓波動范圍應(yīng)有一個限定，例如，其偏差不超過額定值的±3％或±5％。②在負(fù)載突變〔額定負(fù)載的0％50％100％〕或有其它干擾因素影響動態(tài)情況下，其輸出電壓偏差不應(yīng)超過額定值的±8％或±10％。⑵逆變器應(yīng)具有足夠的額定輸出容量和過載能力：逆變器的選用，首先要考慮具有足夠的額定容量，以滿足最大負(fù)荷下設(shè)備對電功率的需求。額定輸出容量表征逆變器向負(fù)載供電的能力。額定輸出容量值高的逆變器可帶更多的用電負(fù)載。但當(dāng)逆變器的負(fù)載不是純阻性時，也就是輸出功率因數(shù)小于1時，逆變器的負(fù)載能力將小于所給出的額定輸出容量值。⑶輸出電壓穩(wěn)定度：在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中均以蓄電池為儲能設(shè)備。當(dāng)標(biāo)稱電壓為12V的蓄電池處于浮充電狀態(tài)時，端電壓可達(dá)13.5V，短時間過充狀態(tài)可達(dá)15V。蓄電池帶負(fù)荷放電終了時端電壓可降至10.5V或更低。蓄電池端電壓的起伏可達(dá)標(biāo)稱電壓的30％左右。這就要求逆變器具有較好的調(diào)壓性能，才能保證光伏發(fā)電系統(tǒng)以穩(wěn)定的交流電壓供電。輸出電壓穩(wěn)定度表征逆變器輸出電壓的穩(wěn)壓能力。多數(shù)逆變器產(chǎn)品給出的是輸入直流電壓在允許波動范圍內(nèi)該逆變器輸出電壓的偏差百分?jǐn)?shù)，通常稱為電壓調(diào)整率。高性能的逆變器應(yīng)同時給出當(dāng)負(fù)載由0％→100％變化時，該逆變器輸出電壓的偏差百分?jǐn)?shù)，通常稱為負(fù)載調(diào)整率。性能良好的逆變器的電壓調(diào)整率應(yīng)≤±3％，負(fù)載調(diào)整率應(yīng)≤±6％。⑷輸出電壓的波形失真度：當(dāng)逆變器輸出電壓為正弦波時，應(yīng)規(guī)定允許的最大波形失真度〔或諧波含量〕。通常以輸出電壓的總波形失真度表示，其值不應(yīng)超過5％。⑸額定輸出頻率：逆變器輸出交流電壓的頻率應(yīng)是一個相對穩(wěn)定的值，通常為工頻50Hz。正常工作條件下其偏差應(yīng)在±1％以內(nèi)。⑹負(fù)載功率因數(shù)：“負(fù)載功率因數(shù)〞表征逆變器帶感性負(fù)載或容性負(fù)載的能力。在正弦波條件下，負(fù)載功率因數(shù)為0.7－0.9(滯后)，額定值為0.9。⑺額定輸出電流〔或額定輸出容量〕：它表示在規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)范圍內(nèi)，逆變器的額定輸出電流。有些逆變器產(chǎn)品給出的是額定輸出容量，其單位以VA或kVA表示。逆變器的額定容量是當(dāng)輸出功率因數(shù)為1〔即純阻性負(fù)載〕時，額定輸出電壓與額定輸出電流的乘積。⑻額定逆變輸出效率：整機逆變效率高是光伏發(fā)電用逆變器區(qū)別于通用型逆變器的一個顯著特點。10千瓦級的通用型逆變器實際效率只有70％－80％，將其用于光伏發(fā)電系統(tǒng)時將帶來總發(fā)電量20％－30％的電能損耗。光伏發(fā)電系統(tǒng)專用逆變器，在設(shè)計中應(yīng)特別注意減少自身功率損耗，提高整機效率。這是提高光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的一項重要措施。在整機效率方面對光伏發(fā)電專用逆變器的要求是：千瓦級以下逆變器額定負(fù)荷效率≥80％－85％，低負(fù)荷效率≥65％－75％；10千瓦級逆變器額定負(fù)荷效率≥85％－90％，低負(fù)荷效率≥70％－80％。逆變器的效率值表征自身功率損耗的大小，通常以百分?jǐn)?shù)表示。容量較大的逆變器還應(yīng)給出滿負(fù)荷效率值和低負(fù)荷效率值。千瓦級以下的逆變器效率應(yīng)為80％－85％，10千瓦級的逆變器效率應(yīng)為85％－90％。逆變器效率的上下對光伏發(fā)電系統(tǒng)提高有效發(fā)電量和降低發(fā)電本錢有著重要影響。⑼保護功能：光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運行過程中，因負(fù)載故障、人員誤操作及外界干擾等原因而引起的供電系統(tǒng)過流或短路，是完全可能的。逆變器對外部電路的過電流及短路現(xiàn)象最為敏感，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，在選用逆變器時，必須要求具有良好的對過電流及短路的自我保護功能。這是目前提高光伏發(fā)電系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵所在。①過電壓保護：對于沒有電壓穩(wěn)定措施的逆變器，應(yīng)有輸出過電壓的防護措施，以使負(fù)載免受輸出過電壓的損害。②過電流保護：逆變器的過電流保護，應(yīng)能保證在負(fù)載發(fā)生短路或電流超過允許值時及時動作，使其免受浪涌電流的損傷。⑽起動特性：它表征逆變器帶負(fù)載起動的能力和動態(tài)工作時的性能。逆變器應(yīng)保證在額定負(fù)載下可靠起動。高性能的逆變器可做到連續(xù)屢次滿負(fù)荷起動而不損壞功率器件。小型逆變器為了自身平安，有時采用軟起動或限流起動。⑾噪聲：電力電子設(shè)備中的變壓器、濾波電感、電磁開關(guān)及風(fēng)扇等部件均會產(chǎn)生噪聲。逆變器正常運行時，其噪聲應(yīng)不超過65dB。4．逆變器的分類和電路結(jié)構(gòu)：有關(guān)逆變器分類的原那么很多，例如：根據(jù)逆變器輸出交流電壓的相數(shù)，可分為單相逆變器和三相逆變器；根據(jù)輸出波形的不同可分為方波逆變器和正弦波逆變器；根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類型不同，可分為晶體管逆變器、MOSFET模塊及可關(guān)斷晶閘管逆變器等；根據(jù)功率轉(zhuǎn)換電路又可分為推挽電路、橋式電路和高頻升壓電路逆變器等。為了便于光伏電站選用逆變器，這里對方波逆變器、正弦波逆變器和幾種功率轉(zhuǎn)換電路作進一步簡要說明。⑴方波逆變器：方波逆變器輸出的交流電壓波形為50HZ方波。此類逆變器所使用的逆變線路也不完全相同，但共同的特點是線路比擬簡單，使用的功率開關(guān)管數(shù)量少。設(shè)計功率一般在幾十瓦至幾百瓦之間。方波逆變器的優(yōu)點是：價格廉價，維修簡單。缺點是：由于方波電壓中含有大量高次諧波，在以變壓器為負(fù)載的用電器中將產(chǎn)生附加損耗，對收音機和某些通信設(shè)備也有干擾。此外，這類逆變器中有的調(diào)壓范圍不夠?qū)?，有的保護功能不夠完善，噪聲也比擬大。⑵正弦波逆變器：這類逆變器輸出的交流電壓波形為正弦波，正弦波逆變器的優(yōu)點是：輸出波形好，失真度低，對通信設(shè)備無干擾，噪聲也很低。此外，保護功能齊全，對電感性和電容型性負(fù)載適應(yīng)性強。缺點是：線路相對復(fù)雜，對維修技術(shù)要求高，價格較貴。早期的正弦波逆變器多采用分立電子元件或小規(guī)模集成電路組成模擬式波形產(chǎn)生電路，直接用模擬50HZ正弦波切割幾KHZ――幾十KHZ的三角波產(chǎn)生一個SPWM正弦脈寬調(diào)制的高頻脈沖波形，經(jīng)功率轉(zhuǎn)換電路、升壓變壓器和LC正弦化濾波器得到220V/50HZ單相正弦交流電壓輸出。但是這種模擬式正弦波逆變器電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電子元件數(shù)量多、整機工作可靠性低。隨著大規(guī)模集成微電子技術(shù)的開展，專用SPWM波形產(chǎn)生芯片〔如HEF4752、SA838等〕和智能CPU芯片〔如INTEL8051、PIC16C73、INTEL80C196MC等〕逐漸取代小規(guī)模分立元件電路，組成數(shù)字式SPWM波形逆變器，使正弦波逆變器的技術(shù)性能和工作可靠性得到很大提高，已成為當(dāng)前中、大型正弦波逆變器的優(yōu)選方案。⑶幾種功率轉(zhuǎn)換電路的比擬：逆變器的功率轉(zhuǎn)換電路一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種，其主電路分別如圖3.1、圖3.2和圖3.3所示。圖3.1所示的推挽電路，將升壓變壓器的中心抽頭接于正電源，兩只功率管交替工作，輸出得到交流電輸出。由于功率晶體管共地連接，驅(qū)動及控制電路簡單，另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。其缺點是變壓器利用率低，帶動感性負(fù)載的能力較差。圖3.2所示的全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點，功率開關(guān)管Ｔ3、Ｔ6和Ｔ4、Ｔ5反相，Ｔ3和Ｔ4相位互差１８０°，調(diào)節(jié)Ｔ3和Ｔ4的輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。由于該電路具有能使Ｔ5和Ｔ6共同導(dǎo)通的功能，因而具有續(xù)流回路，即使對感性負(fù)載，輸出電壓波形也不會產(chǎn)生畸變。該電路的缺點是上、下橋臂的功率晶體管不共地，因此必須采用專門驅(qū)動電路或采用隔離電源。另外，為防止上、下橋臂發(fā)生共態(tài)導(dǎo)通，在Ｔ3、Ｔ6及Ｔ4、Ｔ6之間必須設(shè)計先關(guān)斷后導(dǎo)通電路，即必須設(shè)置死區(qū)時間，其電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。圖3.1推挽式逆變器電路原理框圖圖3.2全橋式逆變器電路原理框圖圖3.3高頻升壓式逆變器電路原理框圖圖3.3為高頻升壓電路，由于推挽電路和全橋電路的輸出都必須加升壓變壓器，而工頻升壓變壓器體積大，效率低，價格也較貴，隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的開展，采用高頻升壓變換技術(shù)實現(xiàn)逆變，可實現(xiàn)高功率密度逆變。這種逆變電路的前級升壓電路采用推挽結(jié)構(gòu)〔T1、T2〕，但工作頻率均在２０ＫＨｚ以上，升壓變壓器B1采用高頻磁芯材料，因而體積小、重量輕，高頻逆變后經(jīng)過高頻變壓器變成高頻交流電，又經(jīng)高頻整流濾波電路得到高壓直流電〔一般均在250Ｖ以上〕，再通過工頻全橋逆變電路〔T3、T4、T5、T6〕實現(xiàn)逆變。采用該電路結(jié)構(gòu)，使逆變電路功率密度大大提高，逆變器的空載損耗也相應(yīng)降低，效率得到提高。該電路的缺點是電路復(fù)雜，可靠性比上述兩種電路偏低。5．逆變器的波形產(chǎn)生電路：⑴方波輸出的逆變器波形產(chǎn)生電路：方波輸出的逆變器目前多采用如SG3525A、TL494等專用脈寬調(diào)制集成電路來產(chǎn)生占空比可變的PWM脈寬調(diào)制波形，并采用功率場效應(yīng)管作為開關(guān)功率元件。由于SG3525具有直接驅(qū)功率場效應(yīng)管的能力，并具有內(nèi)部基準(zhǔn)源和運算放大器和欠壓保護功能，因此其控制性能更好。①SG3525A雙端輸出式SPWM脈寬調(diào)制器專用芯片：振蕩器及可調(diào)的死區(qū)時間：振蕩器的時標(biāo)電容Ct單獨設(shè)有放電電路，電容Ct通過外接電阻Rd至引腳7，改變Rd就可以改變Ct的放電時間，也改變了死區(qū)時間Td。振蕩器的振蕩頻率由下式確定：慢啟動電路：慢啟動電路是由外接電容Cm，并由內(nèi)部50uA恒流源充電到達(dá)50％輸出占空比的時間是：輸出限流和關(guān)斷保護電路：SG3525A的10腳為關(guān)閉保護端。當(dāng)10腳電位V10 ＝0時，芯片正常工作；當(dāng)V10 >0.7v時，芯片將進行限流操作；當(dāng)V10 >1.4v時，將關(guān)斷輸出。圖騰柱式輸出級：當(dāng)Vc(13腳)和Vi(15腳)接＋12－15V時，可使輸出更快地關(guān)斷，用以驅(qū)動功率MOSFET。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，由于晶體管存在開閉滯后，使流出和吸收間出現(xiàn)重疊導(dǎo)通，在重疊處產(chǎn)生一個電流尖脈沖，其持續(xù)時間一般不會超過100ns。為此應(yīng)在Vc(13腳)和地之間接一個0.1uf的電容將它濾掉。SG3525A推薦工作條件：電源電壓(16腳)：8――35v集電極電壓(13腳)：4.5――35v吸收/流出負(fù)載電流：0――100ma參考負(fù)載電流：0――20ma振蕩器頻率范圍：100HZ――400KHZ振蕩器定時電阻：2――150KΩ振蕩器定時電容：0.001――0.1UF死區(qū)時間電阻范圍：0――500Ω②TL494集成脈寬調(diào)制器⑵正弦波逆變器的波形產(chǎn)生：正弦波輸出的逆變器，其控制電路可采用微處理器控制，如INTEL公司生產(chǎn)的80C196MC、Microchip公司生產(chǎn)的PIC16C73等，這些單片機均具有多路PWM發(fā)生PWM正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)：SPWM的控制策略：迄今為止，已有多種不同的SPWM控制策略被提出，如自然采樣法、規(guī)那么采樣法、△調(diào)制法、滯環(huán)電流控制法和指定次諧波消除法等。一般說來，模擬電路大多采用自然采樣法，即將正弦參考波與三角載波接在一比擬器的兩個輸入端，比擬器的輸出即為產(chǎn)生的SPWM信號。信號的開關(guān)時刻由兩波形的交點確定。用此種方法可方便地產(chǎn)生高頻SPWM信號，其優(yōu)點是信號精確，電路簡單。缺點是脈沖穩(wěn)定性差，抗干擾能力差。用微機軟件實時產(chǎn)生SPWM信號是一種既方便又經(jīng)濟可靠的方法，它的穩(wěn)定性及抗干擾能力均明顯優(yōu)于相應(yīng)模擬控制電路。此外用微機軟件可以方便地實現(xiàn)具有多種優(yōu)良性能，而用模擬電路很難實現(xiàn)的復(fù)雜的SPWM控制策略。目前使用微機產(chǎn)生SPWM信號最常用的控制策略是“規(guī)那么采樣法〞。與“自然采樣法〞相比，規(guī)那么采樣法用電平按正弦規(guī)律變化的階梯波代替了正弦波作為參考信號。這種改良大大減輕了計算PWM脈寬的工作量，使通過實時運算產(chǎn)生PWM波成為可能?，F(xiàn)在很多系統(tǒng)均采用規(guī)那么采樣法，通過查表或查表與運算相結(jié)合，實時產(chǎn)生需要的PWM脈沖。由于受微機字長、運算速度等因素的影響，目前用微機產(chǎn)生PWM調(diào)制信號大多只能應(yīng)用于控制精度不高、載波頻率較低的場合。在高載波頻率下產(chǎn)生PWM信號，計算機就顯得力不從心。如目前在軟開關(guān)逆變器中開關(guān)頻率一般均在20KHz以上，這時PWM信號的載波周期小于50us，而在一個載波周期內(nèi)PWM脈沖又分為三個間隔，這樣每一個間隔就顯得非常短。采用目前廣泛應(yīng)用的51或98系列單片機，執(zhí)行一條指令的最短時間為1us或2us。在這樣短的時間內(nèi)通過實時運算完成產(chǎn)生PWM波，顯得非常勉強。即使是采用純查表法，在這樣短的時間內(nèi)，微機要完成響應(yīng)定時器中斷、給定時器送新的時間常數(shù)、送出PWM脈沖，也仍然是手忙腳亂。這時，微機除了生成PWM脈沖外，