太陽能光伏系統(tǒng)各部件介紹

PAGE1PAGE38太陽能光伏系統(tǒng)各部件介紹１．１前言獨(dú)立光伏系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括：光伏組件（陣列）、蓄電池、逆變器、控制器。見下圖。下而我們分別加以討論。太陽電池板太陽電池板控制器逆變器負(fù)載蓄電池圖光伏系統(tǒng)方框圖１．２光伏組件（陣列）一個(gè)光伏陣列包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的光伏組件，具體需要多少個(gè)組件及如何連接組件與所需電壓（電流）及各個(gè)組件的參數(shù)有關(guān)。光伏組件是由太陽能電池片群密封而成，是陣列的最小可換單元。目前大多數(shù)太陽能電池片是單晶或多晶硅電池。這些電池正面用退水玻璃背面用軟的東西封裝。它就是光伏系統(tǒng)中把輻射能轉(zhuǎn)換成電能的部件。按照太陽電池的用途，目的、規(guī)模、太陽能電池的種類等有各種形狀的太陽能電池組件，下面就幾種典型的例子進(jìn)行介紹。用于電子產(chǎn)品的組件為驅(qū)動(dòng)計(jì)算器手表，收音機(jī)、電視、充電器等電子產(chǎn)品，一般需1.5V至數(shù)十伏的電壓。而單個(gè)太陽電池產(chǎn)生的電壓小于1V，所以要驅(qū)動(dòng)這些電子產(chǎn)品，必須使多個(gè)太陽電池元件串聯(lián)連接才能達(dá)到要求電壓。下圖示出了民用晶體太陽組件的結(jié)構(gòu)，是把太陽電池元件排列好，串聯(lián)連接做成組件?？梢姡瑸轵?qū)動(dòng)電子裝置，需要一定的高壓，而該組裝方法存在問題是成本高，接線點(diǎn)太多；從可靠性的觀點(diǎn)來看接線點(diǎn)太多是不利的。圖民用晶體硅太陽電池組件的結(jié)構(gòu)另一種是非晶硅太陽電池。因?yàn)榉蔷Ч枋强繗怏w反應(yīng)形成的，很容易形成薄膜，在一塊襯底上便于使多個(gè)單元電池串聯(lián)連接而獲得；較高的電壓輸出。（二）用于電力的組件電力用的太陽電池一般均安裝在調(diào)用外，所以除太陽電池本身以外，還必須采用能經(jīng)受雨、風(fēng)、砂塵和溫度變化甚至冰雹襲擊等的框架、支撐板和密封樹脂等進(jìn)行完好的保護(hù)，現(xiàn)正研究各種電力用的太陽電池組件的結(jié)構(gòu)。如圖8.6中（a）所示的是襯片式結(jié)構(gòu)，是在太陽電池的背后放一塊襯片作為組件的支撐板，其上用透明樹脂將整個(gè)太陽電池封住。支撐板采用纖維鋼化塑料（FRP）等。圖各種結(jié)構(gòu)晶硅太陽電池電力用組件的結(jié)構(gòu)目前最常用的是上圖所示的超光面式結(jié)構(gòu)，在太陽電池的受光面放一塊透明基板作組件的支撐板，其下用填充材料和背面被覆蓋材料將太陽電池密封。上面的透明板用玻璃，最好采用透明度和耐沖擊強(qiáng)度均好的鋼化白玻璃。填充材料主要采用在紫外光照射時(shí)透過率衰減較小的聚乙烯醇縮丁醛（PVB）和耐濕性良好的乙烯乙酸乙烯（EVA）。反面涂層多采用金屬鋁同聚氟乙烯（PVF）夾心狀結(jié)構(gòu)，使其具有耐濕性和高絕緣性。此外，對可靠性要求特別高的應(yīng)用，開發(fā)了一種新的封裝方式，如下圖（c），即在兩塊玻璃板之間用樹脂把太陽電池封入。隨著非晶硅太陽電池的發(fā)展，也在研究采用同晶體硅太陽電池一樣的超光面封裝方式，如下圖所示，把集成型太陽電池襯底玻璃直接用作受光面的保護(hù)板，各單元電池的連接也不用導(dǎo)線，所以能使組件的組裝工藝變得特別簡單。此外，圖（b）所示的組件類型也在研究之中。今后如更大面積太陽電池的研制取得進(jìn)展的話，一般估計(jì)圖（c）所示的單塊襯底型組件是更適合的，這樣可以進(jìn)一步使組件成本降低。圖采用非晶硅太陽電池的各種電力用組件的結(jié)構(gòu)下圖分別給出一單晶硅太陽電池組件和非晶硅太陽電池組件與溫度的關(guān)系和與光強(qiáng)的關(guān)系。與單個(gè)電池的溫度系數(shù)不同，這是因?yàn)榻M件中包括了接線部分的因素。圖太陽電池組件數(shù)輸出特性與溫度關(guān)系的實(shí)例(單晶硅電池組件的大?。?0.2cm*121.7cm非單晶硅電池組件的大小：37.8cm*71.1cm)圖太陽電池組件輸出特性與光強(qiáng)關(guān)系的實(shí)例(組件大小同圖)非晶硅太陽電池組件與單晶硅太陽組件相比，其輸出對溫度的關(guān)系較小，轉(zhuǎn)換效率隨著光強(qiáng)的減小，在直線范圍內(nèi)比單晶硅的小。（三）聚光式組件聚光式太陽電池發(fā)電系統(tǒng)是在聚焦的太陽光下工作的，有關(guān)這方面的研究工作最近在美國取得了較大的進(jìn)展。它分為透鏡式和反光鏡式兩種。（1）透鏡式聚光所必須的大面積凸透鏡采用透鏡，它是把分割的凸透鏡曲面連接在一起。菲涅耳透鏡的形狀有圓型和線型之分。如圖8.11（a）示出了線型菲涅耳透鏡的實(shí)例，太陽光聚焦于配置為點(diǎn)狀或線狀的太陽電池上。圖8.11.兩種聚光方式太陽電池除了采用單晶硅太陽電池以外，常采用轉(zhuǎn)換效率較高的砷化鎵太陽電池。在圓型菲涅耳透鏡、聚光比為500~1000倍的點(diǎn)聚焦情況下，單晶硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)15—17%而砷化鎵太陽電池的達(dá)到18—20%。（2）反光鏡式反光鏡式又有兩種形式，一種是采用拋物面鏡，太陽電池則放在其焦點(diǎn)上，另一種是底面放置太陽電池，側(cè)面配置反光鏡，如圖8.11（b）所示的槽形拋物面鏡的形式較為常用。此外還有其它方式,如圖8.12（a）所示為熒光聚光板型太陽電池，是把所吸收的太陽電池光通過熒光板變?yōu)闊晒?，熒光在熒光板?nèi)傳播，最后被聚集于放置著太陽電池的端部?，F(xiàn)在這種熒光聚光板型太陽電池已能做到面積為1m2的效率為1%；面積為1600cm2的，效率為2.5%。另外在該方式中，正在研究如圖8.12（b）所示的波長為分割型的熒光聚光板型太陽電池，其關(guān)鍵問題是要降低熒光板的價(jià)格，提高發(fā)光效率，以及提高可靠性等。圖8.12熒光聚光板型太陽電池(四)混合型組件光熱混合型組件是為更有效地利用太陽能，讓太陽光發(fā)電又發(fā)熱的器件。這種混合型組件有聚光型光熱混合型組件和聚熱器型光熱混合型組件。聚光型光熱混合組件如圖8.13所示，聚光型太陽電池背面通過導(dǎo)熱媒介物進(jìn)行聚熱。新能源綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）委托研究做系統(tǒng)能得到5KW的電輸出，25KW的熱輸出。圖8.13聚光型光熱混合型組件聚熱型光熱混合型組件是將太陽電池連接到聚熱板上而發(fā)電的。圖8.14所示為在真空玻璃管型聚熱板上形成非晶硅太陽電池的混合型組件。圖8.14采用非晶硅太陽電池的光熱混合型組件非晶硅太陽電池因?yàn)樵诳梢姽夥秶障禂?shù)很大，而在紅外線范圍反射系數(shù)大，所以也起著良好的選擇吸收膜的作用，如圖8.15所示。圖8.15非晶硅太陽電池作為選擇吸收膜的特性非晶硅太陽電池被密封真空玻璃管內(nèi)，所以不要包封，太陽能的總轉(zhuǎn)換ê?效率達(dá)58%其中電能轉(zhuǎn)換5%，熱能轉(zhuǎn)換53%。這對降低成本很有好處。目前，上海交通大學(xué)，就用物理系，太陽能研究所采用結(jié)晶硅太陽電池電力用組件的封裝方式，整個(gè)組件效率達(dá)15%，達(dá)到全國先進(jìn)水平。有四個(gè)因素決定了光伏組件的輸出功率：負(fù)載電阻、太陽輻照度，電池溫度和光伏電池的效率。對于給定的組件的輸出可由其電流電壓（I—V）曲線來估算。如圖8.16所示,在某一溫度（T）下太陽的照度也為一定的情況下，通過測定得了的數(shù)據(jù)繪出了些圖，從圖8.15中可知有開路電壓（VOC），短路電流（ISC），最大功率點(diǎn)m處的電流（Imp）和電壓（Vmp）可得組件的功率Wm=ImpVmp。IIVIscImpmVmpVoc圖8.16光伏組件的I-V特性圖對于一個(gè)給定的電池面積，電流與太陽輻照度成正比且?guī)缀跖c溫度無關(guān)，而電壓（功率）隨溫度升高而下降。一般來說，晶體硅電池的電壓降為0.5%/C。由此可以看到組件的溫度對其功率的輸出影響較大，所以陣列要安裝在通風(fēng)的地方，以保持涼爽；不能在一個(gè)屋頂或同一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上安裝過多的組件。光伏陣列的任何部分不能被遮蔭，它不像太陽能集熱器，如果遮住了光伏組件必須有相同的電流。如果有幾個(gè)電池被遮蔭，則它們便不會(huì)產(chǎn)生電流且會(huì)成為反向偏壓，這就意味著被遮電池消耗功率發(fā)熱，久而久之，形成故障。但是有些偶然的遮擋是不可避免的，所以需要用旁路二極管來起保護(hù)作用。如果所有的組件是并聯(lián)的，就不需要旁路二極管，即如果要求陣列輸出電壓為12V，而每個(gè)組件的輸出恰為12V，則不需要對每個(gè)組件加旁路二極管，如果要求24V陣列（或者更高），那么必須有2個(gè)（或者更多的）組件串聯(lián)，這時(shí)就需要加上旁路二極管，如圖8.17所示,組件組件組件組件組件+-DC24V……圖8.17帶旁路二極管的串聯(lián)電池組件組件組件組件組件+-DC24V……阻塞二極管圖8.18對于24V陣列阻塞二極管的接法阻塞二極管是用來控制光伏系統(tǒng)中電流的。任何一個(gè)獨(dú)立光伏系統(tǒng)都必須有防止從蓄電池流向陣列的反向電流的方法或有保護(hù)或失效的單元的方法。如果控制器沒有這項(xiàng)功能的話，就要用到阻塞二極管，如圖8.18阻塞二極管既可在每一并聯(lián)支路，又可在陣列與控制器之間的干路上，但是當(dāng)多條支路并聯(lián)接成一個(gè)大系統(tǒng)，則應(yīng)在每條支路上用阻塞二極管（如圖8.18）以防止由于支路故障或遮蔽引起的電流由強(qiáng)電流支路流向弱電流支路的現(xiàn)象。在小系統(tǒng)中，在干路上用一個(gè)阻塞二極管就夠了，不要兩種都用，因?yàn)槊總€(gè)二極管會(huì)降壓0.4~0.7V是一個(gè)12V系統(tǒng)的6%，這也是不小的一個(gè)比例。蓄電池蓄電池是用來將光伏陣列產(chǎn)生的電能（直流）存儲(chǔ)起來供后級(jí)負(fù)載（逆變器和交流負(fù)載）使用的部件，在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中，一般都需要控制器來控制其充電狀態(tài)和放電深度，以保護(hù)蓄電池延長其使用壽命。深度循環(huán)電池是用較大的電極板制成，可承受標(biāo)定的充放電次數(shù)。循環(huán)次數(shù)取決于放電深度，放電速度，充電前的時(shí)間，充電速率等等。淺循環(huán)電池使用較輕的電極板。淺循環(huán)電池不能象深度循環(huán)電池那樣多次地循環(huán)使用。完全放電一兩次常常就會(huì)損壞，因此它們不能在某些光伏系統(tǒng)中。有些蓄電池電解質(zhì)是膠體，這種膠體電解質(zhì)電池易于維護(hù)，因?yàn)樗ǔＪ敲芊獾?，?dāng)電池翻轉(zhuǎn)也不會(huì)泄露。大多數(shù)密封電池有放氣口可放出氫氣，但是卻不允許添加電解液，它們可能被標(biāo)定為深度循環(huán)電池，但它們通常比工業(yè)級(jí)濕性蓄電池的循環(huán)次數(shù)要少。有電解液的電池可能是密封的，或者有一個(gè)小帽，這樣就可以向其中添加蒸餾水了。通常當(dāng)電池容易大于100Ah時(shí)，電池是開放的，對于濕性蓄電池應(yīng)按時(shí)添加電解液（蒸餾水）。鎳鎘電池在有些國家使用，它們通常比鉛酸電池貴，但鎳鎘電池壽命長，維修率低，耐用，可承受極熱極冷的溫度，而且可以完全放電。由于可以完全放電，在某些系統(tǒng)中控制器就可以省下來不用了。請注意：如果要為鎳鎘電池配置控制器，則必須提出要求，由供應(yīng)商提供，而不能用一般的控制器,因?yàn)橐话闾峁┑目刂破魇菫殂U酸電池設(shè)計(jì)的，其所控的充電程度不同于鎘電池。由此可知，控制器并不能通用。用在獨(dú)立光伏系統(tǒng)的電池應(yīng)是深度循環(huán)大負(fù)載類型的。由于極板材料鉛較軟，所以要加一些如銻或鈣之類的元素以加強(qiáng)鉛板的硬度，這樣可改善電池的性能。鉛—銻電池可承受深度放電，但因?yàn)樗纳⒋螅枰ㄆ诰S護(hù)。鉛-鈣電池可以有幾次深度級(jí)放電，它們首期投入成本低，但壽命卻低于鉛—酸電池。大多數(shù)電池有酸性或腐蝕性物質(zhì)，如果操作不當(dāng)就比較危險(xiǎn)甚至危及生命。對于開放式電池在充電時(shí)會(huì)產(chǎn)生具有爆炸性的氫氣。這些電池需擺放在通風(fēng)良好的地方。系統(tǒng)電器元件不能安裝在電池附近，因?yàn)槠渌a(chǎn)生的火花可能會(huì)點(diǎn)燃?xì)錃狻Ｍ瑫r(shí)鉛酸電池的酸性氣體會(huì)腐蝕和損壞電子元件。可用復(fù)合劑或催化劑的電池蓋以用氧將氫氣化合成液態(tài)水流回電解液。這些蓋子有3~5年壽命，但還要定期檢查和清洗以保證其動(dòng)行良好。任何電池對于人類尤其是兒童，還有動(dòng)物都是具有危險(xiǎn)性的，所以應(yīng)有經(jīng)驗(yàn)的人操作，同時(shí)，要保持輸出端有蓋子，因?yàn)橐粋€(gè)典型的光伏系統(tǒng)在輸出端短路時(shí)能產(chǎn)生6000A的電流，盡管這個(gè)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(dāng)電壓高于24V時(shí)電擊可以引起生命危險(xiǎn)；在12V電壓下，如果電池偶然短路，大電流能引起火災(zāi)。所以在電池周圍工作時(shí)應(yīng)使用防護(hù)工具如手套，膠鞋，護(hù)目鏡。電池一般很重，所以在搬動(dòng)時(shí)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?jǐn)?shù)表示，標(biāo)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(jié)構(gòu)有關(guān)。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(huì)大大降低。許多密封式電池（即所謂的免維護(hù)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(yīng)超過電池容量的25%。深度循環(huán)電池中獨(dú)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(jià)格昂貴但能在惡劣的環(huán)境下工作，且可完全放電而不會(huì)損壞，電解液不會(huì)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(gè)溫度較低的電池比一個(gè)溫度較高的電池提供的電能要少。如圖8.19所示，一個(gè)處于25℃的電池如果以C/20的放電流進(jìn)行放電（C為電池標(biāo)定容量）則可以提供100%的能量（電池的標(biāo)定能量）。而在-20℃時(shí)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(huì)減少電池的壽命，所以還是應(yīng)該避免的，應(yīng)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(guān)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(dāng)電池用于光伏系統(tǒng)中，您不可能反復(fù)用到額定容量，然而額定容量設(shè)置了一個(gè)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(shí)，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(shí)刻電池所剩容量的百分?jǐn)?shù)。它等于用1減去放電深度的百分?jǐn)?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(yù)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(shí)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(diǎn)電池的維護(hù)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(huì)凍住。結(jié)冰溫度是電池充電狀態(tài)的函數(shù)。當(dāng)電池完全放電時(shí)，在零下幾度電解液就凍住了，而當(dāng)電池充滿電時(shí)（此時(shí)重量大約為標(biāo)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(huì)損壞。我們知道任何電池均需要定期維護(hù)，即使是密封的“免維護(hù)”的電池我們也應(yīng)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(yīng)始終保持守全浸沒極板的狀態(tài)，同時(shí)電壓和標(biāo)定重量也需要合乎要求。逆變器逆變器是一種功率調(diào)查裝置，對于使用交流負(fù)載的獨(dú)立光伏系統(tǒng)來說，逆變器是必要的。逆變器的選擇的一個(gè)重要因素就是您所設(shè)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(zhuǎn)換，這樣可以提供不同的電壓的直流負(fù)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(yīng)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(huì)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(guān)特性?？偟恼f來其特性參數(shù)有：輸出波形，功率轉(zhuǎn)換效率，標(biāo)稱功率，輸入電壓，電壓調(diào)整，電壓保護(hù)，頻率，調(diào)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(guān)，有些逆變器還具有電池充電遙控操作，負(fù)載轉(zhuǎn)換開關(guān)，并聯(lián)運(yùn)行的功能。獨(dú)立逆變器一般在直流12V，24V，48V或120V電壓輸入時(shí)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(shè)計(jì)中介紹。輸出波形是一個(gè)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(dá)90%以上，高諧波，小的輸出電壓調(diào)整，它們的適用于阻抗型負(fù)載和白熾燈。類正弦波逆變器在輸出可用脈寬提高電壓調(diào)整，效率可90%，它們可用來帶動(dòng)燈，電子設(shè)備和大多數(shù)電機(jī)等各種負(fù)載。然而它們在帶動(dòng)電機(jī)時(shí)由于諧波能量損失而比正弦波逆變器帶動(dòng)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(shè)備產(chǎn)生的波形一樣好。它們可以驅(qū)動(dòng)任何交流負(fù)載（在功率范圍內(nèi)）。通常，逆變器的規(guī)格可在計(jì)算值的基礎(chǔ)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(fù)載的適量增加。對于小負(fù)載需求，所有逆變器的效率都是比較低的；當(dāng)負(fù)載需求超過標(biāo)稱負(fù)載的50%以上，逆變器的效率即可達(dá)標(biāo)稱效率（大約90%左右）。下面是對有些參數(shù)的說明：（1）功率轉(zhuǎn)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(huì)因負(fù)載的不同而有很大變化。（2）輸入電壓：由交（直）流負(fù)載所需的功率和電壓決定。一般負(fù)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(shí)間（幾秒鐘），有些變壓器和交流電機(jī)需要比正常工作高幾倍的起動(dòng)電流（一般也僅持續(xù)幾秒鐘）對這些特殊負(fù)載的浪涌要求應(yīng)測量出來。（4）靜態(tài)電流：這是在逆變器不帶負(fù)載（無功耗）時(shí)，其本身所用的電流（功率），這個(gè)參數(shù)對于長期帶小負(fù)載的情況下是很重要的，當(dāng)負(fù)載不大時(shí)，逆變器的效率是極低的。（5）電壓調(diào)整：這意味著輸出電壓的多樣性。較多的系統(tǒng)在一個(gè)大的負(fù)載范圍內(nèi)，均方根輸出電壓接近常數(shù)。（6）電壓保護(hù)：逆變器在直流電壓過高時(shí)就會(huì)損壞。而逆變器的前級(jí)—蓄電池在過充電時(shí)逆變器的直流輸入電壓就會(huì)超過標(biāo)稱值，如，一個(gè)12V的蓄電池在過充電以后可能會(huì)達(dá)到16V或者更高，這時(shí)就有可能破壞后級(jí)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(shí)逆變器須有檢查測試保護(hù)電路，當(dāng)電池電壓高于設(shè)定值時(shí)，保護(hù)電路會(huì)將逆變器斷開。（7）頻率：我國的交流負(fù)載是在50Hz的頻率下進(jìn)行工作的。而高質(zhì)量的設(shè)備需要精確的頻率調(diào)整，因?yàn)轭l率偏差會(huì)引起表和電子計(jì)時(shí)器性能的下降。（8）調(diào)制性：在有些系統(tǒng)中用多個(gè)逆變器非常有利，這些逆變器可并聯(lián)起來帶動(dòng)不同的負(fù)載。有時(shí)為了防止出現(xiàn)故障，用手動(dòng)負(fù)載開關(guān)使一個(gè)逆變器可滿足電路的特定負(fù)載要求。增加此開關(guān)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(fù)載，功率因子為1，但對感抗型負(fù)載（戶用系統(tǒng)中常用負(fù)載）功率因子會(huì)下降，有時(shí)可能低于0.5。功率因子由負(fù)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(hào)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(qū)動(dòng)負(fù)載，T3管可改善啟動(dòng)特性和提高效率。他激式電路的優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)；缺點(diǎn)是逆變器效率不高，工作點(diǎn)調(diào)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(hù)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(shí)，面過R1使T1導(dǎo)通，使I1增加，則I1I3I1，正反饋使T1進(jìn)入飽和。電容C1電位不斷降低。當(dāng)I1達(dá)到飽和值時(shí)，電感電流I30，T1管的Vbe被鉗位到某一負(fù)電位，晶體管T1迅速截止，I10電源又通過R1給C1充電，當(dāng)電容端電壓達(dá)到一定值時(shí)T1管重新導(dǎo)通，這樣T1管周期性地從飽和區(qū)進(jìn)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(fù)載可能為電抗性的，負(fù)載電流和電壓也可能反相，所以電路中必須要有二極管。當(dāng)V0為正時(shí)（T1，T4導(dǎo)通），i0可能為負(fù)（電流通過與T1和T4平行的兩個(gè)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(diào)制技術(shù)進(jìn)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(diào)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(gè)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(chǔ)，它能作為計(jì)算機(jī)等電器設(shè)備提供應(yīng)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(hù)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(huì)引起電池過早失效。過充過放均有可能損害負(fù)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?jǐn)?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(dāng)電池快要充滿時(shí)控制器就會(huì)斷開部分或全部的陣列電流；當(dāng)電池放電低于預(yù)設(shè)水平時(shí)，全部或部分負(fù)載就會(huì)被斷開（此時(shí)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(jì)充電狀態(tài)，然而這并不準(zhǔn)確，如圖8.26可知，在接近過充時(shí)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(gè)曲線。測量電池溫度可提高SOC狀態(tài)的估計(jì)，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(shí)，就應(yīng)該使用帶溫度補(bǔ)償?shù)目刂破鳌？刂破饔袃蓚€(gè)動(dòng)作設(shè)定點(diǎn)，使控制器動(dòng)作以保護(hù)電池。每個(gè)控制點(diǎn)有一個(gè)動(dòng)作補(bǔ)償設(shè)置點(diǎn)。如，一個(gè)12V的電池，控制器的陣列斷路電壓通常設(shè)定在14V，這樣當(dāng)電池電壓達(dá)到這個(gè)值時(shí)，控制器就會(huì)把陣列斷開，一般此時(shí)電池電壓會(huì)迅速降到13V；控制器的陣列再接通電