太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù) 培訓(xùn)教材.doc

太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽(yáng)能充電器培 訓(xùn) 教 材胡新：158248055862007年3月前 言太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽(yáng)能充電器 我國(guó)研制太陽(yáng)能電池始于一九五八年，中國(guó)的光伏技術(shù)經(jīng)過四十年的努力，已具有一定的水平和基礎(chǔ)。過去我國(guó)邊遠(yuǎn)地區(qū)的光伏發(fā)電市場(chǎng)主要由國(guó)家投資項(xiàng)目和多邊援助項(xiàng)目支撐。90年代以來，隨著邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)牧民收入水平的提高，邊遠(yuǎn)地區(qū)的光伏發(fā)電市場(chǎng)也開始向商業(yè)化發(fā)展。根據(jù)世界銀行/全球環(huán)境基金可再生能源商業(yè)化項(xiàng)目準(zhǔn)備研究過程中的資料顯示，我國(guó)西部地區(qū)經(jīng)營(yíng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的各類公司和團(tuán)體由80年代的不足10家，發(fā)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)面表明，我國(guó)的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)具有了一定的市場(chǎng)潛力和市場(chǎng)吸引力。 光伏電池發(fā)電有離網(wǎng)(獨(dú)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(yáng)電池的生產(chǎn)成本居高不下，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)品成本的降低和農(nóng)牧民收入水平的提高，太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)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)發(fā)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)電方向發(fā)展，開始由補(bǔ)充能源向替代能源過渡。太陽(yáng)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(duì)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(gè)數(shù)十千瓦的集中型太陽(yáng)能光伏電站。 隨著我國(guó)光伏事業(yè)的高速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，從事太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和安裝的技術(shù)人員不斷增加。由于太陽(yáng)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(jì)算機(jī)和機(jī)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(shí)，才能合理設(shè)計(jì)使用和充分發(fā)揮價(jià)格較昂貴的光伏系統(tǒng)設(shè)備的作用。但是，目前國(guó)內(nèi)有關(guān)光伏技術(shù)的書籍和資料大多是介紹太陽(yáng)電池、蓄電池等器件原理和應(yīng)用方面的基本知識(shí)，而系統(tǒng)闡述太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)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(cè)儀器等）應(yīng)用的專業(yè)資料卻很少。因此，北京市計(jì)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(jì)、工程安裝和配套電子設(shè)備生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，組織編寫了這本培訓(xùn)教材，試圖幫助廣大從事太陽(yáng)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(jì)和配套電子設(shè)備的應(yīng)用，更好地發(fā)展我國(guó)的光伏事業(yè)。由于水平有限，時(shí)間倉(cāng)促，對(duì)本培訓(xùn)教材中不當(dāng)和錯(cuò)誤之處敬請(qǐng)專家和讀者批評(píng)指正。 太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽(yáng)能充電器 目 錄一緒 論31我國(guó)的太陽(yáng)能資源概況42太陽(yáng)能的主要利用形式和光伏發(fā)電的運(yùn)行方式03太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展及前景0二太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的原理及組成11太陽(yáng)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(cè)量設(shè)備6太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6三光伏電源充放電控制器111控制器的功能：112控制器的基本技術(shù)參數(shù)113控制器的分類：114控制器的基本電路和工作原理：125小型單路充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例156普通型柜式充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例177智能型壁掛式充放電控制器產(chǎn)品實(shí)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(duì)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)317PWM方波逆變器產(chǎn)品實(shí)例338SPWM正弦波逆變器產(chǎn)品實(shí)例3593kW 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數(shù)據(jù)采集器的主要技術(shù)指標(biāo)412數(shù)據(jù)采集器的基本功能413數(shù)據(jù)采集器的硬件結(jié)構(gòu)424數(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(hào)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(hù)52七備用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和交流充電設(shè)備581柴油發(fā)電機(jī)組582交流充電設(shè)備產(chǎn)品實(shí)例JKZH-60K-3CH整流充電柜65太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽(yáng)能充電器一緒 論 在人類文明的歷史長(zhǎng)河中，人類不斷地從自然界索取、探求適合生存和發(fā)展所需的各種能源，能源的利用水平折射出人類文明的進(jìn)步步伐。從原始社會(huì)開始，由地球在長(zhǎng)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基礎(chǔ)。但是常規(guī)能源的儲(chǔ)量正隨著人類文明的高度發(fā)展而迅速枯竭。從資源的角度看，地球的礦物能源儲(chǔ)量是有限的，按目前消耗的速度計(jì)，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(zhǎng)率約為2%，近35年來世界能源消費(fèi)量已經(jīng)翻了一番。人們預(yù)計(jì)，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(duì)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(shí)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(shì)。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1.54.5,最嚴(yán)重的后果是海平面將上升25145cm，沿海低洼地區(qū)將被淹沒，這將嚴(yán)重影響到許多國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和政治結(jié)構(gòu)。此外，大量燃燒礦物燃料，會(huì)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(jì)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(jìn)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，人類文明的高度發(fā)展與生存環(huán)境的極度惡化，形成了強(qiáng)烈的反差。 針對(duì)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(yáng)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)備成本、利用條件等諸多因素考慮，太陽(yáng)能將成為最為理想的可再生能源和無污染能源。1 我國(guó)的太陽(yáng)能資源概況:2 太陽(yáng)能的主要利用形式和光伏發(fā)電的運(yùn)行方式:太陽(yáng)能電池發(fā)電與火力、水力、柴油發(fā)電比較具有許多優(yōu)點(diǎn)，如安全可靠、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(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)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)境的角度還是從邊遠(yuǎn)地區(qū)和特殊應(yīng)用領(lǐng)域需求的角度來考慮，太陽(yáng)能電池發(fā)電都極具吸引力。目前，太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的唯一障礙是其成本高，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)中葉，太陽(yáng)能電池發(fā)電的成本將會(huì)下降到同常規(guī)能源發(fā)電相當(dāng)。屆時(shí)，太陽(yáng)能電池發(fā)電將成為人類電力的重要來源之一。 目前太陽(yáng)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。光熱利用具有低成本，方便，利用效率較高等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)，在通用性、可存儲(chǔ)性等方面具有前兩者無法替代的優(yōu)勢(shì)。且由于太陽(yáng)能電池的原料硅的儲(chǔ)量十分豐富、太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的不斷提高、生產(chǎn)成本的不斷下降，都促使太陽(yáng)能光伏發(fā)電在能源、環(huán)境和人類社會(huì)未來發(fā)展中占據(jù)重要地位。由于太陽(yáng)光資源具有分散性，而且隨處可得，太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)特別適合于作為獨(dú)立的電源使用，例如邊遠(yuǎn)地區(qū)的村莊及戶用供電系統(tǒng)、太陽(yáng)能電池照明系統(tǒng), 太陽(yáng)能電池水泵系統(tǒng)以及大部分的通信電源系統(tǒng)等都屬此類。太陽(yáng)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(bǔ)系統(tǒng)”、“風(fēng)光柴蓄互補(bǔ)系統(tǒng)”等。由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)成本低，又由于風(fēng)能和太陽(yáng)能資源具有互補(bǔ)性，互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以大大提高供電的穩(wěn)定性，其價(jià)格比起獨(dú)立太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)至少可減少1/3。除此之外，太陽(yáng)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(yáng)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)，可根據(jù)需要隨時(shí)將太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)并入或退出電網(wǎng)。實(shí)踐證明，并網(wǎng)電站可以對(duì)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(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展及前景：太陽(yáng)能電池最早用于空間技術(shù)，至今宇宙飛船和人造衛(wèi)星的電力仍然基本上依靠太陽(yáng)能電池系統(tǒng)來供給。70年代以后，太陽(yáng)能電池在地面得到廣泛應(yīng)用，目前已遍及生活照明、鐵路交通、水利氣象、郵電通信、廣播電視、陰極保護(hù)、農(nóng)林牧業(yè)、軍事國(guó)防、并網(wǎng)調(diào)峰等各個(gè)領(lǐng)域。功率級(jí)別，大到10MW的太陽(yáng)能電池發(fā)電站，小到手表、計(jì)算器的電源。隨著太陽(yáng)能電池發(fā)電成本的進(jìn)一步降低，它將進(jìn)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(dòng)車充電系統(tǒng)等；對(duì)于這些系統(tǒng)，目前世界上已有成功的示范。太陽(yáng)能電池發(fā)電最終的發(fā)展目標(biāo)，是進(jìn)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(bǔ)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(yáng)能電池發(fā)電的未來，人們甚至設(shè)想出大型的宇宙發(fā)電計(jì)劃，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(guó)際空間太陽(yáng)能電站會(huì)議，提出了一些構(gòu)想，但付諸實(shí)施，恐非短期所能實(shí)現(xiàn)。但美國(guó)、日本已制訂了試驗(yàn)性發(fā)射計(jì)劃（容量等級(jí)為1000KWp數(shù)量級(jí)）。因?yàn)榇髿鈱油獾年?yáng)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11km4km的太陽(yáng)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(shí)?？臻g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(yáng)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應(yīng)，不必再使用原子能核電站。美國(guó)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(gè)十年內(nèi)以光電為基礎(chǔ)的電解水制氫和儲(chǔ)氫技術(shù)將趨于成熟，他們經(jīng)計(jì)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(yáng)能電池制氫，便可提供相當(dāng)于美國(guó)1986年的全部礦物燃料消耗的能量。由于晶體硅原料領(lǐng)域的發(fā)展（例如超薄晶體硅太陽(yáng)電池的開發(fā)和使用更便宜的太陽(yáng)能級(jí)材料）和太陽(yáng)能電池更先進(jìn)的生產(chǎn)過程的發(fā)展，將使得晶體硅電池在將來會(huì)變得更為便宜；此外，效率也將進(jìn)一步得到提高。薄膜太陽(yáng)能電池，例如非晶硅太陽(yáng)能電池，由于其廉價(jià)的生產(chǎn)成本而在消費(fèi)領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。但它的效率低（約58）、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(yáng)能電池仍將是將來的一個(gè)重要發(fā)展方向?；阪壣榛衔锖推渌鸙族成分的薄片太陽(yáng)能電池正處于早期的發(fā)展階段，由于它的效率有可能達(dá)到30而顯得尤為重要，但是這種類型的太陽(yáng)能電池在2005年以前還不可能得到廣泛應(yīng)用。 由于太陽(yáng)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(chǎng)開拓方面成為世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家激烈競(jìng)爭(zhēng)的主要熱點(diǎn)。太陽(yáng)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)也在日新月異地發(fā)展，效率的提高和價(jià)格的下降已呈必然趨勢(shì)。澳大利亞新南威爾士大學(xué)已研制出 = 24%的單體（44cm）高效硅太陽(yáng)能電池。80年代以來，即使世界經(jīng)濟(jì)總體情況處于衰退和低谷時(shí)期，光伏技術(shù)一直保持以10%-15%的遞增速度發(fā)展。90年代后期，世界市場(chǎng)出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，發(fā)展更加迅速。1997年世界太陽(yáng)電池光伏組件生產(chǎn)122MW，比1996年增長(zhǎng)了38%（1996年88.5MW），超出光伏界專家最樂觀的估計(jì)。二太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的原理及組成太陽(yáng)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(yáng)能電池將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它由太陽(yáng)能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖11所示。圖11 太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖1太陽(yáng)能電池方陣：太陽(yáng)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(yáng)能電池單體的工作電壓約為0.5V, 工作電流約為2025mA/cm2, 一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽(yáng)能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽(yáng)能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。太陽(yáng)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(yáng)能電池方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率 (見圖12)。（1）硅太陽(yáng)能電池單體常用的太陽(yáng)能電池主要是硅太陽(yáng)能電池。晶體硅太陽(yáng)能電池由一個(gè)晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線，下表面是金屬層。硅片本身是P型硅，表面擴(kuò)散層是N區(qū)，在這兩個(gè)區(qū)的連接處就是所謂的PN結(jié)。PN結(jié)形成一個(gè)電場(chǎng)。太陽(yáng)能電池的頂部被一層抗反射膜所覆蓋，以便減少太陽(yáng)能的反射損失。太陽(yáng)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(zhǎng)決定，光被晶體硅吸收后，在PN結(jié)中產(chǎn)生一對(duì)對(duì)正負(fù)電荷，由于在PN結(jié)區(qū)域的正負(fù)電荷被分離，因而可以產(chǎn)生一個(gè)外電流場(chǎng)，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12 太陽(yáng)能電池單體、組件和方陣將一個(gè)負(fù)載連接在太陽(yáng)能電池的上下兩表面間時(shí)，將有電流流過該負(fù)載，于是太陽(yáng)能電池就產(chǎn)生了電流；太陽(yáng)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(zhǎng)決定，低于基能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子，一個(gè)高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個(gè)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(yáng)能電池的效率下降。（2）硅太陽(yáng)能電池種類目前世界上有3種已經(jīng)商品化的硅太陽(yáng)能電池：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池。對(duì)于單晶硅太陽(yáng)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)，使單晶硅的使用成本比較昂貴。多晶硅太陽(yáng)能電池的晶體方向的無規(guī)則性，意味著正負(fù)電荷對(duì)并不能全部被PN結(jié)電場(chǎng)所分離，因?yàn)殡姾蓪?duì)在晶體與晶體之間的邊界上可能由于晶體的不規(guī)則而損失，所以多晶硅太陽(yáng)能電池的效率一般要比單晶硅太陽(yáng)能電池低。多晶硅太陽(yáng)能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以它的成本比單晶硅太陽(yáng)能電池低。非晶硅太陽(yáng)能電池屬于薄膜電池，造價(jià)低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽(yáng)能電池，目前多數(shù)用于弱光性電源，如手表、計(jì)算器等。一般產(chǎn)品化單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 1315 % 產(chǎn)品化多晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 1113 % 產(chǎn)品化非晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 58 %（3）太陽(yáng)能電池組件一個(gè)太陽(yáng)能電池只能產(chǎn)生大約0.5V電壓，遠(yuǎn)低于實(shí)際應(yīng)用所需要的電壓。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，需把太陽(yáng)能電池連接成組件。太陽(yáng)能電池組件包含一定數(shù)量的太陽(yáng)能電池，這些太陽(yáng)能電池通過導(dǎo)線連接。一個(gè)組件上，太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36片（10cm10cm），這意味著一個(gè)太陽(yáng)能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓，正好能為一個(gè)額定電壓為12V的蓄電池進(jìn)行有效充電。通過導(dǎo)線連接的太陽(yáng)能電池被密封成的物理單元被稱為太陽(yáng)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(gè)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(gè)組件不能滿足要求時(shí)，可把多個(gè)組件組成太陽(yáng)能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。太陽(yáng)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背面的接線盒。這種組件的前面是玻璃板，背面是一層合金薄片。合金薄片的主要功能是防潮、防污。太陽(yáng)能電池也是被鑲嵌在一層聚合物中。在這種太陽(yáng)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，也稱為特性曲線，如圖13所示。特性曲線可根據(jù)圖13所示的電路裝置進(jìn)行測(cè)量。特性曲線顯示了通過太陽(yáng)能電池組件傳送的電流Im與電壓Vm在特定的太陽(yáng)輻照度下的關(guān)系。如果太陽(yáng)能電池組件電路短路即V0，此時(shí)的電流稱為短路電流Isc；如果電路開路即I0，此時(shí)的電壓稱為開路電壓Voc。太陽(yáng)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PVI 。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(yáng)能電池的電流電壓特性曲線當(dāng)太陽(yáng)能電池組件的電壓上升時(shí)，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(shí)，組件的輸出功率亦從0開始增加；當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，功率可達(dá)到最大，這時(shí)當(dāng)阻值繼續(xù)增加時(shí)，功率將躍過最大點(diǎn)，并逐漸減少至零，即電壓達(dá)到開路電壓Voc。太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性。在組件的輸出功率達(dá)到最大點(diǎn)，稱為最大功率點(diǎn)；該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓，稱為最大功率點(diǎn)電壓Vm（又稱為最大工作電壓）；該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流，稱為最大功率點(diǎn)電流Im（又稱為最大工作電流）；該點(diǎn)的功率，稱為最大功率Pm。隨著太陽(yáng)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(diǎn)的典型溫度系數(shù)為0.4%/C。也就是說，如果太陽(yáng)能電池溫度每升高1C，則最大功率減少0.4%。所以，太陽(yáng)直射的夏天，盡管太陽(yáng)輻射量比較大，如果通風(fēng)不好，導(dǎo)致太陽(yáng)電池溫升過高，也可能不會(huì)輸出很大功率。由于太陽(yáng)能電池組件的輸出功率取決于太陽(yáng)輻照度、太陽(yáng)能光譜的分布和太陽(yáng)能電池的溫度，因此太陽(yáng)能電池組件的測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)條件下（STC）進(jìn)行，測(cè)量條件被歐洲委員會(huì)定義為101號(hào)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(yáng)電池溫度25在該條件下，太陽(yáng)能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，表示為Wp(peak watt)。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽(yáng)模擬儀測(cè)定并和國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的太陽(yáng)能電池進(jìn)行比較。通過戶外測(cè)量太陽(yáng)能電池組件的峰值功率是很困難的，因?yàn)樘?yáng)能電池組件所接受到的太陽(yáng)光的實(shí)際光譜取決于大氣條件及太陽(yáng)的位置；此外，在測(cè)量的過程中，太陽(yáng)能電池的溫度也是不斷變化的。在戶外測(cè)量的誤差很容易達(dá)到10或更大。如果太陽(yáng)電池組件被其它物體(如鳥糞、樹蔭等)長(zhǎng)時(shí)間遮擋時(shí)，被遮擋的太陽(yáng)能電池組件此時(shí)將會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，這就是“熱斑效應(yīng)”。這種效應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能電池會(huì)造成很嚴(yán)重地破壞作用。有光照的電池所產(chǎn)生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽(yáng)能電池由于熱班效應(yīng)而被破壞，需要在太陽(yáng)能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁通二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗。連接盒是一個(gè)很重要的元件：它保護(hù)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(gè)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(dòng)防止蓄電池組過充電和過放電并具有簡(jiǎn)單測(cè)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(yáng)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(shí)，逆變器是不可缺少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)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(jiǎn)單，造價(jià)低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對(duì)諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器，成本高，但可以適用于各種負(fù)載。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，SPWM脈寬調(diào)制正弦波逆變器將成為發(fā)展的主流。4蓄電池組： 其作用是儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池方陣受光照時(shí)所發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)對(duì)所用蓄電池組的基本要求是：(1) 自放電率低；(2)使用壽命長(zhǎng)；(3) 深放電能力強(qiáng)；(4)充電效率高；(5) 少維護(hù)或免維護(hù)；(6)工作溫度范圍寬；(7) 價(jià)格低廉。目前我國(guó)與太陽(yáng)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(hù)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(hù)鉛酸蓄電池。5測(cè)量設(shè)備： 對(duì)于小型太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，只要求進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)量，如蓄電池電壓和充放電電流，測(cè)量所用的電壓和電流表一般裝在控制器面板上。對(duì)于太陽(yáng)能通信電源系統(tǒng)、陰極保護(hù)系統(tǒng)等工業(yè)電源系統(tǒng)和大型太陽(yáng)能發(fā)電站，往往要求對(duì)更多的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，如太陽(yáng)能輻射量、環(huán)境溫度、充放電電量等，有時(shí)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(shí)要求為太陽(yáng)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)”。6太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，且軟件設(shè)計(jì)先于硬件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括：負(fù)載用電量的計(jì)算，太陽(yáng)能電池方陣面輻射量的計(jì)算，太陽(yáng)能電池、蓄電池用量的計(jì)算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池方陣安裝傾角的計(jì)算，系統(tǒng)運(yùn)行情況的預(yù)測(cè)和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的分析等。硬件設(shè)計(jì)包括：負(fù)載的選型及必要的設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池和蓄電池的選型，太陽(yáng)能電池支架的設(shè)計(jì)，逆變器的選型和設(shè)計(jì)，以及控制、測(cè)量系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)。對(duì)于大型太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，還要有方陣場(chǎng)的設(shè)計(jì)、防雷接地的設(shè)計(jì)、配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及輔助或備用電源的選型和設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算，一般是由計(jì)算機(jī)來完成；在要求不太嚴(yán)格的情況下，也可以采取估算的辦法。1 太陽(yáng)能輻射原理： 太陽(yáng)電池發(fā)電的全部能量來自于太陽(yáng)，也就是說，太陽(yáng)電池方陣面上所獲得的輻射量決定了它的發(fā)電量。太陽(yáng)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(shí)間的變化，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射直、散分量的比例，地表面的反射系數(shù)，太陽(yáng)電池方陣的運(yùn)行方式或固定方陣的傾角變化以及太陽(yáng)電池方陣表面的清潔程度等。要想較為準(zhǔn)確地推算出太陽(yáng)電池方陣面上所獲得的輻射量，必須對(duì)太陽(yáng)輻射的基本概念有所了解。太陽(yáng)輻射的基本定律太陽(yáng)輻射的直散分離原理、布格朗伯定律和余弦定律是我們所要了解的三條最基本的定律。直散分離原理： 大地表面（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分離原理，只不過大地表面所接收到的輻射量沒有地面反射分量，而太陽(yáng)電池方陣面上所接收到的輻射量包括地面反射分量：Qp = Sp+Dp QT = 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= S0Fm S0 ：太陽(yáng)常數(shù) 1350W/m2SD：直接輻射強(qiáng)度F: 大氣透明度m: 大氣質(zhì)量 m=1/Sina P/P0 a: 太陽(yáng)高度角 Po: 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓Sina = SinfSind+Cos fCos dCoswd: 太陽(yáng)赤緯角d=23.5Sin(360*(284+N)/365)f： 當(dāng)?shù)鼐暥?（0 90 ）w： 時(shí)角（地球自轉(zhuǎn)一周360度，24小時(shí)） 15度/小時(shí) 或 4分鐘/度余弦定律: Sp = SD SinaST = SDCOSq DT = Dp(1+CosZ)/2RT = Qp(1-CosZ)/2QT = ST+DT+RT2 太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(以某高山氣象站為例)：當(dāng)?shù)貧庀蟮乩項(xiàng)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 米 最長(zhǎng)陰雨天: 3 天水平面全年總輻射量為:165千卡/厘米。太陽(yáng)電池方陣面上的總輻射為180千卡/厘米2。負(fù)載情況編號(hào)負(fù)載名稱負(fù)載功率(瓦)每日工作時(shí)間(小時(shí))每日耗電(瓦時(shí))1遙測(cè)儀(自動(dòng)站)AC30W247202微機(jī)、打印機(jī)AC330W619803照 明AC80W54004通信設(shè)備AC100W1212005合 計(jì)540W4300電源系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)步驟: 太陽(yáng)電池組件的選型：太陽(yáng)電池選用秦皇島華美光伏電源系統(tǒng)有限公司的組件 型號(hào)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：38 Wp 計(jì)算等效的峰值日照時(shí)數(shù)：全年峰值日照時(shí)數(shù)為: 1800000.0116=2088 小時(shí)0.0116為將輻射量(卡/cm)換算成峰值日照時(shí)數(shù)的換算系數(shù):峰值日照定義: 100毫瓦/cm=0.1瓦/cm1 卡=4.18焦耳=4.18瓦秒 1小時(shí)=3600秒則: 1卡/cm=4.18瓦秒/卡/(3600秒/小時(shí)0.1瓦/cm)=0.0116 小時(shí)cm/卡于是: 180000卡/cm年0.0116 小時(shí)cm/卡=2088小時(shí)/年 平均每日峰值日照時(shí)數(shù)為：20883655.72 小時(shí)/日 根據(jù)系統(tǒng)工作電壓等級(jí)確定太陽(yáng)電池組件的串聯(lián)數(shù)：系統(tǒng)工作電壓一般選擇原則：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(jì)為對(duì)12V蓄電池充電，4塊組件串聯(lián)對(duì)48V蓄電池充電，因此，所需太陽(yáng)電池的串聯(lián)數(shù)為4塊。 計(jì)算每日負(fù)載耗電量為：4300Wh48V89.6Ah 計(jì)算所需太陽(yáng)電池的總充電電流為： 89.6Ah1.02/(5.72h0.90.8)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(yáng)電池衰降，方陣組合損失，塵埃遮擋等綜合系數(shù)。 計(jì)算所需太陽(yáng)電池的并聯(lián)數(shù)為： 22.19A2.235A/塊10塊 計(jì)算所需太陽(yáng)電池的總功率為： （104）塊38峰瓦/塊1520 峰瓦 計(jì)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))0.68400Ah 0.68:蓄電池放電深度。 選用 GFM-400型蓄電池(10小時(shí)放電率的額定容量為400安時(shí))24只（48V）。上面的計(jì)算可以由設(shè)計(jì)軟件在幾分鐘之內(nèi)完成，下面給出一個(gè)計(jì)算實(shí)例：深圳中興通信工程太陽(yáng)能系統(tǒng)容量計(jì)算（負(fù)荷容量:1000瓦,站址:蘇丹）序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)量備注1年水平面總輻射量Cal/cm21800002年太陽(yáng)電池板傾斜面總輻射量Cal/cm22070003年1000峰瓦太陽(yáng)電池發(fā)電量KWh2401(總輻射量*0.0116)4日1000峰瓦太陽(yáng)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(gè)4視系統(tǒng)電壓大小決定串聯(lián)個(gè)數(shù)10負(fù)荷容量W100011負(fù)荷平均每天工作時(shí)間小時(shí)2412日負(fù)荷消耗Wh電量Wh24000(負(fù)荷容量W*負(fù)荷日工作時(shí)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(fèi)電量W/系統(tǒng)電壓/逆變效率15需要太陽(yáng)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(yáng)電池組件的并聯(lián)數(shù)個(gè)50需要太陽(yáng)電池的電流量/組件峰值電流17需要太陽(yáng)電池組件功率Wp758118蓄電池電壓V4819最長(zhǎng)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/2000Ah 23選定蓄電池容量Wh9600024系統(tǒng)蓄電池單價(jià)元/Wh1.225系統(tǒng)蓄電池價(jià)格元11520026系統(tǒng)太陽(yáng)電池單價(jià)元/Wp45含支架27系統(tǒng)太陽(yáng)電池費(fèi)用元34116128控制器價(jià)格元20000輸入12路每路20A， 輸出2路每路20A29逆變器價(jià)格元30其他元31合計(jì)元47636132三光伏電源充放電控制器：1控制器的功能：（1） 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。（2） 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(diǎn)時(shí)，控制器應(yīng)能自動(dòng)發(fā)出聲光告警信號(hào)。（3） 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(diǎn)自動(dòng)切斷負(fù)載。當(dāng)電壓升到安全運(yùn)行范圍時(shí)，負(fù)載將自動(dòng)重新接入或要求手動(dòng)重新接入。有時(shí)，采用低壓報(bào)警代替自動(dòng)切斷。（4）保護(hù)功能： 防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。 防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。 防止夜間蓄電池通過太陽(yáng)電池組件反向放電保護(hù)。 防止負(fù)載、太陽(yáng)電池組件或蓄電池極性反接的電路保護(hù)。 在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護(hù)。 （5）溫度補(bǔ)償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于時(shí)，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(bǔ)賞系數(shù)為 5mv/C/CELL 。2控制器的基本技術(shù)參數(shù)：（1） 太陽(yáng)電池輸入路數(shù)：112路（2） 最大充電電流：（3） 最大放電電流：（4） 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(tái)式、壁掛式、柜式（8）工作溫度范圍：15C 55 （9）環(huán)境濕度：903控制器的分類： 光伏充電控制器基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。（1 并聯(lián)型控制器： 當(dāng)蓄電池充滿時(shí)，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?yàn)檫@種方式消耗熱能，所以一般用于小型、低功率系統(tǒng)，例如電壓在伏、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(jī)械部件。（2 串聯(lián)型控制器： 利用機(jī)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(jí)。比較容易制造連續(xù)通電電流在安以上的串聯(lián)控制器。（3 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(shí)，脈沖的頻率和時(shí)間縮短。按照美國(guó)桑地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)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。（4 智能型控制器： 采用帶CPU的單片機(jī)（如 Intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列）對(duì)光伏電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)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(jìn)行切離/接通控制。對(duì)中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過單片機(jī)的RS232接口配合MODEM調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。（5 最大功率跟蹤型控制器：將太陽(yáng)電池的電壓U和電流I檢測(cè)后相乘得到功率P，然后判斷太陽(yáng)電池此時(shí)的輸出功率是否達(dá)到最大，若不在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，則調(diào)整脈寬，調(diào)制輸出占空比D，改變充電電流，再次進(jìn)行實(shí)時(shí)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(yáng)電池始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，以充分利用太陽(yáng)電池方陣的輸出能量。同時(shí)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控制器的基本電路和工作原理： 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(yáng)電池方陣的輸出端，當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿切離電壓”時(shí)，開關(guān)器件T1導(dǎo)通，同時(shí)二極管D1截止，則太陽(yáng)電池方陣的輸出電流直接通過T1短路泄放，不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，從而保證蓄電池不會(huì)出現(xiàn)過充電，起到“過充電保護(hù)”作用。D1為防“反充電二極管”，只有當(dāng)太陽(yáng)電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時(shí)，D1才能導(dǎo)通，反之D1截止，從而保證夜晚或陰雨天氣時(shí)不會(huì)出現(xiàn)蓄電池向太陽(yáng)電池方陣反向充電，起到“放反向充電保護(hù)”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(shí)，T2關(guān)斷，起到“輸出過載保護(hù)”和“輸出短路保護(hù)”作用。同時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓小于“過放電壓”時(shí)，T2也關(guān)斷，進(jìn)行“過放電保護(hù)”。D2為“防反接二極管”，當(dāng)蓄電池極性接反時(shí)，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(xiǎn)絲BX燒斷，起到“防蓄電池反接保護(hù)”作用。檢測(cè)控制電路隨時(shí)對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電壓大于“充滿切離電壓”時(shí)使T1導(dǎo)通進(jìn)行“過充電保護(hù)”； 當(dāng)電壓小于“過放電壓”時(shí)使T2關(guān)斷進(jìn)行“過放電保護(hù)”。 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(yáng)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(shí)，T1關(guān)斷，使太陽(yáng)電池不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，起到“過充電保護(hù)”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(cè)控制電路的組成和工作原理：檢測(cè)控制電路包括過壓檢測(cè)控制和欠壓檢測(cè)控制兩部分。檢測(cè)控制電路是由帶回差控制的運(yùn)算放大器組成。A1為過壓檢測(cè)控制電路，A1的同相輸入端由W1提供對(duì)應(yīng)“過壓切離”的基準(zhǔn)電壓，而反相輸入端接被測(cè)蓄電池，當(dāng)蓄電池電壓大于“過壓切離電壓”時(shí)，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(hù)作用。當(dāng)過壓保護(hù)后蓄電池電壓又下降至小于“過壓恢復(fù)電壓”時(shí)，A1的反相輸入電位小于同相輸入電位，則其輸出端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(cè)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(cè)控制電路相反），當(dāng)蓄電池電壓小于“欠壓門限電平”時(shí)，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(shí)現(xiàn)“欠壓保護(hù)”。欠壓保護(hù)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(shí)，開關(guān)器件T2重新導(dǎo)通，恢復(fù)對(duì)負(fù)載供電?！扒穳罕Ｗo(hù)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(shí)例： 功 能 及 特 點(diǎn): 太 陽(yáng) 能 電 源 自 動(dòng) 控 制 器 是 控 制 太 陽(yáng) 能 電 池 給 蓄 電 池 充 電、 蓄 電 池 給 負(fù) 載 供 電 的 盒 式 控 制 器。 它 采 用 雙 路 太 陽(yáng) 能 電 池 對(duì)蓄 電 池 充 電, 充 電 電 流 隨 蓄 電 池 的 充 滿 逐 路 斷 開, 而 隨 著 蓄 電 池 的 放 電 又 逐 路 接通 恢 復(fù) 充 電。 它 同 時(shí) 對(duì) 蓄 電 池 的 放 電 進(jìn) 行 切 斷 和 恢 復(fù) 使 用 的 控 制, 這 既 符 合 蓄 電 池 的 理 想 充 放 電 特 性, 又 提 高 了 太 陽(yáng) 能 電 池 的 利 用 率 和 充 電 效 率。 此 設(shè) 備 具 有 防 反 充 保 護(hù) ; 防 負(fù) 載 短 路 保 護(hù) ; 防 負(fù) 載、 太 陽(yáng) 電 池 組 件 或 蓄 電 池 極 性 反 接 保 護(hù) 和 防 雷 擊 保 護(hù)。 主要技術(shù)指標(biāo): 系統(tǒng)電壓： DC 12V太 陽(yáng) 能 電 池額 定 充 電 電 流 ：5 A 。蓄 電 池標(biāo) 稱 電 壓 ： 12 V 。蓄 電 池 充 滿 電 壓 ： 14.8 V； 充 滿 恢 復(fù) 電 壓 ： 13.5 V蓄 電 池 過 放 電 壓 ：10.8 V； 過 放 恢 復(fù) 電 壓 ： 13 V輸 出 電 壓 ： 10.8 - 14.8 V 額 定 輸 出 電 流 ： 5 . 控制器電路工作原理： 蓄電池充滿檢測(cè)及充滿恢復(fù)電路：A3和A4為控制板充滿檢測(cè)電路，當(dāng)蓄電池電壓高于14.8V時(shí)， 經(jīng)運(yùn)算放大器電平比較后使U2C8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(hào) M 和N; 經(jīng)T1T4驅(qū)動(dòng)電磁繼電器J1J2動(dòng)作，使繼電器J1J2的常閉接點(diǎn)Z1Z2斷開,切斷兩路太陽(yáng)電池方陣對(duì)蓄電池的充電回路; 直到蓄電池電壓低于26.126.3V時(shí)經(jīng)運(yùn)算放大器電平比較后使U2C8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(hào)m和n，接通兩路太陽(yáng)電池充電回路又重新恢復(fù)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。 蓄電池欠壓檢測(cè)及告警電路：U2B為控制板欠壓檢測(cè)電路，當(dāng)蓄電池電壓低于21.5時(shí)， U2B7輸出由低電平上跳至高電平,發(fā)出蓄電池欠壓信號(hào) L ，經(jīng)T5推動(dòng)后使LED3發(fā)光二極管點(diǎn)亮，發(fā)出欠壓告警信號(hào),同時(shí)繼電器J3的常閉接點(diǎn)Z3動(dòng)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(hào)L, LED3熄滅, 同時(shí)接通繼電器J3的常閉接點(diǎn)Z3 ,恢復(fù)負(fù)載放電回路的接通。 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(yáng)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。 將四副插頭、插座正確連接，順序?yàn)椋合冉有铍姵兀俳犹?yáng)電池，最后接負(fù)載。注意:必須按上述順序連接! 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(qǐng)檢查更換控制器側(cè)面的保險(xiǎn)(5A)。當(dāng)設(shè)備遭到雷擊時(shí)， 可打開盒蓋， 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。 如果出現(xiàn)充滿指示燈頻繁地點(diǎn)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(jī)。6普通型柜式充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例： JKCK-48V/50A型光伏電源控制器 功能和控制器主電路： JKCK-48V/50A型光伏電源控制器是用于太陽(yáng)能電源系統(tǒng)中，控制太陽(yáng)能電池給蓄電池充電以及蓄電池給負(fù)載供電的電子設(shè)備?？刂破髦麟娐穲D如下： 主要技術(shù)指標(biāo)： 太陽(yáng)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。 蓄電池：標(biāo)稱電壓 48V。 輸出： 48V/40A。 防反充：晚上或陰雨天氣時(shí)，阻斷蓄電池電流倒流向太陽(yáng)能電池。 充滿控制：當(dāng)蓄電池電壓上升到 56.4V(0.5V)時(shí)，進(jìn)行充滿控制，將太陽(yáng)能電池方陣逐路切離充電回路, 充滿恢復(fù)電壓為 52V(0.5V)。 欠壓指示及告警：當(dāng)蓄電池電壓下降到 44V(0.5V)時(shí)，進(jìn)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，否則蓄電池將過放電，從而影響蓄電池的壽命, 欠壓恢復(fù)電壓為 48V(0.5V)。 太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖： 工作原理： JKCK-48V/50型太陽(yáng)能電源控制器，接入6路太陽(yáng)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(shí)，進(jìn)行充滿控制，將太