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1、太阳能光伏发电系统的构成太阳能光伏发电系统是运用太阳能电池的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池(组)构成。太阳能电池板:太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分,其作用是将太阳能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。太阳能控制器:太阳能控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压,迅速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命;同步保护蓄电池,避免过充电和过放电现象的发生。如果顾客使用的是直流负载，通过太阳能控制器可觉得负载提供稳定的直流电(由于
2、天气的因素，太阳电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定)。逆变器:逆变器的作用就是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电,供应交流负载使用。蓄电池(组):蓄电池（组)的作用是将太阳能阵列发出的直流电直接储存起来，供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处在浮充放电状态,当天照量大时,除了供应负裁用电外,还对蓄电池充电；当天照量小时，这部分储存的能量将逐渐放出。太阳能光伏发电系统的分类 根据不同场合的需要，太阳能光伏发电系统一般分为独立供电的光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统三种。(1)独立供电的光伏发电系统独立供电的太阳能光伏发电系统如图26所示。整个独立
3、供电的光伏发电系统由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器构成。太阳能电池板作为系统中的核心部分,其作用是将太阳能直接转换为直流形式的电能，一般只在白天有太阳光照的状况下输出能量。根据负载的需要,系统一般选用铅酸蓄电池作为储能环节，当发电量不小于负载时，太阳能电池通过充电器对蓄电池充电;当发电量局限性时,太阳能电池和蓄电池同步对负载供电。控制器一般由充电电路、放电电路和最大功率点跟踪控制构成。逆变器的作用是将直流电转换为.与交流负载同相的交流电。图-6 独立运营的太阳能光伏发电系统构造框图（2)并网光伏发电系统图7并网光伏发电系统构造框图并网光伏发电系统如图2-7所示，光伏发电系统直接与电网连接
4、,其中逆变器起很重要的作用,规定具有与电网连接的功能。目前常用的并网光伏发电系统具有两种构造形式,其不同之处在于与否带有蓄电池作为储能环节。带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统，由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关，使得系统具有不间断电源的作用，这对于某些重要负荷甚至某些家庭顾客来说具有重要意义。此外，该系统还可以充当功率调节器的作用,稳定电网电压、抵消有害的高次谐波分量从而提高电能质量。不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统,在此系统中，并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能,当主电网断电时,系统自动
5、停止向电网供电。当有日照照射、光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时，多余的部分将送往电网;夜间当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时,电网自动向负载补充电能。(3）混合光伏发电系统 图2-8为混合型光伏发电系统，它区别于以上两个系统之处是增长了一台备用发电机组,当光伏阵列发电局限性或蓄电池储量局限性时,可以启动备用发电机组,它既可以直接给交流负载供电,又可以经整流器后给蓄电池充电，因此称为混合型光伏发电系统。图28 混合型光伏发电系统构造框图2.太阳能光伏发电系统的特点 (1)无枯竭危险；()绝对千净（无污染，除蓄电池外);(）不受资源分布地区的限制； (4)可在用电处就近发电;(5)能
6、源质量高;(6)获取能源耗费的时间短；()供电系统工作可靠； 局限性之处是： (1)照射的能量分布密度小；(2)获得的能源与四季、昼夜及阴晴等气象条件有关；太阳能光伏系统设计太阳能光伏系统总体设计原则太阳能光伏发电系统的设计分为软件设计和硬件设计，且软件设计先于硬件设计。软件设计重要涉及:负载用电量的计算，太阳能电池方阵辐射量的计算,太阳能电池、蓄电池用量的计算以及两者之间互相匹配的优化设计，太阳能电池方阵安装倾角的计算,系统运营状况的预测和系统经济效益的分析等。硬件设计重要涉及：负载的选型及必要的设计,太阳能电池和蓄电池的选型，太阳能电池支架的设计,逆变器的选型和设计,以及控制、测量系统的选
7、型和设计。对于大型太阳能光伏发电系统，尚有光伏电池方阵场的设计、防雷接地的设计。由于软件设计牵涉到复杂的太阳辐射量、安装倾角以及系统优化的设计计算，一般是由计算机来完毕的;在规定不太严格的状况下,也可以采用估算的措施。太阳能光伏发电系统设计的总原则是，在保证满足负载供电需要的前提下,拟定使用至少的太阳能电池组件功率和蓄电池容量，以尽量减少初始投资。系统设计者应当懂得,在光伏发电系统设计过程中做出的每个决定都会影响造价。由于不合适的选择,可容易地使系统的投资成倍地增长，并且未必就能满足使用规定。在决定要建立一种独立的太阳能光伏发电系统之后,可按下述环节进行设计：计算负载,拟定蓄电池容量，拟定太阳
8、能电池方阵容量,选择控制器和逆变器,考虑混合发电的问题等。在进行光伏系统的设计之前，需要理解并获取某些进行计算和选择必需的基本数据:光伏系统现场的地理位置,涉及地点、纬度、经度和海拔;该地区的气象资料，涉及逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量;年平均气温和最高、最低气温,最长持续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象状况等。太阳能光伏发电系统的容量设计容量设计的重要目的就是要计算出系统在全年内可以可靠工作所需的太阳电池组件和蓄电池的数量。同步要注意协调系统工作的最大可靠性和系统成本两者之间的关系，在满足系统工作的最大可靠性基本上尽量减少系统成本。蓄电池设计措施蓄电池的设计思想是保
9、证在太阳光照持续低于平均值的状况下负载仍能可以正常工作。在进行蓄电池设计时，我们需要引入一种不可缺少的参数：自给天数，即系统在没有任何外来能源的状况下负载仍能正常工作的天数。这个参数让系统设计者可以选择所需使用的蓄电池容量大小。一般来讲,自给天数的拟定与两个因素有关：负载对电源的规定限度；光伏系统安装地点的气象条件,即最大续阴雨天数。一般可以将光伏系统安装地点的最大续阴雨天数作为系统设计中使用的自给天数,但还要综合考虑负载对电源的规定。对于负载对电源规定不是很严格的光伏应用,我们在设计中一般取自给天数为3天。对于负载规定很严格的光伏系统,我们在设计中一般取自给天数为74天。所谓负载规定不严格的
10、系统一般是指顾客可以稍微调节一下负载规定从而适应恶劣天气带来的不便；而严格系统指的是用电负载比较重要，例如常用于通信、导航或者重要的健康设施,如医院、诊所等。此外还要考虑光伏系统的安装地点，如果在很偏远的地区，必须设计较大的蓄电池容量,由于维护人员要达到现场需要耗费很长时间。蓄电池的设计涉及电池容量设计计算和蓄电池组的串并联设计。一方面,给出计算蓄电池容量的基本措施。（)基本公式第一步,将每天负载需要的用电量乘以根据实际状况拟定的自给天数就可以得到初步的蓄电池容量。第二步，将第一步得到的蓄电池容量除以蓄电池的容许最大放电深度。由于不能让蓄电池在自给天数中完全放电,因此需要除以最大放电深度，得到
11、所需要的蓄电池容量。最大放电深度的选择需要参照光伏系统中选择使用的蓄电池的性能参数,可以从蓄电池供应商得到具体的有关该蓄电池最大放电深度的资料。一般状况下，如果使用的是深循环型蓄电池,推荐使用80的放电深度（DD);如果使用的是浅循环蓄电池,推荐选用伸用50%DOD。设计蓄电池容量的基本公式如下：下面简介拟定蓄电池串并联的措施。每个蓄电池均有它的标称电压。为了达到负载工作的标称电压，我们将蓄电池串联起来给负载供电,需要串联的蓄电池的个数等于负载的标称电压除以蓄电池的标称电压。（2)设计修正以上给出的只是蓄电池容量的基本估算措施，在实际状况中尚有诸多性能参数会对蓄电池容量和使用寿命产生很大的影响
12、。为了得到对的的蓄电池容量设计，上面的基本方程必须加以修正。对于蓄电池，蓄电池的容量不是一成不变的，蓄电池的容量与两个重要因素有关：蓄电池的放电率和环境温度。一方面,我们考虑放电率对蓄电池容量的影响。蓄电池的容量随着放电率的变化而变化，随着放电率的减少,放电电流变小,放电时间就越长，蓄电池的容量也会相应增长。这样就会对我们的容量设计产生影响。进行光伏系统设计时就要为所设计的系统选择在恰当的放电率下的蓄电池容量。一般，生产厂家提供的是蓄电池额定容量是l0h放电率下的蓄电池容量。但是在光伏系统中，由于蓄电池中存储的能量重要是为了自给天数中的负载需要，蓄电池放电率一般较慢,光伏供电系统中蓄电池典型的
13、放电率为1000h。在设计时我们要用到在蓄电池技术中常用的平均放电率的概念。光伏系统的平均放电率公式如下:上式中负载工作时间可以用下述措施估计:对于只有单个负载的光伏系统,负载的工作时间就是实际负载平均每天工作的小时数;对于有多种不同负载的光伏系统,负载的工作时间可以使用加权平均负载工作时间,加权平均负载工作时间的计算措施如下：根据上面两式就可以计算出光伏系统的实际平均放电率，根据蓄电池生产商提供的该型号电池在不同放电速率下的蓄电池容量，就可以对蓄电池的容量进行修正。温度对蓄电池容量的影响:蓄电池的容量会随着蓄电池的温度的变化而变化，当蓄电池温度下降时，蓄电池的容量会下降。一般，铅酸蓄电池的容
14、量是在25时标定的。随着温度的减少,时的容量大概下降到额定容量的90%，而在-20的时候大概下降到额定容量的80%,因此必须考虑蓄电池的环境温度对其容量的影响。如果光伏系统安装地点的气温很低,这就意味着按照额定容量设计的蓄电池容量在该地区的实际使用容量会减少,也就是无法满足系统负载的用电需求。在实际工作的状况下就会导致蓄电池的过放电，减少蓄电池的使用寿命，增长维护成本。这样，设计时需要的蓄电池容量就要比根据原则状况(25)下蓄电池参数计算出来的容量要大，只有选装相对于25时计算容量多的容量，才可以保证蓄电池在温度低于25的状况下,还能完全提供所需的能量。蓄电池生产商一般会提供有关的蓄电池温度一
15、容量修正曲线。在该曲线上可以查到相应温度的蓄电池容量修正系数,除以蓄电池容量修正系数就能对上述的蓄电池容量初步计算成果加以修正。由于低温的影响，在蓄电池容量设计上还必须要考虑的一种因素就是修正蓄电池的最大放电深度，以避免蓄电池在低温下凝固失效，导致蓄电池的永久损坏。铅酸蓄电池中的电解液在低温下也许会凝固,随着蓄电池的放电,蓄电池中不断生成水稀释电解液，导致蓄电池电解液的凝结点不断上升，直到纯水的。在寒冷的气候条件下,如果蓄电池放电过多,随着电解液凝结点的上升,电解液就也许凝结，从而损坏蓄电池。虽然系统中使用的是深循环工业用蓄电池，其最大的放电深度也不要超过80%。图3-给出了一般铅酸蓄电池的最
16、大放电深度和蓄电池温度的关系,系统设计时可以参照该图得到所需的调节因子。在设计时要使用光伏系统所在地区的最低平均温度,然后从图或者是由蓄电池生产商提供的最大放电深度一蓄电池温度关系图上找到该地区使用蓄电池的最大容许放电深度。一般,只是在温度低于-8时才考虑进行校正。图3-1 铅酸蓄电池最大放电深度-温度曲线(3)完整的蓄电池容量设计计算考虑到以上所有的计算修正因子,我们可以得到如下蓄电池容量的最后计算公式。a、最大容许放电深度浅循环蓄电池的最大容许放电深度为5%，深循环蓄电池的最大容许放电深度为。如在寒冷地区,要考虑低温防冻问题,对此进行修正。设计时可以合适地减小这个值,扩大蓄电池的容量，以延长蓄电池的使用寿命。b、温度修正系数当温度减少的时候
