太阳能电池培训手册(中)(DOC74)

1、PAGE 1PAGE 58 刘清华华1155059996992qqq.ccom113799852290114第一一部分 光伏系系统各部部件介绍绍前前言 独立光光伏系统统的构成成主要包包括：光光伏组件件（阵列列）、蓄蓄电池、逆变器器、控制制器。见见下图。下而我我们分别别加以讨讨论。太阳电池板控制器逆变器负载蓄电池图 光伏伏系统方方框图光光伏组件件（阵列列）一个光伏伏阵列包包含两个个或两个个以上的的光伏组组件，具具体需要要多少个个组件及及如何连连接组件件与所需需电压（电电流）及及各个组组件的参参数有关关。 光伏组组件是由由太阳能能电池片片群密封封而成，是是阵列的的最小可可换单元元。目前前大多数数太

2、阳能能电池片片是单晶晶或多晶晶硅电池池。这些些电池正正面用退退水玻璃璃背面用用软的东东西封装装。它就就是光伏伏系统中中把辐射射能转换换成电能能的部件件。 按照太太阳电池池的用途途，目的的、规模模、太阳阳能电池池的种类类等有各各种形状状的太阳阳能电池池组件，下下面就几几种典型型的例子子进行介介绍。用于电子子产品的的组件 为驱动动计算器器手表，收收音机、电视、充电器器等电子子产品，一般需1.5V至数十伏的电压。而单个太阳电池产生的电压小于1V，所以要驱动这些电子产品，必须使多个太阳电池元件串联连接才能达到要求电压。 下图示示出了民民用晶体体太阳组组件的结结构，是是把太阳阳电池元元件排列列好，串串联

3、连接接做成组组件。可可见，为为驱动电电子装置置，需要要一定的的高压，而而该组装装方法存存在问题题是成本本高，接接线点太太多；从从可靠性性的观点点来看接接线点太太多是不不利的。图 民用用晶体硅硅太阳电电池组件件的结构构 另一种种是非晶晶硅太阳阳电池。因为非非晶硅是是靠气体体反应形形成的，很很容易形形成薄膜膜，在一一块衬底底上便于于使多个个单元电电池串联联连接而而获得；较高的的电压输输出。（二）用用于电力力的组件件 电力用用的太阳阳电池一一般均安安装在调调用外，所所以除太太阳电池池本身以以外，还还必须采采用能经经受雨、风、砂砂尘和温温度变化化甚至冰冰雹袭击击等的框框架、支支撑板和和密封树树脂等进进

4、行完好好的保护护，现正正研究各各种电力力用的太太阳电池池组件的的结构。如图8.6中（a）所示示的是衬衬片式结结构，是是在太阳阳电池的的背后放放一块衬衬片作为为组件的的支撑板板，其上上用透明明树脂将将整个太太阳电池池封住。支撑板板采用纤纤维钢化化塑料（FRP）等。图各种结结构晶硅硅太阳电电池电力力用组件件的结构构 目前最最常用的的是上图图所示的的超光面面式结构构，在太太阳电池池的受光光面放一一块透明明基板作作组件的的支撑板板，其下下用填充充材料和和背面被被覆盖材材料将太太阳电池池密封。上面的的透明板板用玻璃璃，最好好采用透透明度和和耐冲击击强度均均好的钢钢化白玻玻璃。填填充材料料主要采采用在紫紫

5、外光照照射时透透过率衰衰减较小小的聚乙乙烯醇缩缩丁醛（PVB）和耐耐湿性良良好的乙乙烯乙酸酸乙烯（EVA）。反反面涂层层多采用用金属铝铝同聚氟氟乙烯（PVF）夹心心状结构构，使其其具有耐耐湿性和和高绝缘缘性。 此外，对对可靠性性要求特特别高的的应用，开开发了一一种新的的封装方方式，如如下图（c），即即在两块块玻璃板板之间用用树脂把把太阳电电池封入入。 随着非非晶硅太太阳电池池的发展展，也在在研究采采用同晶晶体硅太太阳电池池一样的的超光面面封装方方式，如如下图所所示，把把集成型型太阳电电池衬底底玻璃直直接用作作受光面面的保护护板，各各单元电电池的连连接也不用用导线，所所以能使使组件的的组装工工艺

6、变得得特别简简单。此此外，图图（b）所示示的组件件类型也也在研究究之中。今后如如更大面面积太阳阳电池的的研制取取得进展展的话，一一般估计计图（c）所示示的单块块衬底型型组件是是更适合合的，这这样可以以进一步步使组件件成本降降低。图 采用用非晶硅硅太阳电电池的各各种电力力用组件件的结构构 下 图分别别给出一一单晶硅硅太阳电电池组件件和非晶晶硅太阳阳电池组组件与温温度的关关系和与与光强的的关系。与单个个电池的的温度系系数不同同，这是是因为组组件中包包括了接接线部分分的因素素。图 太阳阳电池组组件数输输出特性性与温度度关系的的实例(单晶硅硅电池组组件的大大小：330.22cm*1211.7ccm非单

7、晶硅硅电池组组件的大大小：337.88cm*71.1cmm)图 太阳阳电池组组件输出出特性与与光强关关系的实实例(组件大大小同图图) 非晶硅硅太阳电电池组件件与单晶晶硅太阳阳组件相相比，其其输出对对温度的的关系较较小，转转换效率率随着光光强的减减小，在在直线范范围内比比单晶硅硅的小。（三）聚聚光式组组件 聚光式式太阳电电池发电电系统是是在聚焦焦的太阳阳光下工工作的，有有关这方方面的研研究工作作最近在在美国取取得了较较大的进进展。它它分为透透镜式和和反光镜镜式两种种。 （11）透镜镜式 聚光所所必须的的大面积积凸透镜镜采用透透镜，它它是把分分割的凸凸透镜曲曲面连接接在一起起。菲涅涅耳透镜镜的形状

8、状有圆型型和线型型之分。如图8.111（a）示出出了线型型菲涅耳耳透镜的的实例，太太阳光聚聚焦于配配置为点点状或线线状的太太阳电池池上。图8.111.两种聚聚光方式式 太阳电电池除了了采用单单晶硅太太阳电池池以外，常常采用转转换效率率较高的的砷化镓镓太阳电电池。在在圆型菲菲涅耳透透镜、聚聚光比为为500010000倍的点点聚焦情情况下，单晶硅太阳电池的转换效率达1517%而砷化镓太阳电池的达到1820%。（2）反反光镜式式 反光镜镜式又有有两种形形式，一一种是采采用抛物物面镜，太太阳电池池则放在在其焦点点上，另另一种是是底面放放置太阳阳电池，侧侧面配置置反光镜镜，如图图8.111（b）所示示的

9、槽形形抛物面面镜的形形式较为为常用。 此外还还有其它它方式,如图8.112（a）所示示为荧光光聚光板板型太阳阳电池，是是把所吸吸收的太太阳电池池光通过过荧光板板变为荧荧光，荧荧光在荧荧光板内内传播，最最后被聚聚集于放放置着太太阳电池池的端部部。 现在这这种荧光光聚光板板型太阳阳电池已已能做到到面积为为1m2的效率率为1%；面积积为16600ccm2的，效效率为2.55%。另外外在该方方式中，正正在研究究如图8.112（b）所示示的波长长为分割割型的荧荧光聚光光板型太太阳电池池，其关关键问题题是要降降低荧光光板的价价格，提提高发光光效率，以以及提高高可靠性性等。图8.112 荧光聚聚光板型型太阳

10、电电池 (四)混合型型组件 光热混混合型组组件是为为更有效效地利用用太阳能能，让太太阳光发发电又发发热的器器件。这这种混合合型组件件有聚光光型光热热混合型型组件和和聚热器器型光热热混合型型组件。 聚光型型光热混混合组件件如图8.113所示，聚聚光型太太阳电池池背面通通过导热热媒介物物进行聚聚热。新新能源综综合开发发机构（NEDDO）委托托研究做做系统能能得到5KW的电输输出，25KKW的热输输出。图8.113 聚光型型光热混混合型组组件 聚热型型光热混混合型组组件是将将太阳电电池连接接到聚热热板上而而发电的的。图8.114所示为为在真空空玻璃管管型聚热热板上形形成非晶晶硅太阳阳电池的的混合型型

11、组件。图8.114 采用非非晶硅太太阳电池池的光热热混合型型组件 非晶硅硅太阳电电池因为为在可见见光范围围吸收系系数很大大，而在在红外线线范围反反射系数数大，所所以也起起着良好好的选择择吸收膜膜的作用用，如图图8.115所示。图8.115 非晶硅硅太阳电电池作为为选择吸吸收膜的的特性 非晶硅硅太阳电电池被密密封真空空玻璃管管内，所所以不要要包封，太太阳能的的总转换换效率率达58%其中电电能转换换5%，热能能转换53%。这对对降低成成本很有有好处。 目前，上上海交通通大学，就就用物理理系，太太阳能研研究所采采用结晶晶硅太阳阳电池电电力用组组件的封封装方式式，整个个组件效效率达15%，达到到全国先

12、先进水平平。 有四个个因素决决定了光光伏组件件的输出出功率：负载电电阻、太太阳辐照照度，电电池温度度和光伏伏电池的的效率。对于给给定的组组件的输输出可由由其电流流电压（IV）曲线线来估算算。如图图8.116所示,在某一一温度（T）下太太阳的照照度也为为一定的的情况下下，通过过测定得得了的数数据绘出出了些图图，从图图8.115中可知知有开路路电压（VOC），短短路电流流（ISC），最最大功率率点m处的电电流（Imp）和电电压（Vmp）可得得组件的的功率Wm=ImppVmp。IVIsc ImpmVmpVoc图8.116 光伏组组件的I-V特性图图 对于一一个给定定的电池池面积，电电流与太太阳辐照照

13、度成正正比且几几乎与温温度无关关，而电电压（功功率）随随温度升升高而下下降。一一般来说说，晶体体硅电池池的电压压降为00.5%/C。由此此可以看看到组件件的温度度对其功功率的输输出影响响较大，所所以阵列列要安装装在通风风的地方方，以保保持凉爽爽；不能能在一个个屋顶或或同一个个支撑结结构上安安装过多多的组件件。 光伏阵阵列的任任何部分分不能被被遮荫，它它不像太太阳能集集热器，如如果遮住住了光伏伏组件必必须有相相同的电电流。如如果有几几个电池池被遮荫荫，则它它们便不不会产生生电流且且会成为为反向偏偏压，这这就意味味着被遮遮电池消消耗功率率发热，久久而久之之，形成成故障。但是有有些偶然然的遮挡挡是不

14、可可避免的的，所以以需要用用旁路二二极管来来起保护护作用。如果所所有的组组件是并并联的，就就不需要要旁路二二极管，即如果要求阵列输出电压为12V，而每个组件的输出恰为12V，则不需要对每个组件加旁路二极管，如果要求24V阵列（或者更高），那么必须有2个（或者更多的）组件串联，这时就需要加上旁路二极管，如图8.17所示,组件组件组件组件+-DC24V图8.117 带旁路路二极管管的串联联电池组件组件组件组件+-DC24V阻塞二极管图8.118 对于24V阵列阻阻塞二极极管的接接法阻塞二极极管是用用来控制制光伏系系统中电电流的。任何一一个独立立光伏系系统都必必须有防防止从蓄蓄电池流流向阵列列的反向

15、向电流的的方法或或有保护护或失效效的单元元的方法法。如果果控制器器没有这这项功能能的话，就就要用到到阻塞二二极管，如如图8.118阻塞二二极管既既可在每每一并联联支路，又又可在阵阵列与控控制器之之间的干干路上，但但是当多多条支路路并联接接成一个个大系统统，则应应在每条条支路上上用阻塞塞二极管管（如图图8.118）以防防止由于于支路故故障或遮遮蔽引起起的电流流由强电电流支路路流向弱弱电流支支路的现现象。在在小系统统中，在在干路上上用一个个阻塞二二极管就就够了，不不要两种种都用，因因为每个个二极管管会降压压0.440.7V是一个12V系统的6%，这也也是不小小的一个个比例。蓄电池 蓄电池池是用来来

16、将光伏伏阵列产产生的电电能（直直流）存存储起来来供后级级负载（逆逆变器和和交流负负载）使使用的部部件，在在独立光光伏系统统中，一一般都需需要控制制器来控控制其充充电状态态和放电电深度，以以保护蓄蓄电池延延长其使使用寿命命。深度循环环电池是是用较大大的电极极板制成成，可承承受标定定的充放放电次数数。循环环次数取取决于放放电深度度，放电电速度，充充电前的的时间，充充电速率率等等。浅循环环电池使使用较轻轻的电极极板。浅浅循环电电池不能能象深度度循环电电池那样样多次地地循环使使用。完完全放电电一两次次常常就就会损坏坏，因此此它们不不能在某某些光伏伏系统中中。有些些蓄电池池电解质质是胶体体，这种种胶体电

17、电解质电电池易于于维护，因因为它通通常是密密封的，当当电池翻翻转也不不会泄露露。大多多数密封封电池有有放气口口可放出出氢气，但但是却不不允许添添加电解解液，它它们可能能被 标定为为深度循循环电池池，但它它们通常常比工业业级湿性性蓄电池池的循环环次数要要少。有有电解液液的电池池可能是是密封的的，或者者有一个个小帽，这这样就可可以向其其中添加加蒸馏水水了。通通常当电电池容易易大于1000Ah时，电电池是开开放的，对对于湿性性蓄电池池应按时时添加电电解液（蒸蒸馏水）。 镍镉电电池在有有些国家家使用，它它们通常常比铅酸酸电池贵贵，但镍镍镉电池池寿命长长，维修修率低，耐耐用，可可承受极极热极冷冷的温度度

18、，而且且可以完完全放电电。由于于可以完完全放电电，在某某些系统统中控制制器就可可以省下下来不用用了。请请注意：如果要要为镍镉镉电池配配置控制制器，则则必须提提出要求求，由供供应商提提供，而而不能用用一般的的控制器器,因为一一般提供供的控制制器是为为铅酸电电池设计计的，其其所控的的充电程程度不同同于镉电电池。由由此可知知，控制制器并不不能通用用。 用在独独立光伏伏系统的的电池应应是深度度循环大大负载类类型的。由于极极板材料料铅较软软，所以以要加一一些如锑锑或钙之之类的元元素以加加强铅板板的硬度度，这样样可改善善电池的的性能。铅锑电池池可承受受深度放放电，但但因为水水耗散大大，需要要定期维维护。铅

19、铅-钙电池池可以有有几次深深度级放放电，它它们首期期投入成成本低，但但寿命却却低于铅铅酸电池池。 大大多数电电池有酸酸性或腐腐蚀性物物质，如如果操作作不当就就比较危危险甚至至危及生生命。对对于开放放式电池池在充电电时会产产生具有有爆炸性性的氢气气。这些些电池需需摆放在在通风良良好的地地方。系系统电器器元件不不能安装装在电池池附近，因因为其所所产生的的火花可可能会点点燃氢气气。同时时铅酸电电池的酸酸性气体体会腐蚀蚀和损坏坏电子元元件。可可用复合合剂或催催化剂的的电池盖盖以用氧氧将氢气气化合成成液态水水流回电电解液。这些盖盖子有35年寿命命，但还还要定期期检查和和清洗以以保证其其动行良良好。任任何

20、电池池对于人人类尤其其是儿童童，还有有动物都都是具有有危险性性的，所所以应有有经验的的人操作作，同时时，要保保持输出出端有盖盖子，因因为一个个典型的的光伏系系统在输输出端短短路时能能产生660000A的电电流，尽尽管这个个电流仅仅持续几几毫秒，但但是以将将工具弧弧焊在输输出端上上，而且且电压越越高，危危害越大大。当电电压高于于24V时电击击可以引引起生命命危险；在12V电压下下，如果果电池偶偶然短路路，大电电流能引引起火灾灾。所以以在电池池周围工工作时应应使用防防护工具具如手套套，胶鞋鞋，护目目镜。电电池一般般很重，所所以在搬搬动时须须注意，不不要闪了了腰。 下面介介绍一下下蓄电池池的特性性，

21、了解解这些特特性可以以使我们们更好地地使用它它们。放电深度度，它以以电池容容量的百百分数表表示，标标定容量量可以从从电池外外壳上或或说明书书上获得得。电池池所能承承受的放放电容量量与其结结构有关关。绝大大多数普普通电池池有电活活性的铅铅合金板板，浸没没于稀的的电解液液中，板板可分为为普兰特特式（纯纯铅），涂涂浆极板板式和管管式。电电极可用用不同的的厚度，不不同的合合金（如如铅钙，铅铅锑合金金）以用用于不同同类型的的电池。一般来来说，电电极板越越大则蓄蓄电池所所能承受受的充放放电程度度等的性性能就越越好。电电池工作作有浅循循环和深深循环之之分。浅浅循环电电池较轻轻，较便便宜，但但是如果果经常过过

22、规定的的放电的的深度则则寿命会会大大降降低。许许多密封封式电池池（即所所谓的免免维护电电池）就就是浅循循环电池池，一般般的浅循循环电池池的放电电量不应应超过电电池容量量的25%。深度循循环电池池中独立立光伏系系统中经经常使用用的电池池，其极极板厚度度大，可可承受的的放电量量为其容容量的80%，绝大多多数此类类电池是是湿性电电池，其其极板是是由电解解液浸泡泡的。电电解液的的液面需需要经常常检查，并并定期加加入蒸馏馏水以保保证电极极是被淹淹没的。 对于镍镍镉电池池，我们们前面已已经提到到过了。我们知知道虽然然其价格格昂贵但但能在恶恶劣的环环境下工作作，且可可完全放放电而不不会损坏坏，电解解液不会会

23、冻住，也也可以省省去系统统中的控控制器这这一部分分。、温度校正正：电池池对温度度较为敏敏感，一一个温度度较低的的电池比比一个温温度较高高的电池池提供的的电能要要少。如如图8.119所示，一一个处于于25的电池池如果以以C/220的放电电流进行行放电（C为电池池标定容容量）则则可以提提供1000%的能量量（电池池的标定定能量）。而在-20时凡例C/220速率放放电只能能提供75%的能量量，如果果放电速速率升高高到如图图所示的的C/5，则其其只能输输出50%的能量量。从图图中还可可看到在在同一温温度下，放放电速率率升高则则输出能能量降低低。尽管管如图所所示,温度高高就可以以得到甚甚至高于于额定容容

24、量的能能量，但但是发热热温度会会减少电电池的寿寿命，所所以还是是应该避避免的，应应使蓄电电池的工工作温度度处于室室温附近近。图8.119 铅酸电电池容量量与温度度的关系系图 三、电电池额定定容量：即电池池在某一一特定温温度和放放电速率率下所能能产生的的最大能能量。当当电池用用于光伏伏系统中中，您不不可能反反复用到到额定容容量，然然而额定定容量设设置了一一个基线线用以比比较电池池的性能能。须注注意的是是，如果果比较不不同电池池的额定定容量时时，须在在同一温温度下使使用相同同的放电电速度。 四、充充电状态态（SOC）：为为某一时时刻电池池所剩容容量的百百分数。它等于于用1减去放放电深度度的百分分数

25、。 五、电电池寿命命：电池池寿命由由许多因因素决定定如放电电速率，放放电深度度，循环环次数和和工作温温度等，所所以电池池寿命很很难预测测。对于于光伏系系统来说说很少有有铅酸电电池的寿寿命超过过15年的，一一般是55100年。镍镉镉电池在在相同的的条件下下可工作作更长时时间，在在最优化化条件下下，可稳稳定地工工作15年以上上。 最后我我们再讲讲点电池池的维护护和在寒寒冷的环环境中使使用的一一些问题题。在较较冷的环环境中，铅铅酸电池池的电解解液可能能会冻住住。结冰冰温度是是电池充充电状态态的函数数。当电池池完全放放电时，在在零下几几度电解解液就冻冻住了，而而当电池池充满电电时（此此时重量量大约为为

26、标称重重量的1.224倍）电解液液能耐住住零下550的低温温。在寒寒冷的天天气中，通通常是将将电池置置于电池池盒中，并并将电池池盒埋入入地下以以保持恒恒定的温温度。镍镍镉电池池在寒冷冷的天气气中不会会损坏。我们知知道任何何电池均均需要定定期维护护，即使使是密封封的“免维护”的电池池我们也也应定期期检查其其接头是是否牢固固，清洁洁和无损损伤。对对于电解解液电池池电解液液应始终终保持守守全浸没没极板的的状态，同同时电压压和标定定重量也也需要合合乎要求求。逆变器 逆变器器是一种种功率调调查装置置，对于于使用交交流负载载的独立立光伏系系统来说说，逆变变器是必必要的。逆变器器的选择择的一个个重要因因素就

27、是是您所设设定的直直流电压压的大小小。逆变变器的输输出可分分为直流流输出和和交流输输出两类类。对于于直流输输出我们们称之为为变换器器，是直直流电压压到直流流电压的的转换，这这样可以以提供不不同的电电压的直直流负载载工作所所需的电电压。对对交流输输出，我我们需要要考虑的的除了输输出功率率和电压压外，还还应考虑虑其波形形和频率率。在输输入端须须注意逆逆变器所所要求的的直流电电压和所所能承受受的浪涌涌能力的的电压的的变化。 逆变器器的选择择会影响响到光伏伏系统的的性能可可靠性和和成本。通常除除了阵列列和蓄电电池，逆逆变器是是最贵的的了。所所以下面面介绍一一下逆变变器有关关特性。 总的说说来其特特性参

28、数数有：输输出波形形，功率率转换效效率，标标称功率率，输入入电压，电电压调整整，电压压保护，频频率，调调制性功功率因子子，无功功电流，大大小及重重量，音音频和RF噪音，表表头和开开关，有有些逆变变器还具具有电池池充电遥遥控操作作，负载载转换开开关，并并联运行行的功能能。 独立逆逆变器一一般在直直流12V，24V，48V或1200V电压输输入时可可产生1200V或2400V频率为50HHz或60HHz的交流流电。选选择逆变变器输入入电压非非常重要要，这在在后面的的设计中中介绍。 输输出波形形是一个个重要参参数，逆逆变器通通常根据据其输出出波形来来分类：1）方波2）类正正弦波3）正弦弦波。方方形波

29、逆逆变器相相对较便便宜，效效率可达达90%以上，高高谐波，小小的输出出电压调调整，它它们的适适用于阻阻抗型负负载和白白炽灯。类正弦弦波逆变变器在输输出可用用脉宽提提高电压压调整，效效率可90%，它们们可用来来带动灯灯，电子子设备和和大多数数电机等等各种负负载。然然而它们们在带动动电机时时由于谐谐波能量量损失而而比正弦弦波逆变变器带动动效率低低。正弦弦波逆变变器产生生的交流流波形与与大我数数电子设设备产生生的波形形一样好好。它们们可以驱驱动任何何交流负负载（在在功率范范围内）。通常，逆逆变器的的规格可可在计算算值的基基础上增增加25%，这一一裕度可可以增加加该部件件工作的的可靠性性，也可可以满足

30、足负载的的适量增增加。对对于小负负载需求求，所有有逆变器器的效率率都是比比较低的的；当负负载需求求超过标标称负载载的50%以上，逆逆变器的的效率即即可达标标称效率率（大约约90%左右）。 下面是是对有些些参数的的说明：（1）功率率转换效效率：其其值等于于逆变器器输出功功率除以以输入功功率，逆逆变器的的效率会会因负载载的不同同而有很很大变化化。（2）输入入电压：由交（直直）流负负载所需需的功率率和电压压决定。一般负负载越大大，所需需的逆变变器的输输入电压压就越高高。（3）抗浪浪涌能力力：大多多数逆变变器可超超过它的的额定功功率有限限的时间间（几秒秒钟），有有些变压压器和交交流电机机需要比比正常工

31、工作高几几倍的起起动电流流（一般般也仅持持续几秒秒钟）对对这些特特殊负载载的浪涌涌要求应应测量出出来。（4）静静态电流流：这是是在逆变变器不带带负载（无无功耗）时时，其本本身所用用的电流流（功率率），这这个参数数对于长长期带小小负载的的情况下下是很重重要的，当当负载不不大时，逆逆变器的的效率是是极低的的。（5）电压压调整：这意味味着输出出电压的的多样性性。较多多的系统统在一个个大的负负载范围围内，均均方根输输出电压压接近常常数。（6）电压压保护：逆变器器在直流流电压过过高时就就会损坏坏。而逆逆变器的的前级蓄电池池在过充充电时逆逆变器的的直流输输入电压压就会超超过标称称值，如如，一个个12V的蓄

32、电电池在过过充电以以后可能能会达到到16V或者更更高，这这时就有有可能破破坏后级级所连的的逆变器器。所以以作控制制器来控控制蓄电电池的充充电状态态是十分分必要的的。在无无控制器器时逆变变器须有有检查测测试保护护电路，当当电池电电压高于于设定值值时，保保护电路路会将逆逆变器断断开。（7）频率率：我国国的交流流负载是是在50HHz的频率率下进行行工作的的。而高高质量的的设备需需要精确确的频率率调整，因因为频率率偏差会会引起表表和电子子计时器器性能的的下降。（8）调制制性：在在有些系系统中用用多个逆逆变器非非常有利利，这些些逆变器器可并联联起来带带动不同同的负载载。有时时为了防防止出现现故障，用用手

33、动负负载开关关使一个个逆变器器可满足足电路的的特定负负载要求求。增加加此开关关提高了了系统的的可靠性性。（9）功率率因子：逆变器器产生的的电流与与电压间间的相位位差的余余弦值即即为功率率因子，对对于阻抗抗型负载载，功率率因子为为1，但对对感抗型型负载（户户用系统统中常用用负载）功功率因子子会下降降，有时时可能低低于0.5。功率因因子由负负载确定定而不是是由逆变变器确定定。 下面介介绍几种种典型的的、常用用的逆变变器的原原理图及及原理介介绍。按按振荡方方式可分分为他激激式和自自激式两两大类。他激式逆逆变器 他激逆逆变器电电路工作作框图如如下：直流源振荡源信号放大输出变压器图8.220 他激式式逆

34、变器器电路框框图图8.221他激式式逆变器器电路原原理图 如图8.221所示,我们可可以用NE5555集成电电路作为为振荡源源，NE5555提供稳稳定的方方波，经经晶体管管T1、T2放大后后经变压压器输出出，以驱驱动负载载，T3管可改改善启动动特性和和提高效效率。他他激式电电路的优优点是频频率稳定定，抗干干扰能力力强；缺缺点是逆逆变器效效率不高高，工作作点调整整困难。自激式逆逆变器自激工逆逆变器电电路工作作框图如如下：直流源逆变放大输出变压器正反馈图8.222 自激工工逆变器器电路工工作框图图图8.223 自激式式逆变器器电路原原理图 自激式式逆变器器电路如如图8.223所示，图图中左半半部分

35、是是蓄电池池过充、放电保保护电路路，右半半部是最最简单的的单管自自激式逆逆变器电电路。L1、L2是输出出变压器器，L3是反馈馈线圈。电源接接通时，面面过R1使T1导通，使使I1增加，则则I1I3I1，正反反馈使T1进入饱饱和。电电容C1电位不不断降低低。当I1达到饱饱和值时时，电感感电流I30，T1管的Vbe被钳位位到某一一负电位位，晶体体管T1迅速截截止，I10电源又又通过R1给C1充电，当当电容端端电压达达到一定定值时T1管重新新导通，这这样T1管周期期性地从从饱和区区进入截截止区，在在线圈L2上产生生了交流流电输出出。单相逆变变器 如图8.224所示，在在50或60HHz频率下下同步交交

36、替地接接通T1/T4或T2/T3，因负负载可能能为电抗抗性的，负负载电流流和电压压也可能能反相，所所以电路路中必须须要有二二极管。当V0为正时时（T1，T4导通），i0可能为负（电流通过与T1和T4平行的两个二极管）。图8.224 单向逆逆变器虽然1880脉冲冲波形比比较容易易得到，但但它却包包括大量量的三次次谐波和和五次谐谐波。1200脉冲波波形包括括含较少少的谐波波，特别别是它不不含三次次谐波。脉冲宽宽度调制制技术进进一步减减少低次次谐波。如图8.255所示。T1 T4T2 T3T1 T4T1 T4T2 T3T1 T4T1 T3T2 T4TTTV01800脉冲1200脉冲脉冲宽度调制图8.

37、225 输出波波形如果用上上晶体管管的第三三条腿和和二极管管，这个个电路还还能产生生三相交交流电。这种单单相逆变变器是商商业上不不间断电电源（UPS）的基基础，它它能作为为计算机机等电器器设备提提供应急急的交流流电。控制器在大多数数光伏系系统中都都用到了了控制器器以保护护蓄电池池免于过过充或过过放。过过充可能能使电池池中的电电解液汽汽化，造造成故障障，而电电池过放放会引起起电池过过早失效效。过充充过放均均有可能能损害负负载。所所以控制制器是您您光伏系系统中重重要的部部件，如如果它不不能正常常工作，那那么造成成的后果果就是您您可能一一下损失失几万元元。控制制器效率率为用1减去控控制器在在系统中中

38、引起损损耗的百百分数。 控制器器的功能能是依靠靠电池的的充电状状态（SOC）来控控制系统统。当电电池快要要充满时时控制器器就会断断开部分分或全部部的阵列列电流；当电池池放电低低于预设设水平时时，全部部或部分分负载就就会被断断开（此此时控制制器包含含有低压压断路功功能）。大多数数控制器器测量电电池电压压以估计计充电状状态，然然而这并并不准确确，如图图8.226可知，在在接近过过充时电电压变化化不大。SOCV(v)151250100% 10%图8.226 典型的的电池充充电状态态曲线 电池的的温度，使使用年限限、类型型和充/放电速速率也影影响这个个曲线。测量电电池温度度可提高高SOC状态的的估计，

39、许许多控制制器就带带有测温温探头。如果电电池与环环境温度度相差+5C时，就就应该使使用带温温度补偿偿的控制制器。 控制器器有两个个动作设设定点，使使控制器器动作以以保护电电池。每每个控制制点有一一个动作作补偿设设置点。如，一一个12V的电池池，控制制器的阵阵列断路路电压通通常设定定在14V，这样样当电池池电压达达到这个个值时，控控制器就就会把阵阵列断开开，一般般此时电电池电压压会迅速速降到13V；控制制器的阵阵列再接接通电压压通常设设在12.8V，这样样当电池池电压降降到12.8V时，控控制器动动作，把把阵列接接到电池池上继续续对电池池充电。同样地地，当电电压达到到11.5V时，负负载被断断开

40、，直直到电压压达到12.4V以后才才能再接接通。有有些控制制器的这这些接通通/断电压压在一定定范围内内是可调调的，这这一性能能非常有有用，可可监控电电池的使使用。 在使用用时控制制器电压压必须与与系统的的标称电电压相一一致，且且必须能能控制光光伏阵列列产生的的最大电电流，用用1.225V乘以阵阵列的短短路电流流ISC，这这样的控控制器可可承受由由于云聚聚焦而产产生的短短暂的大大电流。（根据据独立立光伏系系统和国国家电气气标准提提供的这这个因子子较为保保守为1.556）这个个最大电电流和系系统电压压是购买买控制器器所必要要考虑的的两个参参数，而而控制器器的其它它特性参参数有：效率,温度补补偿，反

41、反向电流流保护，显显示表或或状态灯灯，可调调设置点点（高压压断路，高高压接通通，低压压断路，低低压按通通），低低压报警警，最大大功率跟跟踪等。其中，反反向电流流保护是是防止电电流在夜夜间由电电池倒流流回光伏伏阵列。大多数数控制器器用阻塞塞二极管管来阻止止这个电电流，如如图8.118。大部部分小的的控制器器包括有有低压断断路（LVD）功能能可以切切断负载载。用促促发灯，蜂蜂鸣器可可以警示示用户采采取措施施或者打打开另一一电力供供应装置置。 我们知知道，随随着所需需电流的的增加，控控制器的的成本迅迅速增加加。对于于用在12V（24V）电流流达到330A的的系统中中的控制制器价格格还可以以接受，而而

42、当所需需电流达达到1000A时时控制器器的价格格就要贵贵5倍左右右。开关关1000A以上上电流的的控制器器就需要要定做了了。为此此，一种种用以控控制超过过1000A的方方法是把把控制器器并联起起来，用用5个20AA的控制制器，比比用一个个1000A的控控制器要要便宜得得多。只只是阵列列必须分分开与各各个控制制器连接接，每一一个控制制器分别别接线，在在接电池池前再合合并。各各个控制制器的促促动水平平会有所所差异，但但影响不不大。所所有的阵阵列电流流都用来来给电池池充电直直到达到到了最低低的促动动电压，这这时一个个控制器器将会把把相应的的阵列切切断，而而其它的的控制器器仍继续续允许电电流流过过，直

43、到到电压达达到了它它们各自自的值。 在光伏伏系统中中有两种种基本的的控制器器类型：一是分分路控制制器，用用以更改改或分路路电池充充电电流流。这些些控制器器带有一一个大的的散热器器以散发发由多余余电流产产生的热热量。大大多数的的分路控控制器是是为300A以下下电流的的系统设设计的。另一类类是串联联控制器器，通过过断开光光伏阵列列来断开开充电电电流。分分路控制制器和串串联控制制器也可可分许多多类，但但总的说说来这两两类控制制器都可可设计成成单阶段段或多阶阶段工作作方式。单阶段段控制器器是在电电压达到到最高水水平时才才断开阵阵列；而而多阶段段控制器器在电池池接近满满充电时时允许以以不同的的电流充充电

44、，这这是一种种有效的的充电方方法。当当电池接接近满充充电状态态时，其其内阻增增加，用用小电流流充电，这这样减少少了能量量损失。第三部分分 独立光光伏电站站（集中中供电）及及用户光光伏系统统（分散散供电）的设设计，安安装及维维修。 独立光光伏电站站是独立立光伏系系统中规规模较大大的应用用。它的的主要特特点就是是集中供供电，如如在一个个十几户户的村庄庄就可建建立光伏伏电站来来利用太太阳能，当当然这是是在该村村庄地理理位置较较偏远，无无法直接接利用电电力公司司电能的的情况下下，所能能用到的的方法。用这种种方式供供电便于于统一管管理和维维护。而而户用系系统是采采用分散散供电的的方式提提供电能能，如果果

45、要在该该村庄安安装户用用光伏系系统，这这样每一一户都得得需这么么一套光光伏系统统，它比比起独立立光伏电电站来，所所需的元元器件规规格要小小，控制制器、逆逆变器和和蓄电池池及负载载都比较较小，但但是独立立光伏电电站和户户用光伏伏系统基基本结构构是完全全一致的的，我们们将它们们统称为为独立光光伏系统统，下面面我们就就介绍这这种独立立光伏系系统的设设计，安安装和维维修。独立光伏伏系统的的设计 如图8.227，所示示，系统统设计工工作从收收集太阳阳能数据据和计算算负载大大小开始始，然后后确定系系统各部部分规格格，（蓄蓄电池、控制器器、逆变变器），然然后选择择适当的的导线进进行安装装，这才才是整个个的设

46、计计过程，当当然一个个完整的的系统设设计还应应包括操操作和维维修的计计划。操作和维修 计划系统设计系统规格负载计算太阳能数据图8.227 系统设设计框图图 在系统统设计正正式开始始之前，设设计者应应尽量做做到：（1）设计计尽量简简单化，这这样可以以提高系系统的可可靠性。（2）了解解系统的的效率，适适当设计计系统效效率，若若不合实实际地把把效率定定在99%以上，其其成本是是昂贵的的。（3）在估估算负载载时要考考虑周到到，并要要有一定定的裕度度。（4）反复复计算核核查当地地的天气气资源，获获得该地地区的太太阳辐射射能资源源，对太太阳辐射射的错误误估计将将会大大大影响系系统的作作用。（5）在设设计系

47、统统前了解解安装地地点，去去当地考考察一下下，这样样对设备备安置走走线，保保护和地地带特性性都有所所了解。此外还还要做到到：仔细细安装系系统，安安全第一一，定期期维修。 系统设设计者知知道在设设计光伏伏系统中中，每一一个决定定都将影影响到它它的成本本。如果果由于不不现实的的要求而而使系统统过大，将将使系统统首期成成本有不不必要的的增长。若使用用不耐用用的部分分，则维维修和替替换成本本将增加加。如果果在系统统设计过过程中选选择不正正确则很很容易使使整个系系统寿命命周期成成本翻一一番。在在设计您您的光伏伏系统时时要符合合实际、灵活的的原则。 对太阳阳辐照前前面已经经讲过这这里就不不再重复复了。 任

48、何一一个光伏伏系统设设计者的的第一项项工作是是确定系系统的负负载。这这些负载载估算是是设计及及独立光光伏系统统成本的的重要因因素之一一。一个个电器所所需的功功率可以以测量出出来或由由制造商商提供。然后把把电器每每日，每每周，每每月所用用的时间间估算出出来。对对户用系系统（和和其它许许多系统统）负载载所用的的时间是是可以控控制的。实际上上，每个个电器所所估算使使用时间间须再加加裕量（如10%等），不过这将增加光伏系统的规格和成本。对于经常使用的物品的替代（或考虑大的或可变负载决定他们是否可省去由其它来源的能量供电），如用荧光灯替代白炽灯，它们在提供同样的光强时荧光灯与白炽灯相比耗电很少。由于使用

49、了逆变器，增加了系统复杂性，在直流变交流过程中产生1015%的损失，这样在估算负载时需考虑这一项。如果使用直流负载如直流节能灯等，就可以避免直流变交流的这部分损失，直流灯和电器通常较贵，但效率高，使用寿命长，而交流电器种类繁多，但效率通常较低。 对独立立光做系系统的工工作电压压的选择择决定于于负载所所需的电电压和总总的电流流。 如果系系统电压压设置成成为与最最大负载载电压相相等，则则这些负负载可直直接到系系统的输输出端。然而，对对于限制制电流为为1000A的系系统的任任何部分分，在任任何电源源电路中中电流应应在200A以下下，使电电流低于于推荐值值就可使使用标准准的、普普通的电电气设备备和导线

50、线。当负负载需要要交流电电源时，直直流系统统电压应应根据逆逆变器的的特性而而定。 一些基基本的规规则有：（1）直直流负载载电压通通常是12V或12V的倍数数，如24V、36V，48V等，对对直流系系统，系系统电压压应为最最大负载载所需的的电压。大多数数直流光光伏系统统在12V下小于1千瓦。此时最最大电流流应为10000/112=883。3A。、（2）如如果负载载需不同同的直流流电压，选选择具有有最大电电流的电电压作为为系统电电压，对对于负载载所需电电压与系系统电压压不一致致时可用用直流直流转转换器来来提供所所需的电电压。（3）独独立光伏伏系统的的绝大多多数交流流负载在在1200V下工作作。研究

51、究逆变器器的有关关说明，会会得到关关于总的的或瞬时时所需交交流功率率的说明明。选择择一个能能满足负负载和保保持直流流电流小小于1000A的的逆变器器。在忽忽略功率率因子和和损耗的的情况下下，下列列等式成成立： 交流功功率=（交流流电压）（交流电流） 直流功功率=（直流流电压）（直流电流） 例如：如果交交流负载载是24000瓦，交交流电压压是1200V，则交交流电流流需200A。（不不包括逆逆变器损损耗）直直流功率率也为24000瓦，如如果是12V逆变器器则应为为2000A，这这是不可可行的。用24V或48V逆变器器使电流流输入为为1000A或50AA。切记记，当电电流值升升高时，导导线和开开关

52、的成成本亦会会升高。 选择逆逆变器是是相当重重要的，它它影响系系统的特特性和成成本。通通常，效效率和功功率调整整能力在在较高直直流电压压下更好好，如一一个48V的系统统通常比比一个12V的系统统更有效效。在确确定系统统电压时时，应从从各方面面收集关关于逆变变器，可可用性，成成本和容容量信息息等。 另一个个需要考考虑的因因素是当当电压增增加时，在在阵列和和存储子子系统中中基本结结构单元元也变大大了。例例如，一一个48V系统有4块光伏伏组件串串联而形形成了基基本的结结构单元元。给系系统增加加一点电电流意味味着要买买4块附加加的光伏伏组件。然而高高的电压压具有只只需小的的电流就就可以达达到同样样功率

53、的的优点。因为大大的电流流意味着着大的导导线尺寸寸，昂贵贵和较难难找到保保险、开开关和接接触器等等。成本本，元件件效率和和开关对对于一个个好的系系统设计计是至关关重要的的。独立光伏伏系统的的安装 在主要要部件都都已选择择好，那那就应该该把各个个部件连连起来成成为一个个工作系系统。选选择正确确的导线线，连接接器和保保护元件件（如开开关，保保险等）是是非常重重要的，它它们可以以保证一一个系统统工作20年以上上。用合合适的工工具工作作以维持持长久连连接，记记住，整整个系统统的性能能及可靠靠性依赖赖于每一一个连接接。 如果能能正确地地使用、良好地地设计和和认真地地安装，那那么独立立光伏系系统将会会成为

54、20年以上上的可靠靠的能量量来源。 阵列的的安装：独立光光伏系统统的阵列列的安装装有许多多独特和和创新的的方法。但在安安装中总总有一些些共同的的问题，如如阵列是是固定式式的还是是跟踪式式的？是是安装在在地上，杆杆上或是是建筑物物上？在在阵列小小系统中中必须安安装一个个开关或或断路器器，这样样在维修修阵列时时能断开开阵列。阵列回回路中的的保险和和电缆应应可承受受最大电电流，即即由短期期“云聚焦”形成的的在10000W/m2照度下下短路电电流的1.5倍。为了了使光伏伏阵列安安装的牢牢固，并并且可长长年承受受各种天天气的考考验。无无论是买买还是自自己安装装框架都都要保证证它的稳稳定和组组件的牢牢靠。

55、如如果阵列列是跟踪踪式的，建建议使用用单轴跟跟踪系统统，它只只需要很很少的控控制和能能量。跟跟踪系统统可使阵阵列准确确地跟踪踪太阳。在有大大风的地地区，应应该使用用电力驱驱动的跟跟踪。如如果需要要在屋顶顶安装，那那么要保保证阵列列下面允允许新鲜鲜的空气气通过，如如果阵列列离开屋屋顶至少少3英寸时时，阵列列上组件件的温度度就不会会升高。 蓄电池池的安装装。电池池是必须须保护的的部件。如果会会出现结结冰温度度，那么么电池必必须安装装在水密密性的盒盒子内并并埋于地地下霜冻冻线以下下或者是是将电池池置于能能保持温温度高于于0度的建建筑物中中。如果果要埋电电池，应应选择一一个排水水性良好好的地点点，且为

56、为电池挖挖一个排排水孔。电池不不应直接接放在水水泥面上上，因为为这样会会增加自自放电，这这种情况况在表面面潮湿的的水泥面面上更为为严重。如果用用开放式式电池则则必须提提供放气气，以免免引起爆爆炸。任任何电池池均应放放在那些些非专业业人员接接触不到到的地方方，尤其其是不要要让小孩孩靠近电电池。 控制器器和逆变变器通常常会与开开关、保保险等安安装在控控制中心心内。控控制器必必须安装装在接线线盒中，且且能把其其他元件件如二极极管等固固定在其其上。过过热会缩缩短电池池寿命，故接线盒应安置在荫凉通风的地方。控制器不要与电池安装在一起，因为电池产生的腐蚀气体可能引起电子元件失效。逆变器应安装在可控制环境中

57、，因为过高的温度和大量的灰尘会减少逆变器的寿命且可能引起故障。逆变器也不应同电池安装在同一盒内，因为腐蚀性气体破坏电子元件而逆变器开关动作时产生的火花可能会引起爆炸。但是为了减少导线的阻抗损失，逆变器应安装在尽可能靠近电池的地方。在逆变为交流电时，因为交流电压通常比直流电压高，所以逆变器的输出端的导线尺寸可以缩小一些。逆变器的输入输出回路应有保险或断路器。这些保险器件应安装在醒目的位置上，且其上标注清晰。在大多数地区建议在逆变器的输入端使用浪涌保护器以防止闪电引起的冲击电流。用像促动器这类部件可把浪涌电流旁路入地，这样，闪电可能会损坏促动器，却保护了昂贵的逆变器。 最后还还要强调调的一点点是在

58、安安装时不不要忽视视接地的的工作它它是关系系到人和和设备的的安全问问题，应应认真对对待。维修 预防性性维修是是最好的的维修，所所以应该该定期对对独立光光伏系统统定期检检查。这这样，可可以在小小问题变变成大问问题之前前就发现现并处理理之。即即使系统统是刚安安装不久久,感觉系系统工作作正常也也应该开开始检修修了。大大部分的的检查用用电压表表，电流流表和某某些常识识就能进进行。定定期检查查可使系系统故障障前其隐隐患就能能得以清清除，应应该作以以下检查查：（1）检检查系统统中所有有连接的的紧密度度、牢固固性。电电池的连连接应清清洁，用用抗腐蚀蚀剂密封封。（2）检检查电解解液水平平，如果果需要就就加入纯

59、纯净（蒸蒸馏）水水，但不不要加得得太满。应每年年检测一一次每个电电池的标标称比重重。标称称比重是是电池充充电状态态（SOC）的反反映，但但如果电电解液分分层了，测测量就有有会误差差。应检检查电池池中不同同层的标标称重量量确定电电解液是是否分层层。如果果电解液液分层了了，就要要对电池池充分充充电以混混合电解解液。如如果电解解液的标标称比重重比别的的电池差差0.005，就意意味着这这个电池池不行了了。需要要进一步步监测这这个电池池的性能能看是否否需要更更换。（3）在在有负载载的情况况下，检检查每一一个电池池电压，把把这些电电压与所所有电池池电压的的平均值值相对比比。如果果一个电电池与其其它和差差0

60、.005V，可能能就会有有问题了了。监测测该电池池的性能能看是否否需要替替换。（4）检检查系统统走线。如果有有导线露露出来，就就查找裂裂处，检检查绝缘缘性，检检查所有有接线盒盒的接入入和接出出点，检检查绝缘缘处有否否破裂。如果需需要就更更换导线线而不能能依靠用用黑胶布布来起长长期绝缘缘的作用用。（5）检检查所有有导线盒盒是否关关上（封封上），看看看有无无水的破破坏和腐腐蚀。如如果电子子元件是是安装在在接线盒盒中，检检查盒中中通风状状况,更换或或清理空空气过滤滤器。（6）检检查阵列列安装框框架或跟跟踪机械械，保养养各种系系紧的支支架。（7）检检查开关关的工作作，确定定开关的的动作是是否正确确。查