家用太阳能发电系统设计

#/20充电时制t啊I)图2.4电池的充电、放电特性曲线2.4关于控制器2.4.1控制器的原理这里所说的控制器通常存在两种类型，第一种为方阵投撤型，第二种则是DC-DC变换型。投撤型的原理是：控制器在进行检测之时，发电电池电压数值达到了设定值之后，就会自行撤出方阵。DC-DC变换型：对参数进行固化，放置于控制器之中，并且对整个方针输出的电压进行转换，以此来继续充电。太阳能电池组件在得到了光照之后，就会自行产生电流，一旦这些电流不经过中介而直接进入蓄电池之中，那么必定就会对蓄电池产生损害与不好的影响，令整个系统的寿命出现缩减。因此，在进行电流传输之时，应当先将电流输送进入控制器，然后在其内部进行各种调节与数据操作，使用特殊的管理技术，也就是“自适应三阶段充电模式”，以此来保障整个电池的安全与寿命。就负载供电而言，整个流程进行之时，也是一样应当让电流先进入控制器之中，在一系列的调解与转变之后，再传送至负载。下图是控制器的原理图：

an7auo^n56—2—yo-^^17oar^LnoT21F—QJ_ABtK0_：M34B-C63VO^TrD^7c-RWAOPar-h-toclC03d"c-t+t^cdclC^^UCLCLDAAUOarf§ne—4^—p£33—i<®02^—pToCRBR‘ad-1l^o—X-nuITE^K0-OC(D<7nT2>nr95^—p§o^—pi1OPS3o^upQ3F1^—p2CMZ§7€\|^860^2roA-pC6CXC-l—A^pT4C-^O3-OOAOOa-COA/PdDCOPL—■4APB0_A0BC2A1-BO*A/BoArCLcOoCLtUc9-<C04412Dcaln^EYn~Qm63Fan7auo^n56—2—yo-^^17oar^LnoT21F—QJ_ABtK0_：M34B-C63VO^TrD^7c-RWAOPar-h-toclC03d"c-t+t^cdclC^^UCLCLDAAUOarf§ne—4^—p£33—i<®02^—pToCRBR‘ad-1l^o—X-nuITE^K0-OC(D<7nT2>nr95^—p§o^—pi1OPS3o^upQ3F1^—p2CMZ§7€\|^860^2roA-pC6CXC-l—A^pT4C-^O3-OOAOOa-COA/PdDCOPL—■4APB0_A0BC2A1-BO*A/BoArCLcOoCLtUc9-<C04412Dcaln^EYn~Qm63FJEm--062Du——i4^y1.KA4L—t3—3CD—<9CcptZ!Z—EPOCT^c6C<830Z1MUOobTOotTOciTOt+tO4#0^—07-2—p>,OOP)4ocg^・IP—p>.rlr-oor6TaAOKODNZ—epoct^4AH图2.6控制器原理图控制器的作用家用太阳能控制器，顾名思义，就是适用于家庭的一种管理器，存在于家庭太阳能发电系统之中，主要作用就是对太阳能电池方阵进行管理，在蓄电池进行充电体积负载充电之时，充当媒介与转换工具。就整个太阳能光伏发电系统而言，存在多种辅助工具都是直接与控制器存在联系与关系的，例如负载、蓄电池以与逆变器等等，特别是到了晚上之后，家庭需要用电就必须通过控制器来进行与调整。在整个系统之中，控制器有了十分重要的功能，详细为：（1）能够使用多种充电模式。一般来说，蓄电池之所以会出现性能的劣态化，主要原因存在两个方面，其一为充电之时，电压的过高而带来的内部失水导致；其二则是因为电压太低，而产生的充电缺失，最终形成极板硫酸盐化。因此对于蓄电池的充电来说，是必须进行多方面保障的，以此来避免故障发生；（2）充电保护。电池在充电流程之中，一旦电压过多，超出终值充电电压，则会产生氢气以与氧气，形成失水情况。除了电池电压不能过高之外，电池也并会被充满，所以电流是不能够被中途斩断的。在这个时候，控制器内部的调节也就能够发挥出一定的作用，严格控制电压传送，避免蓄电池容量出现老化现象；（3）放电保护。电池除了要充电保护之外，也必须存在放电保护，不然的话，必定还是会出现容量老化现象，一旦电压达到了最低的电压值，这个时候控制器就会自动切断负载，以此来保障电池的电量；（4）析气调节。蓄电池一旦在较长时期之中都没有产生现析气反应，则整个内部就会自行出现酸液分层，如此，电池的整个容量就会收到影响。因此，我们需要使用数字电路来定期的对充电进行保护，令之按时产生析气反应，以此保障电池使用寿命；（5）超压保护。出于对意外的考量而进行的一种保护措施，可以避免蓄电池的损坏；（6）过流保护。对蓄电池进行保险丝安装，以此保护电流。2.5逆变器2.5.1逆变器的工作原理逆变器的主要作用就是对电流进行转变，由最初的直流电转换为交流电。整个装置与流程的重点也就在于逆变开关电路，也叫做是逆变电路。逆变电路的工作是需要使用电力电子开关来完成的，只有电子开关进行了导通和关断，才能够完善整个流程。就后者的通断来说，是离不开驱动脉冲的，只有有了这些脉冲，才能够较好的对电压信号进行调整与转变，而产生以与调节脉冲的电路也有着另外的名称，也就是控制回路。就逆变器来说，其的组成来自于多种开关元件，像是晶体管等等，工作起来存在一定的规律，会不同的进行开关元件的开关任务，以此来控制直流的转变，从输入转变成为输出。通常来说，在这个工作流程之中，还必须涉与到高频脉宽的调制，以此来变动正弦波附近的电压，使其宽度出现变动，由宽转变为窄，最终在固定周期之中不断的重复动作与方向，构成整体的脉冲波列，最终形成正弦波。

TTITTI7I了■Litr■1T4.阳r昇F」；~图2.7逆变器原理图2・5・2逆变器的分类与特点就逆变器的种类划分来说，是存在较多原则以与标准的，举个例子来说，可以依据逆变器自身的输出电流相数来划分，通常存在两类，分别为：第一，单向逆变器，第二，三相逆变器；而若是依据逆变器自身的半导体器件种类划分的话，则为两类：第一类为晶体管逆变器，第二类则为晶闸管逆变器。总的来说，不同的原则与依据，所划分出的类型也都存在着一定的差异，所以，出于方便的考量，本文就依据逆变器输出交流电压波形来做出种类的划分。（a）方波逆变器。这种逆变器之所以会被称之为是方波，其主要原因就在于，最终输出的交流电压形态，呈现出的就是方波形态。方波逆变器总的来说，使用线路是十分简单且便利的，功率开关管数也并不多。然而由于其自身电压之中的特征，存在较多的高次谐波，会在整个负载电气之中产生一定损耗，再加上方波逆变器的调压范围限制，因此往往会出现噪音较大的情况。（b）阶梯波逆变器。阶梯波逆变器自然与方波一样，之所以会被称之为这样的名字，表明其输出的交流电压形态,呈现的就是阶梯波。较之方波来说，阶梯波的优势更为明显，且在各个方面都有着些许调整与改善，因为其自身高次谐波含量不多，因此在阶梯数目达到一定数值之后，就能够形成准正弦波。这种逆变器的不足之处就在于，整个线路使用的功率开关管数量较多，并且要求也更高。（c）正弦波逆变器。该逆变器最终输出的交流电压形态也就是正弦波，相对其余两种逆变器来说，这种逆变器的优势较多，综合技术性能高，且功能完备。然而其的不足之处也就是线路的复杂性，在进行维修之时，无论是要求，还是成本都较高。逆变器输出的波形图详细情况如下：图2.8逆变器输出波形图家用发电系统功率匹配设计3.1各项技术参数就整个实验来说，在进行之前就必须对所有的环境条件和状态做出了解与调查，并且掌握各种设备和技术的参数与信息，如此才能够最终获得较为理想的结果。在经过各种资料与文献查阅之后，本文得到了实验所需要的信息，详细如下：青岛市每天平均日照时间为：春季和秋季为十小时；夏季为十四个小时；冬季为八个小时。太阳辐射：一年辐射总量达到120千卡/平方厘米；六月份的每日平均辐射量为14千卡/平方厘米；年平均日照时数为2550.7小时；日照百分率达58%。地理位置：青岛市地处为东经120度30分至121度00分和北纬34度35分至37度09分之间。由于南北坡度之间存在的差异，因此太阳的辐射量也就不一样，所以必须要针对性的进行系数与数据运算。太阳能电池板技术参数：额定功率15W；短路电流0.95A；开路电压21.5V；最佳工作电压17.5V。铅酸蓄电池的技术参数：电压是直流12V；蓄电池容量为12Ah。控制器的技术参数：连接蓄电池的电压为直流12V；连接市电的电压为交流220V；额定功率为120W；最大工作电压为17V。逆变器的技术参数：输入为直流12V电压；输出为交流220V电压。因为本文的系统设计主要针对对象为家庭使用，因此在功率的匹配与制定上也都是和家用电灯功率对应的，我们假定每天电灯的运作时间为六十分钟，青岛市的阴雨天数最长是两天，则在此条件之下，令蓄电池的功率与负载以与太阳能电池板等等相互匹配与协作。铅酸蓄电池容量的计算蓄电池容量BC=AxQLxNLxTO/CC=1.2x40/12x1x2x1/0.75=10.67=llAhA代表的是安全系数，通常为1.1〜1.4之间，本本设计取值是1.2；QL代表负载日平均耗电情况，指的就是工作电流乘以日工作小时数得出的数值，额定电压通常是直流12V，每天的运作时间1；NL代表最长连续阴雨天数，在本设计之中，假设为2日；TO代表温度修正系数，一般取1；CC代表蓄电池放电深度，通常铅酸电池数值皆为0.75.太阳能电池方阵功率的计算电池组件串联数NS=(Uf+UD+Uc)/Uoc=(13.5+0.7+3.3)/17.5=1Uf为蓄电池浮充电压，12V的铅酸蓄电池取13.5V；UD为二极管压降，取0.7V；Uoc代表太阳能电池组件最理想的运作电压状态，本文设计所选择使用的太阳能电池组件，最理想运作电压值是17.5V；Uc为其他因素引起的压降。在固定的光照条件之下，每天平均辐射时数为H=Htx2.778/10000h，也就是~39hHt代表安装地点的太阳能日辐射数值；2.778/10000(h・m2/kj)代表对日辐射量进行转化，而形成的新系数，也就是每日辐射时数情况，通常光强是1000W/m2。电池组件日发电量Qp=IocxHxKopxC2=0.86x39x1.06x0.8Ah=28.5AhIoc代表的是太阳能电池组件的最理想运作状态电流值，在本文设计之中所选择的最理想运作电流数值是0.86A；Kop代表的是依据经纬度所判定的斜面修正系数数值，本设计选取的数值为1.063；C2为修正系数。需补充的蓄电池容量Bcb=AxQLxNL=1.2x40/12x2=6.7Ah电池组件的并联数叫=(Bcb+NwxQL)/(QpxNw)=(8+0.159x6.7)/(28.5x0.15)=2太阳能电池方阵功率P=PoxNsxNp=15x1x2=30W实验过程的说明实验进行之初，在没有光照的地方，检测了各组数据信息，分别是：蓄电池两端的电压为11.1V；电池板两端的电压为1.8V；控制器的12V电池端的电压为0.18V；控制器和电池板连接端的电压数值为0.17V；控制器的220V市电转换端的电压等于零；控制器在12V光源输出端条件下，电压等于0.02V。在实验的相关设备全部安装完成之后，检测了各组数据信息，分别是：蓄电池两端的电压为11.3V；电池板两端的电压为12V；控制器的12V电池端的电压为11.33V;控制器和电池板连接端的电压数值为12V；控制器的220V市电转换端的电压等于零，没有变化；控制器在12V光源输出端条件下，电压有了转变，是11.45V。在实验进行了六十分钟的日照之后，检测了各种数据信息，分别是：蓄电池两端的电压为11.85V；电池板两端的电压为12.5V；控制器的12V电池端的电压为12V；控制器和电池板连接端的电压数值为12.7V；控制器的220V市电转换端的电压等于零，没有变化；控制器在12V光源输出端条件下，电压有了转变，是12V，有所增加。在实验进行了两个小时的日照之后，检测了各种数据信息，分别是：蓄电池两端的电压为12.1V；电池板两端的电压为12.8V；控制器的12V电池端的电压为12.03V；控制器和电池板连接端的电压数值为12.6V；控制器的220V市电转换端的电压等于零，没有变化；控制器在12V光源输出端条件下，电压有了转变，是12.1V,有所增加。就理论来说，对蓄电池进行充电的话，直至充满，通常需要花费达到七个小时，也就是6.976个小时，因为本文实验在进行之前，电池纸张就已经有了11.1V的电量，所以，依据电池特性能够得出，从11.1V开始进行充电，到达12V的过程较长，花费时间较多，约两个小时左右。而当容量已经是12Ah时，电池并不会就停止，而是继续充电，这个时候的电压用途就是存储，称之为浮充电压。就理论而言，一旦使用的电池负载为40W,平均每天用六十分钟，这样的话,一共能用两日。而在本文的实验之中，则自上午11点起开始充电，到晚上9点,电压出现降低，下降2V。一旦负载停止，那么一段时期以后，其电压就会再次提高，这就是电池自带的复原能力。控制器之中的一个端口光源为12V。理论而言，设备正常运作与使用，对12负载进行连接也可继续运作。而本文实验之中，因为没有直流负载，所以就对直流电进行了转换，电灯并不能够持续运作，然而一旦将电灯与蓄电池连接，则能够正常使用。实验结果的展示图3.1太阳能电池板给蓄电池充电过程图3.2利用蓄电池的电能带动负载图3.3太阳能光伏发电系统结束语该太阳能光伏发电系统，利用太阳能光伏发电技术为蓄电池充电，能够直接满足各种直流负载需要，蓄电池中储存的电能通过逆变器逆变还可为交流负载提供电能。提高了能源利用率，为用户节省电能。