光伏电源系统应用技术培训教材4663.docx

太阳能光光伏电源源系统应应用技术术太阳能充充电器培 训训 教教 材材张石根：一三66579902882720一三三年7月前 言太阳能光光伏电源源系统应应用技术术太阳能充充电器 我国研研制太阳阳能电池池始于一一九五八八年，中中国的光光伏技术术经过四四十年的的努力，已已具有一一定的水水平和基基础。过过去我国国边远地地区的光光伏发电电市场主主要由国国家投资资项目和和多边援援助项目目支撑。90年年代以来来，随着着边远地地区经济济发展和和农牧民民收入水水平的提提高，边边远地区区的光伏伏发电市市场也开开始向商商业化发发展。根根据世界界银行/全球环环境基金金可再生生能源商商业化项项目准备备研究过过程中的的资料显显示，我我国西部部地区经经营太阳阳能光伏伏发电系系统的各各类公司司和团体体由800年代的的不足110家，发发展到119977年底的的50多多家，其其中大多多数公司司以商业业化赢利利为目的的。这从从侧面表表明，我我国的光光伏发电电技术已已经具有有了一定定的市场场潜力和和市场吸吸引力。 光伏电电池发电电有离网网(独立立电站)和并网网(市电电并网电电站)两两种工作作方式。过去，由由于太阳阳电池的的生产成成本居高高不下，所所以光伏伏电池多多用于工工业部门门（邮电电、电力力、石油油、铁路路等）和和偏远无无电地区区的中小小功率离离网用户户。随着着光伏产产品成本本的降低低和农牧牧民收入入水平的的提高，太太阳能光光伏市场场近年来来发生了了很大变变化，开开始向较较大功率率的交流流系统和和村庄供供电系统统发展；并且逐逐步向并并网发电电以及和和建筑相相结合(屋顶发发电系统统)的常常规发电电方向发发展，开开始由补补充能源源向替代代能源过过渡。太太阳能光光伏电源源的应用用领域十十分广阔阔，从数数十瓦的的户用照照明系统统到电信信、电力力、铁路路、石油油、部队队等部门门通讯设设备数千千瓦的备备用电源源系统，甚甚至在西西藏阿里里、安多多等地区区还建成成几个数数十千瓦瓦的集中中型太阳阳能光伏伏电站。 随着我我国光伏伏事业的的高速发发展和应应用领域域的拓宽宽，从事事太阳能能光伏电电源系统统集成设设计和安安装的技技术人员员不断增增加。由由于太阳阳能光伏伏电源技技术属于于跨多学学科的新新兴学科科，它涉涉及到气气象、光光学、半半导体、电力、电子、计算机机和机械械等多种种学科技技术，要要求从业业的技术术人员应应掌握广广泛而深深入的技技术知识识，才能能合理设设计使用用和充分分发挥价价格较昂昂贵的光光伏系统统设备的的作用。但是，目目前国内内有关光光伏技术术的书籍籍和资料料大多是是介绍太太阳电池池、蓄电电池等器器件原理理和应用用方面的的基本知知识，而而系统阐阐述太阳阳能光伏伏电源系系统集成成设计和和配套电电子设备备（光伏伏电源控控制器、方波或或正弦波波逆变器器及系统统检测仪仪器等）应应用的专专业资料料却很少少。因此此，北京京市计科科能源新新技术开开发公司司根据多多年来从从事光伏伏电源系系统集成成设计、工程安安装和配配套电子子设备生生产的经经验，组组织编写写了这本本培训教教材，试试图帮助助广大从从事太阳阳能光伏伏行业的的技术人人员系统统学习掌掌握光伏伏系统集集成设计计和配套套电子设设备的应应用，更更好地发发展我国国的光伏伏事业。由于水平平有限，时时间仓促促，对本本培训教教材中不不当和错错误之处处敬请专专家和读读者批评评指正。太阳能光光伏电源源系统应应用技术术太阳能充充电器目 录录一绪论论31我国国的太阳阳能资源源概况442太阳阳能的主主要利用用形式和和光伏发发电的运运行方式式03太阳阳能光伏伏技术的的发展及及前景00二太阳阳能光伏伏电源系系统的原原理及组组成11太阳阳能电池池方阵222充放放电控制制器53直流流/交流逆逆变器554蓄电电池组5测量量设备6太阳阳能光伏伏电源系系统的设设计6三光伏伏电源充充放电控控制器1111控制制器的功功能：1112控制制器的基基本技术术参数1113控制制器的分分类：1114控制制器的基基本电路路和工作作原理：125小型型单路充充放电控控制器产产品实例例一五6普通通型柜式式充放电电控制器器产品实实例1777智能能型壁挂挂式充放放电控制制器产品品实例220四直流流交流流逆变器器261逆变变器的功功能：2262光伏伏发电系系统对逆逆变器的的技术要要求2663逆变变器的分分类和电电路结构构274逆变变器的控控制电路路305逆变变器功率率器件的的选择：306逆变变器的主主要技术术性能指指标3117PWWM方波波逆变器器产品实实例3338SPPWM正正弦波逆逆变器产产品实例例3593kkW 可可调度型型并网逆逆变器338五光伏伏电源系系统数据据采集器器411数据据采集器器的主要要技术指指标4112数据据采集器器的基本本功能4413数据据采集器器的硬件件结构4424数据据采集器器的操作作43六蓄电电池组：461铅酸酸蓄电池池的结构构及工作作原理4462铅酸酸蓄电池池的工作作原理4473蓄电电池的电电压、容容量和型型号4774电解解液的配配制4885蓄电电池的安安装5006蓄电电池的充充电：5517固定定型铅酸酸蓄电池池的管理理和维护护52七备用用柴油发发动机和和交流充充电设备备581柴油油发电机机组5882交流流充电设设备产品品实例JJKZHH-600K-33CH整整流充电电柜655太阳能光光伏电源源系统应应用技术术太阳能充充电器一绪 论 在人人类文明明的历史史长河中中，人类类不断地地从自然然界索取取、探求求适合生生存和发发展所需需的各种种能源，能能源的利利用水平平折射出出人类文文明的进进步步伐伐。从原原始社会会开始，由地球在长达50万年的历史中积累下来的化石矿物能源，即常规能源(煤、石油、天然气等)一直是人类所用能源的基础。但是常规能源的储量正随着人类文明的高度发展而迅速枯竭。从资源的角度看，地球的矿物能源储量是有限的，按目前消耗的速度计，石油还可供开采40年左右，天然气约60年，煤可望达200年。全球能源消耗的年增长率约为2%，近35年来世界能源消费量已经翻了一番。人们预计，到2025年全球能源消耗还将再增加一倍。这些都提醒人们注意到必须开发新的能源。常规能源源的大量量利用对对人类生生存环境境也有着着日趋严严重的破破坏作用用。 到200世纪末末人们开开始意识识到：由由于每年年燃烧常常规能源源所产生生的COO2排放量量约2110亿吨吨左右，已已经使地地球严重重污染，而而且目前前CO22的年排排放量还还在呈上上升趋势势。COO2造成了了地球的的温室效效应，使使全球气气候变暖暖。经过过较为准准确的推推算，如如果全球球变暖11.54.5,最严重重的后果果是海平平面将上上升2551455cm，沿海低低洼地区区将被淹淹没，这这将严重重影响到到许多国国家的经经济、社社会和政政治结构构。此外外，大量量燃烧矿矿物燃料料，会在在大范围围内形成成酸雨，将将严重损损害森林林和农田田，目前前全球已已有数以以千计的的湖泊酸酸性度不不断提高高，并已已接近鱼鱼类无法法生存的的地步；酸雨还还损坏石石造建筑筑、破坏坏古迹、腐蚀金金属结构构，甚至至进入饮饮用水源源，释放放出潜在在的毒性性金属（如如镉、铅铅、汞、锌、铜铜等），威威胁人类类健康。因此，人人类文明明的高度度发展与与生存环环境的极极度恶化化，形成成了强烈烈的反差差。 针对以以上情况况开发和和使用新新能源(可再生生能源和和无污染染绿色能能源)已已是人类类目前迫迫切需要要解决的的重要问问题。虽虽然目前前人类可可利用的的新能源源，如太太阳能、风能、地热能能、水能能、海洋洋能等能能源形式式都是可可以满足足要求的的。但从从能源的的稳定性性、可持持久性、数量、设备成成本、利利用条件件等诸多多因素考考虑，太太阳能将将成为最最为理想想的可再再生能源源和无污污染能源源。1 我国的太太阳能资资源概况况:2 太阳能的的主要利利用形式式和光伏伏发电的的运行方方式:太阳能电电池发电电与火力力、水力力、柴油油发电比比较具有有许多优优点，如如安全可可靠、无无噪声、无污染染，能量量随处可可得、不不受地域域限制、无需消消耗燃料料、无机机械转动动部件、故障率率低、维维护简便便、可以以无人值值守、建建站周期期短、规规模大小小随意、无需架架设输电电线路、可以方方便地与与建筑物物相结合合等，因因此，无无论从近近期还是是远期，无无论从能能源环境境的角度度还是从从边远地地区和特特殊应用用领域需需求的角角度来考考虑，太太阳能电电池发电电都极具具吸引力力。目前前，太阳阳能电池池发电系系统大规规模应用用的唯一一障碍是是其成本本高，预预计到221世纪纪中叶，太太阳能电电池发电电的成本本将会下下降到同同常规能能源发电电相当。届时，太太阳能电电池发电电将成为为人类电电力的重重要来源源之一。目前太阳阳能的利利用形式式主要有有光热利利用、光光伏发电电利用和和光化学学转换三三种形式式。光热热利用具具有低成成本，方方便，利利用效率率较高等等优点，但但不利于于能量的的传输，一一般只能能就地使使用，而而且输出出能量形形式不具具备通用用性。光光化学转转换在自自然界中中以光合合作用的的形式普普遍存在在，但目目前人类类还不能能很好地地利用。光伏发发电利用用以电能能作为最最终表现现形式，具具有传输输极其方方便的特特点，在在通用性性、可存存储性等等方面具具有前两两者无法法替代的的优势。且由于于太阳能能电池的的原料硅的储储量十分分丰富、太阳电电池转换换效率的的不断提提高、生生产成本本的不断断下降，都都促使太太阳能光光伏发电电在能源源、环境境和人类类社会未未来发展展中占据据重要地地位。由于太阳阳光资源源具有分分散性，而而且随处处可得，太太阳能电电池发电电系统特特别适合合于作为为独立的的电源使使用，例例如边远远地区的的村庄及及户用供供电系统统、太阳阳能电池池照明系系统, 太阳能能电池水水泵系统统以及大大部分的的通信电电源系统统等都属属此类。太阳能能电池发发电系统统还可以以同其它它发电系系统组成成联合供供电系统统，如“风光光互补系系统”、“风光光柴蓄互补补系统”等。由由于风力力发电系系统成本本低，又又由于风风能和太太阳能资资源具有有互补性性，互补补发电系系统可以以大大提提高供电电的稳定定性，其其价格比比起独立立太阳能能电池发发电系统统至少可可减少11/3。除此之之外，太太阳能电电池发电电系统还还可以与与电网相相联构成成并网发发电系统统。并网网系统是是将太阳阳能电池池发出的的直流电电通过并并网逆变变器直接接馈入电电网，从从而可以以大大减减少蓄电电池的存存储容量量。并网网发电系系统可分分为“可调度度式并网网系统”和“不可调调度式并并网系统统”。“不可调调度式并并网系统统”中不带带储能系系统，馈馈入电网网的电力力完全取取决于日日照的情情况；“可调度度式并网网系统”带有储储能系统统，可根根据需要要随时将将太阳能能电池发发电系统统并入或或退出电电网。实实践证明明，并网网电站可可以对电电网调峰峰、提高高电网末末端的电电压稳定定性、改改善电网网的功率率因数和和消除电电网杂波波均能发发挥有效效作用，很很有应用用前景。3太阳阳能光伏伏技术的的发展及及前景：太阳能电电池最早早用于空空间技术术，至今今宇宙飞飞船和人人造卫星星的电力力仍然基基本上依依靠太阳阳能电池池系统来来供给。70年年代以后后，太阳阳能电池池在地面面得到广广泛应用用，目前前已遍及及生活照照明、铁铁路交通通、水利利气象、邮电通通信、广广播电视视、阴极极保护、农林牧牧业、军军事国防防、并网网调峰等等各个领领域。功功率级别别，大到到10MMW的太太阳能电电池发电电站，小小到手表表、计算算器的电电源。随随着太阳阳能电池池发电成成本的进进一步降降低，它它将进入入更大规规模的工工业应用用领域，如如海水淡淡化、光光电制氢氢、电动动车充电电系统等等；对于于这些系系统，目目前世界界上已有有成功的的示范。太阳能能电池发发电最终终的发展展目标，是是进入公公共电力力网的规规模应用用，包括括中心并并网光伏伏电站、风光光互补电电站、电电网末稍稍的延伸伸光伏电电站、分分散式屋屋顶并网网光伏系系统等。展望太太阳能电电池发电电的未来来，人们们甚至设设想出大大型的宇宇宙发电电计划，即即在太空空中建立立人造同同步卫星星光伏电电站。119977年8月在加加拿大蒙蒙特利尔尔召开了了第四届届国际空空间太阳阳能电站站会议，提提出了一一些构想想，但付付诸实施施，恐非非短期所所能实现现。但美美国、日日本已制制订了试试验性发发射计划划（容量量等级为为10000KWWp数量量级）。因为大大气层外外的阳光光辐射比比地球上上要高出出30%以上，而而且由于于宇宙没没有黑夜夜，卫星星电站可可以连续续发电。一组111kmm×4km的的太阳能能电池板板，在空空间可产产生80000MMW的电电力，一一年的发发电量将将高达7700亿亿千瓦时时。空间间电站可可以将所所发出的的电通过过微波源源源不断断地传送送回地球球供人们们使用。日本一一批学者者认为：在地球球上的沙沙漠和荒荒原地区区架设太太阳能电电池阵列列，用高高温超导导电缆联联成网络络便可解解决全球球能源供供应，不不必再使使用原子子能核电电站。美美国普林林斯顿大大学能源源和环境境研究所所的一批批学者认认为：在在下一个个十年内内以光电电为基础础的电解解水制氢氢和储氢氢技术将将趋于成成熟，他他们经计计算后提提出，如如在新墨墨西哥州州或亚利利桑那州州一块直直径为3386kkm的环环形地区区设置太太阳能电电池制氢氢，便可可提供相相当于美美国19986年年的全部部矿物燃燃料消耗耗的能量量。由于晶体体硅原料料领域的的发展（例例如超薄薄晶体硅硅太阳电电池的开开发和使使用更便便宜的太太阳能级级材料）和和太阳能能电池更更先进的的生产过过程的发发展，将将使得晶晶体硅电电池在将将来会变变得更为为便宜；此外，效效率也将将进一步步得到提提高。薄膜太阳阳能电池池，例如如非晶硅硅太阳能能电池，由由于其廉廉价的生生产成本本而在消消费领域域被广泛泛的应用用。但它它的效率率低（约约588）、生产规规模小、稳定性性差、原原料利用用率低，均均限制了了它的应应用。然然而，如如果效率率能被提提高，稳稳定性问问题能被被解决的的话，这这种太阳阳能电池池仍将是是将来的的一个重重要发展展方向。基于镓砷砷化合物物和其他他V族成分分的薄片片太阳能能电池正正处于早早期的发发展阶段段，由于于它的效效率有可可能达到到30而显显得尤为为重要，但但是这种种类型的的太阳能能电池在在20005年以以前还不不可能得得到广泛泛应用。 由由于太阳阳能光伏伏发电技技术的重重要性，在在研究开开发、产产业化制制造技术术及市场场开拓方方面成为为世界各各国特别别是发达达国家激激烈竞争争的主要要热点。太阳能能的光电电利用已已经在世世界范围围内形成成新兴产产业，技技术也在在日新月月异地发发展，效效率的提提高和价价格的下下降已呈呈必然趋趋势。澳澳大利亚亚新南威威尔士大大学已研研制出= 224%的的单体（4×4cm）高效硅太阳能电池。80年代以来，即使世界经济总体情况处于衰退和低谷时期，光伏技术一直保持以10%-一五%的递增速度发展。90年代后期，世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速。1997年世界太阳电池光伏组件生产122MW，比1996年增长了38%（1996年88.5MW），超出光伏界专家最乐观的估计。二太阳阳能光伏伏电源系系统的原原理及组组成太阳能电电池发电电系统是是利用以以光生伏伏打效应应原理制制成的太太阳能电电池将太太阳辐射射能直接接转换成成电能的的发电系系统。它它由太阳阳能电池池方阵、控制器器、蓄电电池组、直流/交流逆逆变器等等部分组组成，其其系统组组成如图图111所示。图111 太阳阳能电池池发电系系统示意意图1太阳阳能电池池方阵：太阳能电电池单体体是光电电转换的的最小单单元，尺尺寸一般般为4ccm2到1000cmm2不等。太阳能能电池单单体的工工作电压压约为00.5VV, 工工作电流流约为220225mAA/cmm2, 一一般不能能单独作作为电源源使用。将太阳阳能电池池单体进进行串并并联封装装后，就就成为太太阳能电电池组件件，其功功率一般般为几瓦瓦至几十十瓦，是是可以单单独作为为电源使使用的最最小单元元。太阳阳能电池池组件再再经过串串并联组组合安装装在支架架上，就就构成了了太阳能能电池方方阵，可可以满足足负载所所要求的的输出功功率 (见图112)。（1）硅硅太阳能能电池单单体常用的太太阳能电电池主要要是硅太太阳能电电池。晶晶体硅太太阳能电电池由一一个晶体体硅片组组成，在在晶体硅硅片的上上表面紧紧密排列列着金属属栅线，下下表面是是金属层层。硅片片本身是是P型硅硅，表面面扩散层层是N区，在在这两个个区的连连接处就就是所谓谓的PNN结。PN结形形成一个个电场。太阳能能电池的的顶部被被一层抗抗反射膜膜所覆盖盖，以便便减少太太阳能的的反射损损失。太阳能电电池的工工作原理理如下：光是由光光子组成成，而光光子是包包含有一一定能量量的微粒粒，能量量的大小小由光的的波长决定，光光被晶体体硅吸收收后，在在PN结中中产生一一对对正正负电荷荷，由于于在PNN结区域的正正负电荷荷被分离离，因而而可以产产生一个个外电流流场，电电流从晶晶体硅片片电池的底端经经过负载载流至电电池的顶顶端。这这就是“光生伏伏打效应应”。图122 太阳阳能电池池单体、组件和和方阵将一个负负载连接接在太阳阳能电池池的上下下两表面面间时，将将有电流流流过该该负载，于于是太阳阳能电池池就产生生了电流流；太阳阳能电池池吸收的的光子越越多，产产生的电电流也就就越大。光子的的能量由由波长决决定，低低于基能能能量的的光子不不能产生生自由电电子，一一个高于于基能能能量的光光子将仅仅产生一一个自由由电子，多多余的能能量将使使电池发发热，伴伴随电能能损失的的影响将将使太阳阳能电池池的效率率下降。（2）硅硅太阳能能电池种种类目前世界界上有33种已经经商品化化的硅太太阳能电电池：单单晶硅太太阳能电电池、多多晶硅太太阳能电电池和非非晶硅太太阳能电电池。对对于单晶晶硅太阳阳能电池池，由于于所使用用的单晶晶硅材料料与半导导体工业业所使用用的材料料具有相相同的品品质，使使单晶硅硅的使用用成本比比较昂贵贵。多晶晶硅太阳阳能电池池的晶体体方向的的无规则则性，意意味着正正负电荷荷对并不不能全部部被PNN结电场场所分离离，因为为电荷对对在晶体体与晶体体之间的的边界上上可能由由于晶体体的不规规则而损损失，所所以多晶晶硅太阳阳能电池池的效率率一般要要比单晶晶硅太阳阳能电池池低。多多晶硅太太阳能电电池用铸铸造的方方法生产产，所以以它的成成本比单单晶硅太太阳能电电池低。非晶硅硅太阳能能电池属属于薄膜膜电池，造造价低廉廉，但光光电转换换效率比比较低，稳稳定性也也不如晶晶体硅太太阳能电电池，目目前多数数用于弱弱光性电电源，如如手表、计算器器等。一般产品品化单晶晶硅太阳阳电池的的光电转转换效率率为 一一三一五 % 产品化化多晶硅硅太阳电电池的光光电转换换效率为为 111一三三 %产品化非非晶硅太太阳电池池的光电电转换效效率为 58 %（3）太太阳能电电池组件件一个太阳阳能电池池只能产产生大约约0.55V电压压，远低低于实际际应用所所需要的的电压。为了满满足实际际应用的的需要，需需把太阳阳能电池池连接成成组件。太阳能能电池组组件包含含一定数数量的太太阳能电电池，这这些太阳阳能电池池通过导导线连接接。一个个组件上上，太阳阳能电池池的标准准数量是是36片（100cm××10ccm），这这意味着着一个太太阳能电电池组件件大约能能产生117V的的电压，正正好能为为一个额额定电压压为122V的蓄蓄电池进进行有效效充电。通过导线线连接的的太阳能能电池被被密封成成的物理理单元被被称为太太阳能电电池组件件，具有有一定的的防腐、防风、防雹、防雨等等的能力力，广泛泛应用于于各个领领域和系系统。当当应用领领域需要要较高的的电压和和电流而而单个组组件不能能满足要要求时，可可把多个个组件组组成太阳阳能电池池方阵，以以获得所所需要的的电压和和电流。太阳能电电池的可可靠性在在很大程程度上取取决于其其防腐、防风、防雹、防雨等等的能力力。其潜潜在的质质量问题题是边沿沿的密封封以及组组件背面面的接线线盒。这种组件件的前面面是玻璃璃板，背背面是一一层合金金薄片。合金薄薄片的主主要功能能是防潮潮、防污污。太阳阳能电池池也是被被镶嵌在在一层聚聚合物中中。在这这种太阳阳能电池池组件中中，电池池与接线线盒之间间可直接接用导线线连接。组件的电电气特性性主要是是指电流流电压压输出特特性，也也称为特性曲曲线，如如图13所示示。特性曲曲线可根根据图113所示的的电路装装置进行行测量。特性曲曲线显示示了通过过太阳能能电池组组件传送送的电流流Im与电电压Vmm在特定定的太阳阳辐照度度下的关关系。如如果太阳阳能电池池组件电电路短路路即V0，此时时的电流流称为短短路电流流Iscc；如果果电路开开路即II0，此时时的电压压称为开开路电压压Vocc。太阳阳能电池池组件的的输出功功率等于于流经该该组件的的电流与与电压的的乘积，即即PV´I 。I: 电电流 IIsc: 短路路电流 IIm: 最大工工作电流流 V: 电压 Vocc: 开开路电压压 VVm: 最大工工作电压压图1-33 太太阳能电电池的电电流电电压特性性曲线当太阳能能电池组组件的电电压上升升时，例例如通过过增加负负载的电电阻值或或组件的的电压从从零（短短路条件件下）开开始增加加时，组组件的输输出功率率亦从00开始增增加；当当电压达达到一定定值时，功功率可达达到最大大，这时时当阻值值继续增增加时，功功率将跃跃过最大大点，并并逐渐减减少至零零，即电电压达到到开路电电压Vooc。太太阳能电电池的内内阻呈现现出强烈烈的非线线性。在在组件的的输出功功率达到到最大点点，称为为最大功功率点；该点所所对应的的电压，称称为最大大功率点点电压VVm（又又称为最最大工作作电压）；该点所所对应的的电流，称称为最大大功率点点电流IIm（又又称为最最大工作作电流）；该点的的功率，称称为最大大功率PPm。随着太阳阳能电池池温度的的增加，开开路电压压减少，大大约每升升高1°CC每片电电池的电电压减少少5mVV，相当当于在最最大功率率点的典典型温度度系数为为0.4%/°C。也就就是说，如如果太阳阳能电池池温度每每升高11°C，则最最大功率率减少00.4%。所以以，太阳阳直射的的夏天，尽尽管太阳阳辐射量量比较大大，如果果通风不不好，导导致太阳阳电池温温升过高高，也可可能不会会输出很很大功率率。由于太阳阳能电池池组件的的输出功功率取决决于太阳阳辐照度度、太阳阳能光谱谱的分布布和太阳阳能电池池的温度度，因此此太阳能能电池组组件的测测量在标标准条件件下（SSTC）进进行，测测量条件件被欧洲洲委员会会定义为为1011号标准准，其条条件是：光谱辐照照度10000WW/m22大气质量量系数 AM11.5太阳电池池温度25在该条件件下，太太阳能电电池组件件所输出出的最大大功率被被称为峰峰值功率率，表示示为Wpp(peaak wwattt)。在在很多情情况下，组组件的峰峰值功率率通常用用太阳模模拟仪测测定并和和国际认认证机构构的标准准化的太太阳能电电池进行行比较。通过户外外测量太太阳能电电池组件件的峰值值功率是是很困难难的，因因为太阳阳能电池池组件所所接受到到的太阳阳光的实实际光谱谱取决于于大气条条件及太太阳的位位置；此此外，在在测量的的过程中中，太阳阳能电池池的温度度也是不不断变化化的。在在户外测测量的误误差很容容易达到到10或或更大。如果太阳阳电池组组件被其其它物体体(如鸟鸟粪、树树荫等)长时间间遮挡时时，被遮遮挡的太太阳能电电池组件件此时将将会严重重发热，这这就是“热斑效效应”。这种种效应对对太阳能能电池会会造成很很严重地地破坏作作用。有有光照的的电池所所产生的的部分能能量或所所有的能能量，都都可能被被遮蔽的的电池所所消耗。为了防防止太阳阳能电池池由于热热班效应应而被破破坏，需需要在太太阳能电电池组件件的正负负极间并并联一个个旁通二二极管，以以避免光光照组件件所产生生的能量量被遮蔽蔽的组件件所消耗耗。连接盒是是一个很很重要的的元件：它保护护电池与与外界的的交界面面及各组组件内部部连接的的导线和和其他系系统元件件。它包包含一个个接线盒盒和1只只或2只只旁通二二极管。2充放放电控制制器：充放电控控制器是是能自动动防止蓄蓄电池组组过充电电和过放放电并具具有简单单测量功功能的电电子设备备。由于于蓄电池池组被过过充电或或过放电电后将严严重影响响其性能能和寿命命，充放放电控制制器在光光伏系统统中一般般是必不不可少的的。充放放电控制制器，按按照开关关器件在在电路中中的位置置，可分分为串联联控制型型和分流流控制型型；按照照控制方方式，可可分为普普通开关关控制型型(含单单路和多多路开关关控制)和PWWM脉宽宽调制控控制型(含最大大功率跟跟踪控制制器)。开关器器件，可可以是继继电器，也也可以是是MOSSFETT模块。但PWWM脉宽宽调制控控制器，只只能用MMOSFFET模模块作为为开关器器件。3直流流/交流流逆变器器： 逆变器器是将直直流电变变换成交交流电的的电子设设备。由由于太阳阳能电池池和蓄电电池发出出的是直直流电，当当负载是是交流负负载时，逆逆变器是是不可缺缺少的。逆变器器按运行行方式，可可分为独独立运行行逆变器器和并网网逆变器器。独立立运行逆逆变器用用于独立立运行的的太阳能能电池发发电系统统，为独独立负载载供电。并网逆逆变器用用于并网网运行的的太阳能能电池发发电系统统，将发发出的电电能馈入入电网。逆变器器按输出出波形，又又可分为为方波逆逆变器和和正弦波波逆变器器。方波波逆变器器，电路路简单，造造价低，但但谐波分分量大，一一般用于于几百瓦瓦以下和和对谐波波要求不不高的系系统。正正弦波逆逆变器，成成本高，但但可以适适用于各各种负载载。从长长远看，SSPWMM脉宽调调制正弦弦波逆变变器将成成为发展展的主流流。4蓄电电池组： 其作用是是储存太太阳能电电池方阵阵受光照照时所发发出的电电能并可可随时向向负载供供电。太太阳能电电池发电电系统对对所用蓄蓄电池组组的基本本要求是是：(11) 自自放电率率低；(2)使使用寿命命长；(3) 深放电电能力强强；(44)充电电效率高高；(55) 少少维护或或免维护护；(66)工作作温度范范围宽；(7) 价格格低廉。目前我国国与太阳阳能电池池发电系系统配套套使用的的蓄电池池主要是是铅酸蓄蓄电池和和镉镍蓄蓄电池。配套2200AAh以上上的铅酸酸蓄电池池，一般般选用固固定式或或工业密密封免维维护铅酸酸蓄电池池；配套套2000Ah以以下的铅铅酸蓄电电池，一一般选用用小型密密封免维维护铅酸酸蓄电池池。5测量量设备： 对于小小型太阳阳能电池池发电系系统，只只要求进进行简单单的测量量，如蓄蓄电池电电压和充充放电电电流，测测量所用用的电压压和电流流表一般般装在控控制器面面板上。对于太太阳能通通信电源源系统、阴极保保护系统统等工业业电源系系统和大大型太阳阳能发电电站，往往往要求求对更多多的参数数进行测测量，如如太阳能能辐射量量、环境境温度、充放电电电量等等，有时时甚至要要求具有有远程数数据传输输、数据据打印和和遥控功功能，这这时要求求为太阳阳能电池池发电系系统应配配备智能能化的“数据采采集系统统”和“微机监监控系统统”。6太阳阳能光伏伏电源系系统的设设计：太阳能光光伏电源源系统的的设计分分为软件件设计和和硬件设设计，且且软件设设计先于于硬件设设计。软软件设计计包括：负载用用电量的的计算，太太阳能电电池方阵阵面辐射射量的计计算，太太阳能电电池、蓄蓄电池用用量的计计算和二二者之间间相互匹匹配的优优化设计计，太阳阳能电池池方阵安安装倾角角的计算算，系统统运行情情况的预预测和系系统经济济效益的的分析等等。硬件件设计包包括：负负载的选选型及必必要的设设计，太太阳能电电池和蓄蓄电池的的选型，太太阳能电电池支架架的设计计，逆变变器的选选型和设设计，以以及控制制、测量量系统的的选型和和设计。对于大大型太阳阳能电池池发电系系统，还还要有方方阵场的的设计、防雷接接地的设设计、配配电系统统的设计计以及辅辅助或备备用电源源的选型型和设计计。软件件设计由由于牵涉涉到复杂杂的辐射射量、安安装倾角角以及系系统优化化的设计计计算，一一般是由由计算机机来完成成；在要要求不太太严格的的情况下下，也可可以采取取估算的的办法。1 太阳能能辐射原原理： 太阳阳电池发发电的全全部能量量来自于于太阳，也也就是说说，太阳阳电池方方阵面上上所获得得的辐射射量决定定了它的的发电量量。太阳阳电池方方阵面上上所获得得辐射量量的多少少与很多多因素有有关：当当地的纬纬度，海海拔，大大气的污污染程度度或透明明程度，一一年当中中四季的的变化，一一天当中中时间的的变化，到到达地面面的太阳阳辐射直直、散分分量的比比例，地地表面的的反射系系数，太太阳电池池方阵的的运行方方式或固固定方阵阵的倾角角变化以以及太阳阳电池方方阵表面面的清洁洁程度等等。要想想较为准准确地推推算出太太阳电池池方阵面面上所获获得的辐辐射量，必必须对太太阳辐射射的基本本概念有有所了解解。太阳辐射射的基本本定律太阳辐射射的直散散分离原原理、布布格朗朗伯定律律和余弦弦定律是是我们所所要了解解的三条条最基本本的定律律。直散分离离原理： 大地表表面（即即水平面面）和方方阵面（即即倾斜面面）上所所接收到到的辐射射量均符符合直散散分离原原理，只只不过大大地表面面所接收收到的辐辐射量没没有地面面反射分分量，而而太阳电电池方阵阵面上所所接收到到的辐射射量包括括地面反反射分量量：Qp = Spp+DpQT = ST+DT+RTQp: 水平面面总辐射射Sp: 水平面面直接辐辐射Dp: 水平面面散射辐辐射QT : 倾斜斜面总辐辐射ST: 倾斜面面直接辐辐射DT: 倾斜面面地面反反射布格-朗朗伯定律律: SD= SS0Fm S0：太太阳常数数 一三三50WW/m22SD：直接辐辐射强度度F: 大大气透明明度m: 大大气质量量 mm=1/Sinna´ P/P0a: 太阳阳高度角角 Po: 标准准大气压压Sina = SSinfSSind+Coss fCoos dCCoswd: 太阳阳赤纬角角d=23.5Siin(3360*(2884+NN)/3365)f： 当地地纬度 （0 990° ）w： 时角角（地球球自转一一周3660度，224小时时） 一五度度/小时时 或 4分分钟/度度余弦定律律: Sp = SSD SSinaST = SDCOOSqDT = DDp(1+CCosZZ)/22RT = QQp(1-CCosZZ)/22QT = STT+DT+RT2 太阳电电池发电电系统的的设计(以某高高山气象象站为例例)：当地气象象地理条条件：由由当地气气象部门门提供前前10年年的平均均数据。纬度: 北纬纬 300-455 度经度: 东经 990-1120 度海拔: 10000-40000 米米最长阴雨雨天: 33 天水平面全全年总辐辐射量为为:1665千卡卡/厘米²。太阳电池池方阵面面上的总总辐射为为一八00千卡/厘米2。负载情况况编号负载名称称负载功率率(瓦)每日工作作时间(小时)每日耗电电(瓦时)1遥测仪(自动站站)AC300W247202微机、打打印机AC3330W6198003照明AC800W54004通信设备备AC1000W12120005合计540WW43000电源系统统容量设设计步骤骤: 太阳阳电池组组件的选选型：太阳电池池选用秦秦皇岛华华美光伏伏电源系系统有限限公司的的组件型号为：33DD一三112X3310开路电压压：211V短路电流流：2.4A峰值电压压：177V峰值电流流：2.2355A峰值功率率：388 Wpp 计算算等效的的峰值日日照时数数：全年峰值值日照时时数为: 一一八00000××0.001166=20088 小时0.01116为为将辐射射量(卡/cmm²)换算成成峰值日日照时数数的换算算系数:峰值日照照定义: 1100毫毫瓦/ccm²=0.1瓦/cmm²1 卡=4.一一八焦耳耳=4.一八瓦瓦秒 1小时时=36600秒秒则: 1卡/cmm²=4.一八瓦瓦秒/卡/(336000秒/小时×0.11瓦/cmm²)=00.01116 小时cmm²/卡于是: 一八八00000卡/cmm²年×0.001166 小时时cm²/卡=20088小小时/年平均每日日峰值日日照时数数为：220888÷36555.772 小小时/日 根据据系统工工作电压压等级确确定太阳阳电池组组件的串串联数：系统工工作电压压一般选选择原则则：户用用系统为为12VVDC或或24VVDC；通信系系统为448VDDC；电力力系统为为1100VDCC；大型型电站为为2200VDCC或更更高。每块标准准组件峰峰值电压压为177V，设设计为对对12VV蓄电池池充电，4块组件串联对48V蓄电池充电，因此，所需太阳电池的串联数为4块。 计算算每日负负载耗电电量为：43000Whh÷48VV89.6Ahh 计算算所需太太阳电池池的总充充电电流流为： 889.66Ah××1.002/(5.772h××0.99×0.88)22.19AA其中： 0.99: 蓄蓄电池的的充电效效率 0.88: 逆逆变器效效率 1.002: 20年年内太阳阳电池衰衰降，方方阵组合合损失，尘尘埃遮挡挡等综合合系数。 计算算所需太太阳电池池的并联联数为：22.119A÷÷2.2235AA/块100块 计算算所需太太阳电池池的总功功率为：