用太阳能电池给蓄电池充电的方法

用太 阳能 电池给蓄电池充电的方法 刘学瑞李小武 q匕京i丞方动力可荐生能源科接发展有限公司) 水力发电会遇上枯水期，火 力发电消耗大量煤炭，自然资源 也总有用尽的时候，面对全世界 越来越严重的能源紧缺，最近，国‘ 内掀起了轰轰烈烈的节能热潮。 而“太阳能”，这个大家并不陌生 的词汇，更是越来越受到人们的 关注和重视。除了在i岛科技中韵 应用，近年来，上海、江苏、河南， 新疆等地都陆续投入使用了太阳 能路灯，太阳能产‘品已经悄然飞 酶则采用强仡玻璃将片基层压予 入了城市里荐寻常不j篷的街头穗 绝缘基板内，最后加以铝合金框 尾…··· 架进行保护所制成平板电池。单 太阳能电池作为一种新型的 晶硅电池与多晶毽电池的不同处 能源，越来越多地被人们所接受， 若从外表上看，多晶崔舳表面有 我公司从事太阳能路灯控锻器的 大面积的冰状结晶花纹，而单晶 研究开发已多年。下面就我公司 硅则是细小的颗粒，在它们的表 的控制器研发进展及太阳能行 面帮镀有一层蓝色藏紫色的抗 业状况与大家谈谈太阳能电池钧 反射膜。二者I的电性：单晶硅的 选撵与使用，以及如何给蓄电触 光¨E邕转换激率在t0％～14％，．而 充电的问题。 多晶硅的光电转换效率却在13％”一d日“md^i目自％#t《女《j_*Ⅻ№“h～～～^一目自目％H日B《“B■自∞蛐～k女B‘“自～ ～16％。假如二者的额定功率相 厂一、太阳能电池的选用 l 同；单晶硅电池板的面积比多晶 1，太，隔能电池的种类：目前 1 硅要太1／3左右。而份格两者相 太阳能电池大致有三种材料的基1r 差不多。 片，即：非晶硅、单晶硅和多晶硅。 无论是单晶硅电池或是多晶 非晶硅电池是翠期的产晶：，具有 硅电池，耍防止电池片基内受潮、 1 r 1r 成本低、产量夫等特点，它的光电 发霉或氧化、碎裂，以免犬大降低 转换效率一般为8％左右，所以 太阳能电池的光电转换效率甚至 报废，所以专业的太阳能电池生 产厂家或组装厂家都有一套严格 的加工工艺，产品的规格也都是 多种多样的。 价格较低廉。单晶硅和多晶硅电 1 r 1r 池是一种将硅矿石烧结、拉鼎、掐 头砉尾切割成薄片，经过PN结制 结、制极等薹艺，褥按接术要求切飞 r 1r 割适当面积的单条，经焊线串接 ：21．太阳能电泡功率舶选择： 太阳舷电池电压是以胄联PN结成组片，由于它的片基薄而脆，所l 以小功率的一般采用透明多酚树 的个数丽定，一个单片为一个PN 脂封装在绝缘基板上，而大功搴 结。单片电池的开路电压在 0．45V～0．6V之间，一般情况下 视单片电池的电压为0．5V，电 池串联的片数越多则电压越高： 单片电池电流的大小取决于单个 PN结的实际面积和受光面积，其 短路电流为每一平方厘米15mA～ 30mA，面积越大或并联的片数越 多则电流越大。非晶硅、单晶硅和 多晶硅的主要区别在于它们单位 面积下的电流比不同，因而导致 各自在光电转换效率上的不同。 太阳能电池的最大功率=开路电 压×短路电流，即：Ps--Voc×I sc， 这也是它的理想功率，而平时人 们衡量太阳能电池功率的大小， 是它的额定功率Pm，也就是它的 最大输出功率或发电功率，即：Pm =Vm X Im，但实际的输出功率却为 PmPs，这主要是由太阳能电池 的输出效率决定，其输出效率为： u--Ps／Pm，一般太阳能电池的输 出效率为70％左右。在使用中，由 于白天每时每刻太阳的日高度不 同，在接受太阳光照的辐度上会 产生变化，所以它在每一时刻的 发电功率也不相同，它的实际平 均功率为：PL=0．7Pm。如果太阳能 电池直接带动负载，要想使负载 能够长时间稳定地工作，则负载 的额定功率必须为：PR=0．7Pm。 如果以负载功率选择太阳能电池 的额定功率则应为：Pm=l／u× PR=I．43PR。在选择太阳能电池的 功率时，应合理选择负载的耗电 功率，这样才能使发电功率与耗 电功率处于一种平衡状态。当然 太阳能电池的发电功率也会受到 季节、气候、地理环境、地理位置 和光照时间等多方面因素的制 约。这里仅以夏季为例，介绍太阳 能电池与蓄电池在一般情况下的 使用。 二、蓄电池的选用 蓄电池是一种贮存电能的容 器，常被用来为其他电器电路充 当“能源基地”。由于太阳能电池 所产生的电力是有限的，因此要 尽可能地扩大“基地”的贮电容 量，但这并不是无限扩大。由于太 阳能电池只能在白天发电，其日 发电量M=发电功率(最大输出功 率)×有效光照时间X发电效率， 由此，它的日电量等于输出电流 与有效光照时间的乘积，即：C =Ih(Ah)。而蓄电池的容量则是 放电电流与放电时间的乘积，因 此蓄电池的容量为：C=Ih(单位： Ah)。那么太阳能电池与蓄电池在 电量与容量上又当如何计算呢? 我们可以由电功率的公式：P=IU 演化为．i P=IUh／h=CU／h。根据上面 的公式就可计算出蓄电池容量， 在计算的过程中为了更加准确， 还要考虑到蓄电池的充电效率。 蓄电池的充电效率一般在65％～ 80％2：间，其充电效率的高低一般 取决于蓄电池的充电方式，即充 电的速率和电池内部活性物质的 利用率等客观条件。一般的经验 是充电效率的高低按充电的时间 率和电流率来分别选取。充电的 时间越长电流越小，则电能的安 全转化率越高，其补偿值就越高： 而充电的时间越短电流越大则电 能的安全转化率越低，其补偿值 就越低，如附表所示。为了充分地 认识，现举一例说明： 例如：有一块单晶硅太阳能 电池的组件，最大输出功率Pm (额定功率)为25W，峰值电压(额 定电压)Ump为17．2V，峰值电流 (额定电流)Imp为1．45A，它的 开路电压Voc为21V，短路电流 Isc为1．5A，在某地区夏季的有 效光照时间为12小时，求太阳能 电池在夏季时的日发电量和所需 蓄电池的容量。已知条件： Pm-25W，h=12h，U=I 7．2V， 太阳冉皂 电池的发电效率：u=0．7，蓄电 池充电的补偿值n=1．40。太阳能 电池的发电量：M=Pm X h×u=25× 12×0．7=210Wh。依公式；C=Ph／ U=25 X 12／1 7．2=17．44Ah蓄电池 的实际容量C=17．44Ah／1．40≈ 12．46Ah由此，太阳能电池每天的 发电量为210Wh，同时也得出蓄 电池的容量为12．46Ah，但在实 际的应用当中不可能有此容量的 蓄电池，为此选用12Ah～14Ah的 蓄电池即可。假如你需要多贮存 一些电能，在负载用电量小或有 效光照时间长的前提下，只要将 式中的时间h改为累计时间，就 可以适当提高蓄电池的使用容 量。在我国的南方和北方地区由 于地理纬度上的差异，夏季与冬 季太阳日照的时间可按下面的公 新能源市场鬟www．remmt．tom 式计算：琏；12±氇09∞，式中，“∥蓄电池的电压可通过串联选取， 表示太阳光照时间、“12”表示为蓄电池的容量可通熹生并|琨《i获得， (春季、秋季》平均日照时间。、但在应用中必须注意兰个要素： “0．09糖表示地理上韵纬度时差、 n)不同类型或新旧程度不 础∞艘表示所在地的地理纬度、同的蓄电池不宜混用； 括±壤示夏季最大光照时间为“十 (动不同容量、不同结构韵蓄 ”；冬季最小光照时间为“一”。光．电池不可串联使用； 照效率一般在夏季取时取0．8左 (3)不同电压、不同特性的蓄 右、春秋季为0l 7左右、冬季取电池不能并联使用。 0．5～00 6，由此而来宥效光照时 间便为：h=HX光照效率。另爹卜，在 选择蓄电池时，也应根据太阳能 电池功率的大小来选用不同种类 的窕电电池和蓄电池。小功率韵 太阳能电池可选用镍镊、镍氢或 锂离子等千电池：中小功率的太 阳能电齄，可以使用小型密封免 维护铅酸蓄电池：而大功率的太 阳触电池，则应使用大容量的铅 酸蓄电池或蓄电池组。在使用中， 三、蓄电池与太阳能电池的配接 目前生产太阳能电池厂家的 产品规格与种类也是多种多样 的。对于蓄电池来讲，一般有明、 12V和24V的几种电压等级，那 么该瓤何将太阳能电池与蓄电池 配接呢2通常来说，太阳能电池的 额定输出电压要比蓄电池的额定 电压高1．13～1．5倍，这是由蓄电 池的充电效率所决定的，因为太 阳能电池的充电，不像使用市电 www．remmt．com譬新能源市场 给蓄电池充龟那样有 较大韵选择余地。况 且它在给蓄电池充电 时功率的波动也比较 大，这里首先要考虑 太阳熊电池的成本问 题。假如将蓄电池的 充电时率选择为CIO 左右，充电的补偿值 定为I。4倍，那么一 个额定电压12V的蓄 电池应当选配的太阳 能电池的额定电压 为：12V。《1．4=16．8V 左右的太阳能电池， 这个电压值也较接近 蓄电池充电的极限电 压值，其他电压等级 蓄电池也依此类推- 用太阳能龟池给手机电池充电也 是一样，充电的电压越高则充电 的功率就会越大，那么充电的时 间和充电的补偿值就要另外计 多錾。 在太阳能电池与蓄电浊并联 充电盹还要洼意防止树术和建 筑物遮挡，照射太阳能电池的光 线：，或在天阴和夜晚时泰阳能电 池不能发电。由于太阳信罄电池的 电压下降或失去电压时，蓄电池 逆向对太阳能电池放屯所以在 电路中一定要串联一只整流三极 管。对于整流二极管的选用也有 一定的要求：如果太阳ll鲁电池的 开路电1；匮低于16．8v，最好使用 锗材料的整流二极管，因为锗材 料的二极管正向压降为0．3V左 。表，而谴材料韵二极管正向压降 为0．7V左右，它们的管压降的功 率损耗是不一样韵．当然电压高 于16．8V也可以使用硅材料的二 极管。至于整流二极管的耐压要 求并不高，但澍于二极管的||邕流 值较小时，可以采用多管并联使 用。对于较大功率的太阳能电池 组件或组阵，为了防止太|阳髓电 池在强光下发电时受到建筑物、 树木或树叶、纸片的遮挡光线所 产生的热斑效应，在太阳能电池 输出端韵两极最好并联一个旁路 的硅二极管，以防某块太阳能电 弛板因得不到党照而成为负载产 生发热，旁路=极管的电流值，不 能低于该块太阳能电池的1j霞_路电 流值。 用太阳能电池给蓄电池充电的方法 作者： 刘学瑞， 李小武 作者单位： 北京远方动力可再生能源科技发展有限公司 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6553952.aspx