太阳能独立光伏电源的系统设计.pdf

经过光伏工作者们坚持不懈的努力 , 太阳能电池的生产技术不断得到提高 , 并且日益广泛地应用于各个领域。如何根据各地区太阳能辐射条件 , 来设计出既经济而又可靠的光伏电源系统 , 这是众多专家学者研究已久的课题 , 而且已有许多卓越的研究成果 , 为我国光伏事业的发展奠定了坚实的基础。笔者在学习各专家的设计方法时发现 , 这些设计仅考虑了蓄电池的自维持时间 ( 即最长连续阴雨天 ), 而没有考虑到亏电后的蓄电池最短恢复时间 ( 即两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数 ) 。这个问题尤其在我国南方地区应引起高度重视 , 因为我国南方地区阴雨天既长又多 , 而对于方便适用的独立光伏电源系统 , 由于没有应急的其他电源保护备用 , 所以应该将此问题纳入设计中一起考虑。本文综合以往各设计方法的优点 , 结合笔者多年来实际从事光伏电源系统设计工作的经验 , 引入两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数作为设计的依据之一 , 并综合考虑了各种影响太阳能辐射条件的因素 , 提出了太阳能电池、蓄电池容量的计算公式 , 及相关设计方法。影响设计的诸多因素太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱、光强受到大气层厚度 ( 即大气质量 ) 、地理位置、所在地的气候和气象、地形地物等的影响 , 其能量在一日、一月和一年内都有很大的变化 , 甚至各年之间的每年总辐射量也有较大的差别。太阳能电池方阵的光电转换效率 , 受到电池本身的温度、太阳光强和蓄电池电压浮动的影响 , 而这三者在一天内都会发生变化 , 所以太阳能电池方阵的光电转换效率也是变量。蓄电池组也是工作在浮充电状态下的 , 其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。太阳能电池充放电控制器由电子元器件制造而成 , 它本身也需要耗能 , 而使用的元器件的性能、质量等也关系到耗能的大小 , 从而影响到充电的效率等。负载的用电情况 , 也视用途而定 , 如通信中继站、无人气象站等 , 有固定的设备耗电量。而有些设备如灯塔、航标灯、民用照明及生活用电等设备 , 用电量是经常有变化的。因此 , 太阳能电源系统的设计 , 需要考虑的因素多而复杂。特点是 : 所用的数据大多为以前统计的数据 , 各统计数据的测量以及数据的选择是重要的。设计者的任务是 : 在太阳能电池方阵所处的环境条件下 ( 即现场的地理位置、太阳辐射能、气候、气象、地形和地物等 ), 设计的太阳能电池方阵及蓄电池电源系统既要讲究经济效益 , 又要保证系统的高可靠性。某特定地点的太阳辐射能量数据 , 以气象台提供的资料为依据 , 供设计太阳能电池方阵用。这些气象数据需取积累几年甚至几十年的平均值。地球上各地区受太阳光照射及辐射能变化的周期为一天 24h。处在某一地区的太阳能电池方阵的发电量也有 24h 的周期性的变化 , 其规律与太阳照在该地区辐射的变化规律相同。但是天气的变化将影响方阵的发电量。如果有几天连续阴雨天 , 方阵就几乎不能发电 , 只能靠蓄电池来供电 , 而蓄电池深度放电后又需尽快地将其补充好。设计者多数以气象台提供的太阳每天总的辐射能量或每年的日照时数的平均值作为设计的主要数据。由于一个地区各年的数据不相同 , 为可靠起见应取近十年内的最小数据。根据负载的耗电情况 , 在日照和无日照时 , 均需用蓄电池供电。气象台提供的太阳能总辐射量或总日照时数对决定蓄电池的容量大小是不可缺少的数据。对太阳能电池方阵而言 , 负载应包括系统中所有耗电装置 ( 除用电器外还有蓄电池及线路、控制器等 ) 的耗量。方阵的输出功率与组件串并联的数量有关 , 串联是为了获得所需要的工作电压 , 并联是为了获得所需要的工作电流 , 适当数量的组件经过串并联即组成所需要的太阳能电池方阵。蓄电池组容量设计太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池。与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态下 , 其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的容量比负载所需的电量大得多。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。为了与太阳能电池匹配 , 要求蓄电池工作寿命长且维护简单。1. 蓄电池的选用能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多 , 目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池 , 因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点 , 很适合用于性能可靠的太阳能电源系统 , 特别是无人值守的工作站。普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大 , 所以主要适于有维护能力或低档场合使用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能 , 但由于其价格较高 , 仅适用于较为特殊的场合。2. 蓄电池组容量的计算蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。在一年内 , 方阵发电量各月份有很大差别。方阵的发电量在不能满足用电需要的月份 , 要靠蓄电池的电能给以补足 ; 在超过用电需要的月份 , 是靠蓄电池将多余的电能储存起来。所以方阵发电量的不足和过剩值 , 是确定蓄电池容量的依据之一。同样 , 连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池取得。所以 , 这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。因此 , 蓄电池的容量 BC计算公式为 : BC=A3QL3NL3TO/CCAh （ 1）式中 :A 为安全系数 , 取 1.1~1.4 之间 ; QL 为负载日平均耗电量 , 为工作电流乘以日工作小时数 ;NL 为最长连续阴雨天数 ;TO 为温度修正系数 , 一般在 0℃以上取 1,- 10℃以上取 1.1,- 10℃以下取 1.2;CC 为蓄电池放电深度 , 一般铅酸蓄电池取 0.75, 碱性镍镉蓄电池取 0.85 。太阳能电池方阵设计1. 太阳能电池组件串联数 Ns 太阳能电池组件按一定数目串联起来 , 就可获得所需要的工作电压 , 但是 , 太阳能电池组件的串联数必须适当。串联数太少 , 串联电压低于蓄电池浮充电压 , 方阵就不能对蓄电池充电。如果串联数太多使输出电压远高于浮充电压时 , 充电电流也不会有明显的增加。因此 , 只有当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时 , 才能达到最佳的充电状态。计算方法如下 : Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc (2) 式中 :UR 为太阳能电池方阵输出最小电压 ; Uoc 为太阳能电池组件的最佳工作电压 ;Uf 为蓄电池浮充电压 ;UD 为二极管压降 , 一般取 0.7V;UC 为其它因数引起的压降。电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关 , 应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数。2. 太阳能电池组件并联数 Np 在确定 NP之前 , 我们先确定其相关量的计算方法。(1) 将太阳能电池方阵安装地点的太阳能日辐射量 Ht, 转换成在标准光强下的平均日辐射时数 H: H=Ht32.778/10000h (3)式中 :2.778/10000(hm2/kJ) 为将日辐射量换算为标准光强 (1000W/m2) 下的平均日辐射时数的系数。(2) 太阳能电池组件日发电量 Qp Qp=Ioc3H3Kop3Cz Ah （ 4）式中 :Ioc 为太阳能电池组件最佳工作电流 ;Kop 为斜面修正系数 ;Cz 为修正系数 , 主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失 , 一般取 0.8 。(3) 两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数 Nw,此数据为本设计之独特之处 , 主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来 , 需补充的蓄电池容量 Bcb 为 : Bcb=A3QL3NLA h （ 5）(4) 太阳能电池组件并联数 Np的计算方法为 : Np=(Bcb+Nw3QL)/(Qp3Nw) （ 6）式 (6) 的表达意为 : 并联的太阳能电池组组数 , 在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量 , 不仅供负载使用 , 还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。3. 太阳能电池方阵的功率计算根据太阳能电池组件的串并联数 , 即可得出所需太阳能电池方阵的功率 P: P=Po3Ns3NpW (7)式中 :Po 为太阳能电池组件的额定功率。设计实例以某地面卫星接收站为例 , 负载电压为 12V, 功率为 25W,每天工作 24h, 最长连续阴雨天为15d, 两最长连续阴雨天最短间隔天数为 30d, 太阳能电池采用云南半导体器件厂生产的38D9753400 型组件 , 组件标准功率为 38W,工作电压 17.1V, 工作电流 2.22A, 蓄电池采用铅酸免维护蓄电池 , 浮充电压为 (14± 1)V。其水平面太阳辐射数据参照表 1, 其水平面的年平均日辐射量为 12110(kJ/m2),Kop 值为 0.885, 最佳倾角为 16.13 ° , 计算太阳能电池方阵功率及蓄电池容量。1. 蓄电池容量 Bc Bc=A3QL3NL3To/CC=1.23(25/12)32431531/0.75=1200Ah 2. 太阳能电池方阵率 P 因为 :Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+UC)/Uoc=(14+0.7+)/17.1=0.92 ≈ 1Qp=Ioc3H3Kop3Cz=2.223121103(2.778/10000)30.88530.8 ≈ 5.29AhBcb=A3QL3NL=1.23（ 25/12 ）324315=900AhQL=（ 25/12 ） 324=50Ah Np=(Bcb+Nw3QL)/（ Qp3Nw)=（ 900+30350） / （ 5.29330）≈ 15 故太阳能电池方阵功率为 :P=Po3Ns3Np=3831315=570W 3. 计算结果该地面卫星接收站需太阳能电池方阵功率为 570W,蓄电池容量为 1200Ah 无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充放电控制电路是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电， . 另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂些。对于太阳能灯具的设计来说，成功与失败往往就取决于充放电控制电路的成功与失败。 . 没有一个性能良好的充放电控制电路，就不可能有一个性能良好的太阳能灯具。 太阳能灯具专用控制器主要应具备以下功能： （ AlinghDai 请勿删除！）3.1 防反充电控制防止反充电功能，一般来说，就是在太阳能电池回路中串联一个二极管，二极管防止反充电，这个二极管应该是肖特基二极管，肖特基二极管的压降比普通二极管低。另外，还可以用场效应晶体管控制防止反充电功能，它的管压降比肖特基二极管更低，只是控制电路要比前面复杂一些。 （ AlinghDai 请勿删除！）3.2 防过充电控制 （ AlinghDai 请勿删除！）防止过充电功能，可以在输入回路中串联或者并联一个泄放晶体管，电压鉴别电路控制晶体管的开关，将多余的太阳能电池能量通过晶体管泄放，保证没有过高的电压给蓄电池充电。关键是防止过充电压的选择，单节铅酸蓄电池为 2.2V 。3.3 防过放电控制 （ AlinghDai 请勿删除！）除了 Ni-Cd 电池外，其它蓄电池一般都要具有防止蓄电池过放电功能，因为会造成蓄电池过放电永久性损坏。需要注意的是，太阳能电池系统一般相对蓄电池是小倍率放电，所以放电截止电压不宜过低。 （ AlinghDai 请勿删除！）3.4 温度补偿 （ AlinghDai 请勿删除！）温度补偿，蓄电池电压控制点是随着环境温度而变化的，所以太阳能灯系统应该有一个受温度控制的基准电压。对于单节铅酸蓄电池是 -3~- 7mV/℃，我们通常选用 - 4mV/℃摘要： 家用太阳能光电照明系统将太阳能直接转换成电能，提供给照明灯具。系统一般由太阳能电池板、蓄电池、控制器、 DC-AC转变器和照明灯具等组成关键字： 太阳能光电照明系统 照明灯具 DC-AC 转变器家用太阳能光电照明系统将太阳能直接转换成电能，提供给照明灯具。系统一般由太阳能电池板、蓄电池、控制器、 DC-AC转变器和照明灯具等组成。家用太阳能光电照明系统框图如图 1 所示。2太阳电池板直接将太阳光能转换成电能。2蓄电池储存太阳电池提供的电能，供需要用。2控制器主要目的是保证系统能正常、可靠地工作，延长系统部件（特别是蓄电池）的使用寿命。它必须包含蓄电池过充保护电路、过放保护电路、负责过流保护电路和防反充保护电路等。2变换器变换器将太阳电池板和蓄电池输出的直流电转换成照明用电器所需的交、直流电。2 家用太阳能光电照明系统的设计系统设计着重考虑效率和高可靠性，以及使用维护简单方便。根据当地的环境条件（地理位置、太阳辐射能、气候、气象等）、负载的大小和每天使用的时间，以及其他使用要求合理地设计系统各部件。其中太阳能电池板和蓄电池目前都已有成熟的产品。系统控制器的变换器是系统设计的重点，之间关系到系统是否能高效、可靠的工作。2.1 阳光电能部分设计2.11 太阳电池板功率的计算系统所需的太阳电池板峰值功率由当地的太阳平均辐射量和负载所需的电能决定：Pk=Pm2Ws/Wt21KW/m^2式中： Pk—太阳电池板的峰值功率， KWp Ws—每天负载所需电能， KWh/d Wt—平均每天平方米太阳辐射能 KWh/(m^22d)Km—系数，考虑各部件的效率，环境温度影响等方面因素，一般取值为 1.4 — 1.7 。其取值大小也应该根据系统的成本和用户的具体情况综合考虑。2.12 蓄电池容量计算蓄电池瓦时容量 Bw和安时容量 BA由预定的连续无日照时间决定：Bw=Kb2nb2WsBA=Bw/V 式中： Bw —蓄电池瓦时容量， KWh BA — 蓄电池安时容量， Ah nb — 连续无日照天数， d V — 系统电压Kb—系数，考虑蓄电池效率、放电深度、环境温度影响因素而定，一般取值为 2.0 — 2.5 。同样，该取值大小也应该根据系统成本和用户的具体情况综合考虑。光伏系统 建筑与太阳能 工程设计本文分析了首都博物馆 300kW太阳能光伏系统工程设计中的安装和并网的技术要点，最终达到了建筑与太阳能光伏系统的系统集成。1992 年 6 月 5 日联合国在斯德哥尔摩召开了第一次人类环境会议， 6 月 13 日发表了著名的《人类环境宣言》，提出了“人类只有一个地球”。如何改善生存环境、降低能源消耗、提高居住质量成为建筑设计所面临的首要任务。1 太阳能利用是建筑节能的必然趋势目前，全球建筑物自身能耗约占世界总能耗的三分之一左右。因此，建筑应该是主要的节能领域。节能，就是探讨如何最大限度地减少能量浪费。从使用能源的目的和方式进行划分，节能可以分成直接节能，广义节能和潜在节能三种类型。直接节能，指的是减少不合理的需求来节约能耗。例如，白天关路灯，风管少漏风，下雨不浇花。一句话，直接节能就是根本不应该消耗的能源坚决不消耗。广义节能，则是指在满足需要的前提下提高能源的利用率，从而减少应该耗费的那部分能源的消耗。例如，空气热回收设备的利用，保温墙体材料的应用，光照度的合理调控，生活用水的“二次利用”等。潜在节能，是把能够利用的能源尽可能地利用起来。例如，美国有些建筑利用公共走廊地毯下安装的踏板，将人体走路时的重力作用带动发电机的中心轴，解决走廊等的照明。在可以预期的将来，潜在节能将有极大的发展。然而，在建筑节能中存在着一种表面化现象。即简单地以能耗费用作为节能标志。只看建筑运行的一次能耗形式，不考虑这种能耗形式在制造、以及转换过程的总能耗。譬如，冰蓄冷技术。不仅在它的设备制造中材料提炼、加工需要能耗，在其运行中由电到冰、由冰到冷的能量转换过程中都存在着能耗。因而，表面的舒缓高峰电力和电费开支的多少，并不意味着资源消耗的节省。我们追求的是对全人类而言的总能源的节约。因此，新型能源形式的引进是引发绿色能源革命和绿色建筑革命的交汇点，是节能的主流。其中将太阳能光伏发电系统应用于建筑就是未来的发展方向，就像石油形成今天的人类机会一样。太阳能光伏发电系统可以有效地利用建筑物屋顶和幕墙，无需占用宝贵的土地资源，这对于土地昂贵的城市尤为重要。太阳能光伏发电系统可原地发电，原地使用，减少了电力输送的线路损耗。由于太阳能发电板阵列一般安装在屋顶及墙面上直接吸收太阳能，因此太阳能光伏发电系统同时降低了墙面及屋顶的温升，减轻了建筑的空调负荷，降低了空调的能耗。太阳能光伏发电系统的各种彩色光伏组件，可以取代和节约昂贵的外饰材料（如玻璃幕墙等），使建筑物的外观统一协调，美化建筑环境；太阳能光伏发电系统正是在白天用电高峰期供电，从而舒缓高峰电力需求，这对于高峰电力紧张地区及无电少电地区更为重要。配备蓄电池后，太阳能光伏发电系统除了确保自身用电外，还能够满足安全用电设施的不断电要求。我国政府十分重视太阳能的综合开发与利用。先后将太阳能列入新能源和可再生能源技术发展的研究开发与利用战略重点。早在 1999 年国家有关部门就将开发高效率、低成本的太阳能集热、光伏技术列为优先发展的高技术产业化重点领域。根据国家 1996－ 2020 年太阳能光电发展计划，我国 2020 年的太阳能光电总容量将达到 300Mw。我国从 80 年代开始实验被动太阳能的热利用。然而，被动太阳能利用只是简单地直接转换为生活用水的加温，停留在低水平应用层。它与智能化系统也没有发生什么关系。而太阳能发电技术这个典型的主动型潜在节能，将会对智能化系统提出更高、更深的技术要求，要求智能化系统深化与供能设备、发电设备的系统集成，保证整个建筑内电力的调配和平衡。2 首都博物馆新馆的建筑条件北京市位于北纬 36 度 56 分，东经 116 度 20 分地区。全年日照 2,662 小时，平均标准日照时间为 4-5 小时。理论上每平方米日照面积可达 1,000W 能量，属太阳能资源丰富地区。首博新馆作为北京的标志性建筑物，是市政府奥运工程配套项目中的重点工程。为了更好地将建筑与艺术、建筑与高新技术相结合，配合北京 2008 年奥运会，突出“绿色北京、绿色奥运”理念，努力创造绿色、环保、节能城市整体形象，首都博物馆新馆建设工程业主委员会在市领导和有关部门的支持下，决定在首博新馆建筑屋顶安装太阳能光伏发电装置，使首博新馆建设成集节能、环保与高科技为一体的、充满现代气息的博物馆，具体而形象地表现太阳能资源利用，起到“可持续发展”的教育示范作用。首博新馆屋顶设计为平顶挑檐结构，有利于太阳能发电板的布置与安装。根据屋顶平面部分设计，安装太阳能发电板的面积 5,000 平方米强、峰值发电量达 300kW。3 太阳能光伏系统的工程风险建筑是建筑技术与艺术的结晶，在建筑中应用高新技术必须服从建筑的整体设计理念。首博新馆不是为建设太阳能系统盖一个建筑，而原来首都博物馆新馆建设任务书中并没有提出安装太阳能系统的要求。目前的建筑设计和结构设计也没有考虑屋面上再架设太阳能电池板的结构与荷载、根本没有设计安装太阳能电池板的支架接点。从建筑外观、造型的角度，我们也不希望在屋面上再加出一层太阳能屋面。因此，太阳能光伏发电系统的结构形式必须服从首博新馆建筑的整体设计理念、符合首博新馆屋顶结构设计等各种条件要求。而且太阳能光伏发电系统的安装不能破坏首博新馆建筑造型，不能破坏装饰性屋面轻盈、通透的艺术风格。太阳能电池板与屋面结合的抗风负荷问题是最大的工程风险。如何解决太阳能光伏发电板在屋面安装时对屋面负荷、造型的影响等问题，一直是建设首博太阳能光伏发电系统的核心问题。工程要保证能够成功地满足功能要求，不能够出事故。尤其不能够出重大事故。一旦刮下一片太阳能玻璃板就会酿成大祸，甚至出人命！太阳能工程必须保证建筑物的安全，太阳能系统不仅仅要保证自身系统的安全可靠，同时要确保建筑的安全可靠。必须考虑安装条件和安装方式、安装强度。包括太阳能光伏电池板在屋面安装时对屋面负荷的影响问题，包括太阳能电池板自身载荷和抗风能力、抗冰雹冲击等工程应用问题。以往的太阳能组件安装需要采用平架或者斜撑架安装方式，这种安装方式不仅会破坏建筑物的完整性和建筑外观造型，而且对屋面防水存在不利影响。特别是需要承受屋面空气层流所产生的很大的风力。根据气象资料，中国海平面的基本风速，按照 30 年一遇的 10 分钟平均风速统计值可以得到若干城市的风压系数。主要城市北京 上海 天津 济南 杭州 广州风压 kg/m 23\55\03\54\06\05 表 1、我国主要城市风压表不同高度的风压值与海平面风压之间又有一个风压高度系数 KH，离海平面高度 m1020304050 陆上风压系数 KH11.251.411.541.63 表 2、陆上风压系数表当然，建筑屋面不同的建筑形态和结构所产生的空气层流作用是各部相同的。为了检测首都博物馆新馆屋面的空气动力学特性，特地委托北京大学进行了专门的风洞试验，按照风洞试验的数据推算，首都博物馆新馆“屋面的空气层流会产生上下表面压力代数和 -2.2 以上。” 计算结果（屋面升力 F）F/m2 = 35kg/m2 3 1.54 3 ( -2.2) = -118.58kg/m2 Σ F = - 118.58kg/m2 3 5000m2 = 592,900kg ≈ 593 T综合上述因素，首都博物馆新馆采用了非晶体柔性太阳能发电板、以特种粘合剂直接粘贴在屋面板的技术形式。这样既不会影响建筑造型，也不需要对屋面结构进行重新计算和加固。特别重要的是，以特种粘合剂直接粘贴在屋面板的技术形式不再存在太阳能发电板和屋面之间的空气腔，从根本上解决了空气层流作用的发生。另外，在建筑天棚上嵌装太阳能光伏发电板时，一般都需要考虑天棚屋顶会否产生漏水问题。直接粘贴方式从根本上杜绝了渗漏问题。常见的以玻璃为基板的太阳能光伏发电板则还有一个玻璃破碎问题。即在极端的气候条件下，常常会有玻璃破碎情况发生。直接粘贴的非晶体柔性太阳能发电板以不锈钢为基板，不会因为冰雹等自然灾害发生破碎。当然，采用粘结方式，对粘合剂的性能和粘贴工艺需要特别注意。如果粘贴当时的屋面自然气温过高或者过低，都会影响到粘贴的牢固度。而且，所用的粘结剂必须能够经受得住自然气候的变化。不因为四季变化、日晒和积雪积雨而影响粘结度。平架 / 斜撑方式粘贴方式抗风能力弱抗风能力强影响屋面造型与屋面一体化易引起渗水等问题不存在渗水问题与屋面材料热膨胀的匹配问题与屋面材料热膨胀的匹配问题4 太阳能光伏系统的运行风险根据并网光伏系统是否允许通过供电区的变压器向主电网馈电，分为可逆流和不可逆流并网光伏发电系统。通常太阳能光伏发电系统有二种不同的运行模式，即根据并网光伏系统是否与公共电网并网连接，分为目前常见的通过电池储能、与公共电网分路的“独立供电方式”和与公共电网并联的“并网供电方式”。“独立供电方式”是先将太阳能光伏发电系统所发出的电能储存到电池组，转换成为化学能。然后从电池组把化学能转换成为直流电，通过逆变器变换成为交流电独立输出供给低压负载。“独立供电方式”突出的优点就是发电与用电可以不同步。太阳能光伏发电系统所发出的电能可以存储起来，不在发电当时使用。或者说，白天发电晚上用。“并网供电方式”时，太阳能光伏发电系统所发出的直流电无论是否经过化学电池组，最终通过逆变器变换产生的交流电，或者向电网发送电能，或者与电网端接同时输出到低压负载。也就是当时发电当时使用。目前，美国、德国等西方先进国家大多采取“并网供电方式”。而我国绝大多数还是采用电池储能的“独立供电方式”，太阳能光伏发电系统发出的电能独立供给负载，不与公共电网连接。前些年上海某幢大楼曾经打算采用太阳能光伏发电系统“并网供电方式”，但是由于供电部门担心影响电网的稳定性未予许可，最终未能投入运行。近年来，北京电力公司会同相关单位在如何保证并网光伏发电系统的安全和运行管理方面进行了积极的探索，取得了一些经验，在北京地区出现了多个并网光伏发电系统应用工程。为什么供电部门对并网太阳能光伏发电系统如此谨慎呢？众所周知，“并网供电方式”中太阳能光伏发电系统的逆变器输出与电网并联。而当一组电源与另一组并联时，必须保持二组电源电压、相位、频率等电气特性的一致，否则就会产生二组电源相互之间的充放电，造成整个电源系统的内耗和不稳定。首都博物馆的初衷是利用太阳能光伏发电系统解决博物馆内白天公共区域的人工照明用电，也就是白天发电白天用，因此，采用并网太阳能光伏发电系统是最直接、最有效的供能方式。而经过电池的“独立供电方式”则会增加二次电能 - 化学能 - 电能转换损耗。采用“并网供电方式”需要解决得根本问题是，从技术角度保证并网的太阳能光伏发电系统从电能质量和并网保护等方面采取措施，保证太阳能光伏系统向本身交流负载提供电能和向公共电网发送电能时的质量处于始终受控状态，保证在电网低压接入时对外供电网的影响最小。首先是并网光伏发电系统在与公共电网联接时通过变压器等进行电气隔离，形成与公共电网市政供电线路之间明显的分界点。并且保证并网太阳能光伏发电系统的发电容量在上级变压器容量的 20%以内；同时实现直流隔离，使逆变器向电网馈送的直流电流分量不超过其交流额定值的 1%。其次，要使太阳能光伏发电系统的输出电压、相位、频率、谐波和功率因数等参数在满足实用要求的同时，能够随动公共电网的相关参数。再就是设置相应的并网保护装置，一旦出现光伏系统和电网发电异常或故障时，能够自动将光伏系统与电网分离。这里，关键在于太阳能光伏系统的逆变器输出端与公共电网在低压端并接时，自控装置对公共电网的电压、相位、频率等参数进行采样，并以采样值实时调整逆变器的输出，保证并网光伏发电系统与公共电网的同步运行。首都博物馆通过研究太阳能光伏发电系统的电气特性，为了解决太阳能光伏系统在低压端并网的切换与自动补偿，在太阳能光伏系统中采取了二方面的措施。首先是在负荷设计上采用三台逆变器和保证多运行模式下光伏系统三相输出的平衡，取得三相电压的最大不平衡度不超过 4%。。另外采用了交流电源跟踪技术。当公共电网供电端的电压和频率等参数在正常范围内变化时 , 并网光伏发电系统的输出可跟踪公共电网的电压和频率、相位等的变化，随时调整其交流输出功率、交流输出电流 ( 高次谐波 ) 、频率和相位，使之与电网相匹配。光伏系统的输出电压总谐波畸变率小于 5%，输出电流总谐波畸变率小于 5%，各次谐波电流含有率小于 3%，输出频率偏差值小于 500.5Hz 。从而在运行时不造成电网电压波形过度的畸变，和导致注入电网过度的谐波电流。再就是从运行安全和维护安全的角度，在太阳能光伏发电系统中设置了三级短路开关，实施过／欠电压保护，保证设备和人身安全，防止事故范围的扩大。特别是一旦发生并网光伏发电系统电网失压时，自控装置将在 1 秒内动作，把光伏系统与电网断开，主动防止孤岛效应。同时，在建筑智能化系统的实施中，开发并完成了太阳能光伏系统与建筑设备自动化系统的接口和集成技术，实现了楼宇自动化系统对太阳能光伏发电系统的二次监控，进一步提高了太阳能光伏发电系统与公共电网之间的安全性。5 结 语太阳能光伏发电系统为子孙后代提供了可持续发展的空间，世界上许多国家（如欧洲国家、美国、日本等）都在积极倡导太阳能光伏发电。但是，正象所有的生产都需要考虑投入产出一样，任何新型能源形式的采用都会有一个消耗多少能量、产出多少能量的比率问题。太阳能光伏发电系统在生产制造过程中，无论是发电板相关的硅晶体、钢材或玻璃的冶炼，以及其他相关逆变器等各种零部件的生产加工，都需要消耗一定能量。全地球的能源是一个大系统。这些预先消耗的能量，宇建成以后产出的能量之比，是值得考虑的大问题。例如，目前有一些晶体太阳能光伏发电系统的技术水平很低级，生产中消耗的电能需要产出的太阳能板发电 19 年才能够补偿。而它的实际运行生存周期不到 20 年！而某个非晶体太阳能光伏发电系统只需要发电 7 年就能够补偿生产建设过程的能耗。可见，即使是采用新型可持续发展能源，仍然应该考虑产能技术问题。前途是光明的。随着太阳能光伏发电系统技术的提高和应用的增多，太阳能光伏发电系统必将成为 21 世纪的发展趋势太阳能光伏发电的能量是来源于取之不尽，用之不竭的太阳能，且在太阳能光伏发电的过程中，不会给空气带来污染，不破坏生态，是一种清洁安全的能源，同时又具有在自然界不断生成、并有规律得到补充的特点，所以称得上可再生的清洁能源。◆太阳能光伏发电系统的运行方式基本上可分为两类：光伏并网发电系统和独立光伏发电系统◆系统设计原理—光伏并网发电系统概要图并网运行的光伏发电系统，要求逆变器具有同电网连接的功能，并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池，而将电网作为自己的储能单元21tynwww.21tyn.com◆系统设计原理—独立光伏发电系统概要图独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，它主要用于无电网的边远地区及人口分散地区。由于必须有蓄电池储能装置，所以整个系统的造价偏高。21tyn.cn21TYN.COM◆光伏发电系统的特点没有转动部件，不产生噪音；没有空气污染、不排放废水；没有燃烧过程，不需要燃料；维修保养简单，维护费用低；运行可靠性、稳定性好；晶体硅太阳电池寿命可达到 25 年以上；根据需要很容易扩大发电规模◆太阳能光伏发电的广泛应用⑴大型光伏并网发电站该种光伏发电站无需蓄电池蓄能，政府通过对太阳能光伏发电收购价格的扶持，倡导环保绿色电力。21tyn2cn⑵屋顶光伏并网发电系统该系统适用于独立节能别墅、公寓等，通过享受卖电与买电的差价，享受更合理的建造成本优势。系统为用电负荷提供电力， 同时多余电力流向商业电网，反之，系统电力不足时，由商业电网提供所需电力。21tyn2cn系 统 装 置说 明太阳电池方阵3KW 并网逆变器5KW 白天发电产生电能卖给公用电网，晚上从公用电网买电。⑶建筑一体化光伏发电系统该光伏玻璃幕墙结构在建筑上的应用，不仅达到了传统幕墙的功能，更具备光伏发电特性，是一种节能、环保的建材。产品特点：美观，采光性好、有效利用闲余场所、可作为墙壁材料、 屋顶材料直接使用、便于施工⑷光伏发电在照明上的应用太阳能光伏发电广泛应用于城市和乡村道路、高速公路照明，公园、小区等亮化工程，形成了太阳能路灯、太阳能景观灯、太阳能庭院灯、太阳能草坪灯、太阳能水上灯、太阳能交通信号灯等系列产品。www.21tyn.com◆太阳能灯具工作原理白天，太阳能电池组件将太阳辐射能转换成电能通过控制器储存于蓄电池中；夜晚，光源通过控制器将蓄电池中的电能转换成光能用以照明。21tyn2com◆太阳能灯具与普通灯具的区别太阳能灯具与普通灯具的区别主要在于太阳能灯具内部融入了发电系统、控制系统及储能系统，整套系统全自动工作。21tyn.com◆太阳能灯具 8 大优点绿色环保 — 绿色电源 +绿色光源皇明太阳能照明是真正的绿色照明。高效节能 — 实现免电费照明利用太阳电池组件将太阳辐射能转换成电能，无需其它能源供给，运行成本低，零排放，无污染。高质量 — 解除您的后顾之忧先进的生产设备和检测设备，优质的原材料，从而保证质量的高可靠性和性能高稳定性。高亮度 — 打造亮丽城市新名片光伏电源采用高转换率太阳电池组件 , 结合最佳采光角度设计 , 为高光效电光源提供充足电力 , 实现最佳照明效果。高寿命 — 一次投资长期受益高智能化 — 实现无人值守灯具的开关全部实现自动化控制，太阳能次干道路灯更可在夜晚行人少的情况下， 降低光源的输出功率，以节省电能。高安全性 — 没有触电的危险12V、 24V 低压产品，对人体绝无伤害。灯体之间高强度连接，抗风强度 12 级。高方便性 — 消除照明死角安装简便，无需挖沟布线，可结合地形任意安装，同时可节省大量人力、物力、财力。◆ 太阳能灯的展示太阳能草坪灯21tyn.cn太阳能 — 庭院灯、景观灯系列 太阳能路灯（一） 太阳能电池板： 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。（二） 太阳能控制器： 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。（三） 蓄电池： 一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。（四） 逆变器： 在很多场合，都需要提供 220VAC、 110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是 12VDC、 24VDC、 48VDC。为能向 220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用 DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到 DC-DC逆变器，如将 24VDC的电能转换成 5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。（五） 太阳跟踪控制系统： 由于地球的自转，相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。目前世界上通用的太阳跟踪控制系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到 PLC、单片机或电脑软件中，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备复杂，非专业人士不能够随便操作。河北某太阳能光伏发电企业独家研发出了具有世界领先水平、成本低廉、简单易用、不用计算各地太阳位置数据、无软件、可在移动设备上随时随地准确跟踪太阳的智能太阳跟踪控制系统。该系统是国内 首家完全不用电脑软件的太阳空间定位跟踪仪，具有国际领先水平， 能够不受地域和外部条件的限制， 可以在 - 50℃至 70℃环境温度范围内正常使用；跟踪精度可以达到± 0.001 °， 最大限度的提高太阳跟踪精度，完美实现适时跟踪，最大限度提高太阳光能利用率。该太阳跟踪控制系统可以广泛的使用于各类设备的需要使用太阳跟踪的地方，该太阳跟踪控制系统价格实惠、性能稳定、结构合理、跟踪准确、方便易用。把加装了智能太阳跟踪仪的太阳能发电系统安装在高速行驶的汽车、火车，以及通讯应急车、特种军用汽车、军舰或轮船上，不论系统向何方行驶、如何调头、拐弯，该太阳跟踪控制系统都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳！该太阳跟踪控制技术属于具有我国自主知识产权的国家发明专利产品，