太阳能发电家用系统的设计毕业论文.pdf

沈阳工业大学毕业论文I 摘 要这项工作的主要目的是为沈阳工程学院设计一个独立的小型的光伏电站，代替原有的独立光伏路灯，为学院门内 10 个路灯供电，提供必需的电力。工作是基于大量的实地调查研究的基础上，并结合沈阳的气候和逐年逐月太阳能辐射量而完成的。通过计算沈阳的 20 年的太阳能数据， 得出沈阳地区太阳能光伏方阵的最佳倾角及相应斜面上的历年逐月的日均太阳能辐射量。利用太阳能数据进一步计算选出了该光伏系统的主要设备参数和规格。同时对设备参数进行了优化校核。最后选出了最佳的光伏方阵和蓄电池容量，相对应组合点和方阵输出电流。结合中国的新能源法对光伏电站系统进行了技术分析。本论文由七章组成：第一长介绍了光伏的基本知识，太阳能电池的应用以及中国光伏的发展。第二章主要探讨了光伏系统的基本工作原理及其相关的重要参数。第三章主要讨论了光伏系统设计的基本原则，在理论上探讨了参数分析法。第四章进入了详细的沈阳工程学院光伏系统的设计工作，具体选出了系统的设备和参数并进行了重要的优化组合，确定出最佳的光伏系统参数。第五章是对光伏系统的技术经济分析以及投资经济技术评估分析等。第六章道路照明的简介和道路照明的电器和照明技术的评价参数进行分析。结论：本光伏系统的工作电压是 24V ，带有 150 Ah （两组 Ah150 /12 V 并联）铅酸蓄电池组，总容量是 228.58 W 光伏系统（ 6 块 40W 太阳能电池组件，每两块并联成一组，再每组串联）可以满足经节能优化处理的沈阳工程学院路灯最大电力负载 720W 的要求， 光伏系统方阵的最佳倾角是 51°， 总投资预算是 1.68万元（包括土建设计费） ，动态和静态偿还期分别为 9.3 年和 5.8 年。因此既环保又节能的光伏系统前景广泛经济效益相当可观。关键词：太阳能路灯系统 经济技术评估 能源代替法 净现值 动态投资回收期沈阳工业大学毕业论文II 摘要するこれが仕事する主要な目的は瀋陽工事学院とすることであることは 1 個の自主的小型の光を設計することは伏せる発電所、代わる既存の独立し果たして伏せる街灯、カレッジドア内のために 10 個の街灯は給電して、 必要とした電力を提供する。 仕事は大量に基づく実地で研究の基礎上を調査することで、ともに瀋陽を結びつける気候は年々追って月太陽エネルギー放射の量はそれで済んで成功していた。瀋陽の 20 年の太陽エネルギーデータを計算することを通過して、 瀋陽地区太陽エネルギーの光の伏方陣を得る最善の傾角は銘々で、斜面上の数年来、月球を追う日の均しい太陽エネルギーは放射してはかる。利用して太陽エネルギーデータはさらに伏せることが当然に果たすことを選出されたと計る系の主要な装置パラメーターと規格。同時の正しい装置パラメーターは校の核を向上させた。最後に最善の光の伏方陣と蓄電池容量を選出されて、相は対応して点を打つことと枚の陣が電流を輸出することを組み合わせる。中国を結びつける新エネルギーの法はピントを調整して伏せて発電所系は技術が分析した。本論文は 7 章から組成する：第 1 は長く光の伏せた基本的知識を紹介して、太陽電池で国光の伏せた発展を応用して並びに当たる。第 2 章は系の基本的仕事原理は光が伏は研究して主要にその相関的な重要なパラメーター。三番目に章は主要に光が伏せるかどうか討論した系設計した基本的原則、理論にパラメーター分析法を研究した。第 4 章は詳細な瀋陽工事学院の光が伏の系の設計仕事に入った、具体的に系の装置とパラメーターがともに重要な向上が組み合わせたことを選出されて、確定して最善から出す光は伏せる系パラメーター。第 5 章はあるピントを調整して伏せる系の技術経済的に分析して並びに投資する経済技術が分析などを評価すること。第 6 の章道道照明の略説と道路照明の電気器具と照明技術的評価パラメーターは分析する。結論：本光伏系の仕事電圧は 24 で、 150 の（ 2 組は／ 12 は聯を並べる）鉛の酸っぱい蓄電池の組を帯びて、 総容量は 228.58 の光伏系である （ 6 塊の 40 の太陽電池モジュール、それぞれの 2 塊は聯成一の組を並べて、再びそれぞれ 1 直線に並んで）省エネルギーを経ることを満足可能なことは取り組んだ瀋陽工事学院街灯の最も大きい電力負荷の 720の要求を向上させる、 光伏系の枚の陣の最善の傾角は 51 のーで、 およそ投資して予算してある 1.68 の 10000 元の（土が計料を建設を包括する） 、動きと静態は予定してそれぞれ 9.3 年と 5.8 年とすることを返済する。 それゆえすでに環境保護かつ省エネルギーの光は伏せて系前景広範な経済効果は余程であり見る価値がえている。肝心の語：太陽エネルギー街灯系 経済的技術は評価する エネルギー資源は法に代わる 裸の現値 動きは投資して期日を回収する沈阳工业大学毕业论文III 毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日沈阳工业大学毕业论文IV 目录摘 要 . I摘要する . II第一章太阳能光伏知识 11.1 太阳能电池的应用 . 1 1.2 中国太阳能资源 . 2 1.3 中国的太阳能光伏发电 . 2 1.4 选题背景 . 4 第二章太阳能光伏发电系统原理、组成及运行方式 . 62.1 原理 . 6 2.2 组成 . 6 2.2.1 太阳能电池方阵 . . 6 2.2.2 防反充二极管 . . 9 2.2.3 蓄电池组 . 10 2.2.4 控制器 . 10 2.2.5 逆变器 . 12 2.2.6 测量设备 . 122.3 运行方式 . 13 第三章太阳能光伏发电系统的设计原理 . 143.1 解析设计方法 . 14 3.1.1 LOLP 设计法 . 14 3.1.2 参数分析法 163.2 模拟设计方法 . 16 第四章 路灯光伏电站系统设计 . 174.1 太阳能光伏发电系统的设计 . 17 4.1.1 负载的计算 . 18 4.1.2 蓄电池容量的确定 . 19 4.1.3 独立光伏发电系统的设计步骤 . 204.2 光伏系统工程设计 25 4.2.1 光伏发电系统设计的基本指导思想 25 4.2.2 沈阳地区的地理概况及基本气象资料 . 26 4.2.3 主要负载指标 . 274.3 路灯光伏电站计算的参数结果 . 27 4.3.1 总体技术方案及基本工作原理 . 27 4.3.2 路灯光伏电站系统参数计算 . 28 4.3.3 线损计算及校核 . 32第五章光伏路灯系统的技术经济分析 . 335. 1 系统的投资预算 . 34 沈阳工业大学毕业论文V 5. 2 光伏路灯系统的技术经济评价 34 5.2.1 评价方法 . 34 5.2.2 技术经济评价 . 34第六章道路照明的技术及指标 376.1 可见度 . 38 6.2 质量指标 . 38 第七章 结论 397.1 论文工作的过程 . 40 7.2 结论 40 参考文献 41致谢 43第一章太阳能光伏知识1.1 太阳能电池的应用太阳能电池是光伏发电系统中得能源转换器件， 将太阳得光能转换成电压得以利用，是整个系统的心脏，如果出现故障则整个系统就必然瘫痪，不能工作。能产生光生电压即光生伏打效应的材料有许多钟，如单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化钾，硒铟铜等。硅太阳能电池“硅”是地球上储藏量最丰富的材料之一，生产过程大致可分为提纯，拉棒，切片，制电池，封装等五个步骤。太阳电池基本性质 : a. 光电转换效率 η(%): 评估太阳电池好坏的重要因素。目前：实验室 η <34%，产业化： η ≈ 15%— 20% １； b. 单体电池电压 V： 0.4V — 0.6V 由材料物理特性决定； c. 填充因子FF(%)， ： 评估太阳电池负载能力的重要因素 FF<84%； d. 标准光强与环境温度 : 地面： AM 1.5 光谱 ,1000W/m2,t=25℃； e. 温度对电池性质的影响。硅太阳能电池目前主要有 3中已经商业化，即单晶硅，多晶硅和非晶硅太阳能电池。 单晶硅太阳能电池由于琐事用的单晶硅材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质， 致使材料成本比较昂贵。 而多晶硅太阳能电池的效率一般低于单晶硅， 但是可以用铸造的方法生产， 所以他的成本也比单晶硅要低。 至于非晶硅， 再太阳能打功率发电方面的应用前景是渺茫的。 相比较之下多晶硅在将来回得到更大的发展。单晶硅电池组件多晶硅电池组件1.2 中国太阳能资源太阳能是巨大的可再生能源，它资源丰富，分布广泛，既可免费使用，又无需运输，并且清洁干净，对环境没有污染。但它也存在着能流密度低、不连续、不稳定等重要缺点，限制了开发利用。我国地域辽阔， 地处北半球欧亚大陆的东部，主要处于温带和亚温带，具有比较丰富的太阳能资源。地球上太阳能资源的分布，与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件等有关， 具有明显的地域性。 太阳能资源的丰度一般以太阳能年总辐射量 [ 单位为 kJ/(cm 2 a )] 和年平均日照时间 (h) 表示。我国太阳能利用资源条件较好的地方约占国土总面积的 2/3 以上，年辐射总量大于 5020MJ/m2，年日照时数在 2200h 以上。 除四川盆地和相邻地区外， 我国绝大部分地区的太阳能资源相当或超过国外同纬度地区的太阳能资源， 特别是青藏高原中南部太阳能资源尤为丰富，具有极好的开发利用价值。1.3 中国的太阳能光伏发电中国于 1958 年开始研制太阳能电池， 1959 年第一块有实用价值的太阳能电池诞生。中国于 1971 年 3 月首次应用太阳能电池作为科学实验卫星的电源，开始了太阳能电池的空间应用。中国于 1973 年首次在灯浮标上进行应用太阳能电池供电试验，开始了太阳能电池的地面应用。经过 40 多年的努力， 中国的光伏发电技术已具有一定的水平和基础。 到 2002年地，已建成 10 个初具规模的光伏电池专业生产厂，光伏电池组件的年生产能力约为 10MW,其中单晶硅电池为 8WM，非单晶硅电池为 2WM。中国光伏电池的主要产品是单晶硅电池、 多晶硅电池和非晶硅电池。 商品单晶硅电池组件的转换效率为 11%～ 14%，功率为 35～ 70Wp。商品多晶硅光伏电池组件的转换效率为 10%～ 13%，功率为 35～ 70Wp。商品非晶硅光伏电池组件的转换效率为 4%～ 6%，功率为 11～ 12Wp，为单节 p-I-n 电池。2002 年中国光伏电池组件的产量约为 9MW， 其中单晶硅和多晶硅光伏电池组件约为 8MW，非晶硅光伏电池组件约为 1MW。在单硅和多晶硅光伏电池组件中，包括用进口光伏电池封装的组件，未包括出口的草坪灯等消费品用的光伏电池。在非晶硅光伏电池组件中，未包括出口的电子计算器等消费品用的光伏电池。2002 年中国单晶硅和多晶硅光伏电池组件的售价为 33～ 40 元 /Wp，非晶硅光伏电池组件的售价为 24～ 26 元 /Wp。从总体上讲， 与国外发达国家相比， 中国的光伏发电技术及其产业还有很大差距，存在的主要问题是：1） 规模小。 目前中国商品晶体硅光伏电池生产厂的规模化在 3～ 10MW之间，比国外的 50～ 100MW的生产规模小得多。2）技术水平低。目前中国商品晶体硅光伏电池组件的光电转换效率多在10%～ 14%之间； 组件的封装水平低， 工程应用不时发现有的组件经过几年的使用有发黄、起跑、焊线脱落、效率下降等现象出现；组件的实际使用寿命，也不如国外产品。非晶硅光伏电池厂只能生产单节电池，转换效率低，稳定性差，目前尚不能生产双节和三节电池。3）平衡设备薄弱落后。光伏发电用的控制器、逆变器等关键平衡设备，至今尚缺少具有一定规模并拥有较先进生产和检测设备的专业工厂生产， 仅在几个研究所和小厂少量生产， 技术性能不够高， 可靠性较低， 品种规格少， 价格也高，更谈不上研究开发更先进的产品。4）用材料的国产化程度不高。银浆、低铁钢化玻璃、 PVF、 TPT等关键封装材料尚未真正实现国产化。国家曾把专用材料的国产化列入“八五” 攻关计划进行攻关， 虽然取得了一定成果， 但性能仍然不如国外产品， 各生产厂为保证产品质量，目前许多专用材料仍然从国外进口。5） 成本、价格高。 目前晶体硅光伏电池组件的生产成本约为 25～ 30 元 /Wp，平均售价约为 33～ 45/Wp，成本和售价均高于国外产品，在国际市场上缺乏竞争力， “入世”实行进口光伏电池零关税后受进口产品的冲击很大。6）产品与系统的标准、规范不健全，检测认证体系尚待完善与建立。对于以上问题，应采取措施，下大力气加以解决。值得高兴的是，目前几个生产能力为 3～ 10MW、技术起点高的多晶硅光伏电池厂正在积极建设中，即将陆续全面投入生产。中国地域辽阔、人口众多，电网难以覆盖的无电地区面积大、人口多，许多特殊领域需要采用光伏发电供电， 因此光伏发电的潜在市场十分巨大。 我们应采取有力措施，加大投入力度， 加快中国光伏技术的发展和产业建设， 以占领这个市场。 中国近期光伏发电的重点应用项目有家用光伏电源、 微波通信中继站光伏电源、乡村光伏电站、光缆通信站光伏电源、输油输气管道阴极保护光伏电源、铁路信号光伏电源、航标灯光伏电源、边防哨所光伏电源、气象站光伏电源、卫星电视接受站和差转台光伏电源等。1） 1995 年 11 月，国家计委、国家科委、国家经贸委制定并颁发了《新能源和可再生能源发展纲要 （ 1996～ 2010） 》 。 纲要把光伏发电技术的开发和利用作为发展重点之一， 提出： 特别要在太阳能电池组件和配套的技术装备方面加强研究开发，努力降低系统造价；在 2000 年前，完成西藏 9 个无电县独立光伏电站的建设， 大力推广应用小功率光伏电源系统， 建立分散型和集中型兆瓦级联网光伏示范电站。并提出了提高认识、加强领导、指定优惠政策、加强科研和示范、加强产业建设、开展国际合作引进国际先进技术和资金等对策和措施。2）国家计委在“中国光明工程”中提出：利用光伏发电和风力发电到 2010年实现为 600多万户、 计 2300多万无电人口供电， 是他们达到人均拥有电量 100W的水平，相当与届时全国人均拥有电量的 1/3；同时，并为有光有风无电地区的边防哨所、通信台站、公路道班、输油输气管道站和铁路信号等解决供电问题。工程的首期目标，是在 5 年的时间内，使 800 万无电人口用上电，并同时完成2000 个无电村、 100 个无电哨所和 100 个微波及光蓝通信站的光伏发电和风力发电建设。初步计算，实现整个工程目标将共需光伏电池 106MW 以上。1.4 选题背景辽宁地区光照资源较为丰富，全省各地日照时数为 1000～ 1350 小时。总的分布状况是西部多， 东部少。 朝阳地区以及义县、 北宁、 康平、 昌图等地为 1300～1350 小时；辽东大部地区为 1000～ 1100 小时；其他地区为 1100～ 1300 小时。沈阳市地理位置东经 123° 26′， 北纬 41° 46′处于暖温带半湿润气候地区， 海拔高度 43 米。春温回升快，日照足，风力强盛，相对湿度低，降水变率大，蒸发量大，空气干燥；夏热，多阴雨，空气湿润；秋短，降温快，天高气爽；冬长，寒冷干燥，多晴。 太阳光辐射量在 4200～ 5400MJ/(m2· a) 比较适宜发展太阳能光伏发电系统。第二章太阳能光伏发电系统原理、组成及运行方式2.1 原理太阳能光伏发电的能量转换器件是太阳能电池， 又叫光伏电池。 太阳能电池发电的原理是光生伏打效应。当太阳光（或其他光）照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光生电子——空穴对。在电池内建电场作用下， 光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压” ，这就是“光生伏打效应” 。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有 “光生电流”流过， 从而获得功率输出。 这样， 太阳的光能就直接变成了可以付诸实用的电能。2.2 组成独立型光伏发电系统，其系统组成如图 2— 1 所示。控制器 直流负 载直流负载蓄电池组太阳能电池方阵图 2—— 1 太阳能电池发电系统示意图2.2.1 太阳能电池方阵太阳能电池单体是光电转换的最小单元， 尺寸一般为 2cm 2cm到 15cm 15cm不等。 太阳能电池单体的工作电压约为 0.45 ～ 1.5V， 工作电流约为 20～ 25mA/cm2,一般不能单独作为电源使用。 将太阳能单体进行串并联并封装后， 就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几百瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联并装在支架上， 就构成了太阳能电池方阵， 可以满足负载所要求的输出功率。（ 1）简介。一个太阳能电池只能产生大约 0.45V 电压，远低于实际应用所需要的电压。为了满足实际应用的需要， 须把太阳能电池连接成组件。 太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池， 这些太阳能电池通过导线连接。 一个组件上，太阳能电池组件的标准数量是 36 或 40 个（ 10cm× 10cm） ，这意味着一个太阳能电池组件大约能产生 16V的电压， 正好能为一个额定电压为 12V 的蓄电池进行有效的充电。通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件， 具有一定的防腐、防风、防雹、防雨等的能力，广泛应用于各个领域和系统。当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时， 可以把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。（ 2）封装类型。太阳能电池的可靠性在很大程度上取决于防腐、防风、防雹、防雨等的能力。 其潜在的质量问题是边沿的密封以及组件背面的接线盒。 太阳能电池的封装方式主要有以下两种： ①双面玻璃密封。 太阳能电池组件的正反两面均是玻璃板， 太阳能电池被镶嵌在一层聚合物中。 这种密封方式存在的一个主要问题是玻璃板与接线盒之间的连接。 这种连接不得不通过玻璃板的边沿， 因为在这种玻璃板上打孔是很昂贵的。 ②玻璃合金层叠密封。 这种组件的前面是玻璃板，背面是一层合金薄片。合金薄片的主要功能是防潮、防污。太阳能电池组件中，电池与接线盒之间可用导线连接。（ 3）电气特性。组件的电气特性主要是指电流——电压特性，也称为 I— V曲线，如图 2—— 2 所示。 I— V 曲线显示了通过太阳能电池组件传送的电流 Im与电压 Vm 在特定的太阳辐照度下的关系。图 2— 2 太阳能电池 I — U特性曲线I －电流； I sc－短路电流； I m－最大工作电流；V－电压； Voc－开路电压； Vm－最大工作电压；Pm－最大功率；如果太阳能电池组件电路短路即 V=0， 此时的电流称为短路电流 I sc； 如果电路开路即 I=0 ，此时的电压称为开路电压 Voc. 太阳能电池组件的输出功率等于流经该组件的电流与电压的乘积，即 P=VI。当太阳能电池组件的电压上升时， 例如通过增加负载的电阻值或组件的电压从 0（短路条件下）开始增加时，组件的输出功率亦从 0 开始增加；当电压达到一定值时，功率可达到最大，这时当阻值继续增加时，功率将跃过最大点，并逐渐减少至 0， 即电压达到开路电压 Voc。在组件的输出功率达到最大的点，称为最大功率点；该点所对应的电压， 称为最大功率点电压 Vm（又称为最大工作电压） ；该点所对应的电流， 称为最大功率点电流 I m( 又称为最大工作电流 ) ； 该点的功率，称为最大功率 Pm。随着太阳能电池温度的增加，开路电压减少，大约每升高 1℃每片电池的电压减少 5mV，相当于在最大功率点的典型温度系数为 -0.4%/ ℃。也就是说，如果太阳能电池温度每升高 1℃，则最大功率减少 0.4%。（ 4）性能测试。由于太阳能电池组件的输出功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和太阳能电池温度，因此太阳能电池组件的测量在标准条件下（ STC）进行，测量条件被欧洲委员会定义为 101 号标准，其条件是：光谱辐照度，1000W/m2；光谱， AM1.5；电池温度， 25℃。在该条件下，太阳能电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率，表示为 Wp。在很多情况下，组件的峰值功率通常用太阳能模拟器测定并与国际认证机构的标准化的太阳能电池进行比较。 在户外测量太阳能电池组件的峰值功率是很困难的， 因为太阳能电池组件所接受到的太阳光的实际光谱取决于大气条件及太阳的位置；此外，在测量的过程中， 太阳能电池的温度也是不断变化的。在户外测量的误差很容易达到 10%或更大。（ 5）热斑效应和旁路二极管。在一定的条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件将被当作负载，消耗其他被光照的太阳能电池组件所产生的能量。被遮挡的太阳能电池组件此时将会发热， 这就是热斑效应。 这种效应能很严重地破坏太阳能电池。 有光照的太阳能电池所产生的部分能量或所有的能量， 都可能被遮蔽的太阳能电池所消耗。 为了防止太阳能电池由于热斑效应而被破坏， 需要在太阳能电池组件正负极间并联一个旁路二极管， 以避免光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所消耗。（ 6）连接盒。连接盒是一个很重要的元件，它保护太阳能电池与外界的交界面及各组件内部连接的导线和其他系统元件。 它包含 1 个接线盒和 1 只或 2 只旁路二极管。（ 7）可靠性和使用寿命。考察太阳能电池组件可靠性的最好方式是进行野外测试， 但这种测试需经历很长的时间。 为能用较低的费用在相似的工作条件下以较短的时间测量出可靠性， 一种新型的测试方法正在发展之中， 即加速使用寿命测试方法。 这种测试方法， 主要是依据野外测试和过去所执行的加速度测试之间的关联度， 并基于理论分析和参照其他电子测量技术以及国际电工技术委员会太阳能光伏能源系统标准化委员会的测试标准（ IEC/TC82）而设计的。 在 IEC 规范的 503 条中描述了一整套可靠性的测试方法。 这一规范包含如下测试内容： UV照明测试；高温暴露测试；高温 / 高湿测试；框架扭曲度测试；机械强度测试；冰雹测试；温度循环测试。太阳能电池发电系统中的太阳能电池组件的期望使用寿命至少是 20 年。实际的使用寿命决定于太阳能电池组件结构性能和当地环境条件。2.2.2 防反充二极管又称阻塞二极管。 其作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和夜晚不发电时或出现短路故障时蓄电池组通过太阳能电池方阵放电。 它串联在太阳能电池方阵电路中， 起单向导通作用。 要求其能承受足够大的电流， 而且正向电压降要小，反向饱和电流要小。一般可选用合适的整流二极管。2.2.3 蓄电池组其作用是贮存太阳能电池方阵受热时所发出的电能并随时向负载供电。 太阳能电池发电系统对所用蓄电池组的要求是：①自放电率低；②使用寿命长； ③深放电能力强；④充电效率高；⑤少维护或免维护；⑥工作温度范围宽；⑦价格低廉。 目前我国与太阳能电池发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。 配套 200Ah以上的铅酸蓄电池， 一般选用固定式或工业免维护铅酸蓄电池；配套 200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池。2.2.4 控制器是光伏发电系统的核心部件之一。光伏电站的控制器一般应具备如下功能：①信号检测。 检测光伏发电系统各种装置和各个单元的状态和参数， 为对系统进行判断、控制、保护等提供依据。需要检测的物理量有输入电压、充电电流、输出电压、 输出电流以及蓄电池温升等。 ②蓄电池最优充电控制。 控制器根据当前太阳能资源情况和蓄电池荷电状态，确定最佳充电方式，以实现高效、 快速地充电，并充分考虑充电方式对蓄电池寿命的影响。 ③蓄电池放电管理。 对蓄电池放电过程进行管理，如负载控制自动开关机、 实现软启动、 防止负载接入时蓄电池端电压突降而导致的错误保护等。④设备保护。 光伏系统所连接的用电设备， 在有些情况下需要由控制器来提供保护， 如系统中因逆变电路故障而出现的过压和负载短路而出现的过流等， 如不及时加以控制， 就有可能导致光伏系统或用电设备损坏。⑤故障诊断定位。当光伏系统发生故障时，可自动检测故障类型，指示故障位置，为对系统进行维护提供方便。⑥运行状态指示。通过指示灯、显示器等方式指示光伏系统的运行状态和故障信息。光伏发电系统在控制器的管理下运行。 控制器可以采用多种技术方式实现控制功能。 比较常见的有逻辑控制和计算机控制两种方式。 智能控制器多采用计算机控制方式。（ 1）逻辑控制方式。是一种以模拟和数字电路为主构成的控制器。通过测量系统有关的电气参数，由电路进行运算、判断，实现特定的控制功能。（ 2）计算机控制方式。能综合搜集光伏系统的模拟量、开关量状态，有效地利用计算机的快速运算、判断能力， 实现最优控制和智能化管理。 它由硬件线路和软件系统两大部分组成。硬件线路和软件系统相互配合、协调工作， 实现对光伏发电系统的控制和管理。硬件线路以 CPU为核心，由电流和电压测量电路、状态测量电路获取系统的有关电流、 电压、 温度及各单元工作状态和运行指令等信息，通过模拟输入通道和开关输入通道将信息送入计算机；另一方面， 计算机经过运算、判断所发出的调节信号、 控制命令， 通过模拟输出通道和开关输出通道送往执行机构， 由执行机构根据所收到的命令进行相应的调节和控制。 软件系统是针对特定的光伏发电系统而设计的应用程序。 它由调度程序和若干实现专门功能的软件模块或函数组成。 调度程序根据系统的当前状态， 按设计的方式完成检测、运算、控制、管理、告警、保护等一系列功能，根据设计的充电方式进行充电控制和放电管理。由于计算机特别是单片机价格低廉、设计灵活、 性能价格比高， 因此目前设计生产的光伏电站用的控制器， 大多采用单片机技术来实现其控制功能。2.2.5 逆变器本设计不涉及逆变器， 这里只对逆变器作以简单介绍。 逆变器是将直流电变换成交流电的设备。 由于太阳能电池和蓄电池发出的是直流电， 当负载是交流负载时，逆变器是不可缺少的。 对逆变器的基本要求是： ①能输出一个电压稳定的交流电。 无论是输入电压出现波动， 还是负载发生变化， 它都要达到一定的电压稳定精度，静态时一般为 2%。②能输出一个频率稳定的交流电。要求该交流电能达到一定的频率稳定精度， 静态时一般为 0.5%。 ③输出的电压及其频率在一定范围内可以调节。一般输出的电压可调范围为 5%，输出频率可调范围为2Hz。④具有一定的过载能力，一般能过载 125%～ 150%。当过载 150%时，应能持续 30s；当过载 125%时，应能持续 1min 及以上。⑤输出电压波形含谐波成分应尽量小。一般输出波形的失真率应控制在 7%以内，以利于缩小滤波器体积。⑥具有短路、 过载、 过热、 过电压、 欠电压等保护功能和报警功能。 ⑦起动平稳，起动电流小，运行稳定可靠。⑧换流损失小，逆变频率高，一般在 85%以上。⑨具有快速的动态响应。 逆变器按运行方式， 可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统， 为独立负载供电。 并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统， 将发出的电能馈入电网。 逆变器按输出波形又可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器，电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器，成本高，但可以适用于各种负载。从长远看，晶体管正弦波（或准正弦波）逆变器将成为发展的主流。2.2.6 测量设备对于小型太阳能电池发电系统， 只要求进行简单的测量， 如蓄电池电压和充放电电流， 测量所用的电压表和电流表一般就装在控制器上。 对于太阳能通信电源系统、 管道阴极保护系统等工业电源系统和中大型太阳能光伏电站， 往往要求对更多的参数进行测量，如太阳能辐射、环境气温、充放电电量等，有时甚至要求具有远程数据传输、 数据打印和遥控能力， 这就要求为太阳能电池发电系统配备数据采集系统和微机监控系统。2.3 运行方式由于阳光资源具有分散性， 而且随处可得， 太阳能电池发电系统特别适合于作为独立电源使用， 如边远无电地区的村庄及家用供电系统、 太阳能电池照明系统、 太阳能电池水泵系统以及太阳能通信电源系统等都属此类。 太阳能电池发电系统还可以同其他发电系统组成混合供电系统， 如光——风混合发电系统、 光——风——油混合发电系统等。 由于风力发电系统的成本低， 又由于风能和太阳能资源在许多地区具有互补性， 从而可以大大减少蓄电池的容量， 因此光——风混合发电系统的投资一般可比独立太阳能电池发电系统减少 1/3 以上。 太阳能电池发电系统发出的直流电通过并网逆变器馈入电网。 并网发电系统又可分为被动式并网发电系统和主动式并网发电系统。 被动式并网发电系统不带有储能系统， 馈入电网的电力完全取决于日照的情况， 不可以调度； 主动式并网发电系统带有储能系统，可以根据需要随时将太阳能电池发电系统并入或退出电网。实践证明，并网太阳能光伏发电系统可以对电网调峰， 提高电网末端的电压稳定性、 改善电网的功率因数和有效地消除电网杂波，具有很多优越性。第三章太阳能光伏发电系统的设计原理太阳能光伏发电系统的输入能量是不规则变化的太阳能。 太阳能时时刻刻变化着，其累计值也是不规则变动着；太阳能电池的性能也并非固定不变。显然，太阳能光伏发电系统的设计是相当麻烦的。 本章主要讨论太阳能光伏发电系统的几种常用的设计方法。其中，比较实用的一种方法是不直接处理不规则的事项，而是采用定型化经验公式的方法，也就是参数分析法。一般地说， 太阳能光伏发电系统设计所用的方法，如图 3-1 所示，大致可分为解析方法和模拟方法两类。图 3— 1太阳能光伏发电系统的设计方法分类3.1 解析设计方法对于解析方法而言， 首先要组建表示系统动态的代数式， 之后要使用电脑或设计图线，按照公式依次顺序求解，旨在求得设计中所必需的未知数。3.1.1 LOLP 设计法然而， 由于各种状态量和系数是不规则变动着的，直接处理就相当困难，其中的一种处理方法是将系统以概率变数记述。此法作为理论上的处理是灵活的，但在使用时可以说缺乏实用性。具有代表性的此类方法是 LOLP（ Loss of load probability ）法，用这一法可在设计上反映独立系统的停电概率。太阳能电池板发出的电力是到达入射板的日射强度与其面积和效率的乘积。 电池板发电量不仅随每日循环、 季节循环等气候条件的变化而变化， 同时由于负荷所要求的电力和日射模型并不一致， 所以必须要有蓄电池作为缓冲。 系统设计中应预料日射的变化， 对太阳能电池板与蓄电池容量进行优化组合， 以满足向用户供电的可靠性。这种可靠性的水平就叫做负荷概率损失（ Loss of load probability ，缩写为LOLP） 。 LOLP 表示系统满足负荷要求的水平，当 LOLP=0时， 则意味着系统能完全满足负荷的要求；而当 LOLP=1 时，则表示系统不能满足负荷的要求。近年来国际上使用的设计方法是： 根据负载的用电要求和现场的地理及气象资料， 用模拟方法计算并画出一系列相应于不同 LOLP 值的光伏组件及蓄电池容量关系曲线( 近似于双曲线 ) ，再按照负载的用电级别等因素定出 LOLP 值，确定其中一条曲线，这样得到了许多满足同一 LOLP 值的不同光伏方阵与蓄电池容量的组合，即在同一条等可靠 LOLP 曲线下， 既可增加光伏组件而减少蓄电池容量， 也可相反，然后再根据经济性确定最佳组合。光伏系统的寿命周期总成本 TLC由下式得出：TLC cbBaP ii (3 — 1) 式中， a 为光伏组件的单价（元 / 峰瓦） ， Pi 为光伏组件峰瓦数， b 为蓄电池单价（元 / 瓦时） ， Bi 为蓄电池瓦时数， c 为其它投资费用，包括设备、工程、安装、运行、维护等费用，以及在寿命周期内更换蓄电池及控制器元件等费用，此外还要考虑银行利率等因素。将各组的 Pi 及 Bi 值分别代入式 3-1 （对等号右面第三项 c 也有影响） ， 得出 TLC 最小的一组 P 和 B， 即为最佳的光伏方阵及蓄电池容量组合。 由于目前太阳能电池和蓄电池价格昂贵 , 因此光伏系统的设计总原则是： 在保证满足负载用电需要的前提下 , 应采用最少的光伏组件和蓄电池容量 , 以尽量减少投资对于系统的可靠性指标， 用负载损失概率 LOLP 来衡量。 LOLP=0，表示任何时候发电系统都能满足负载的用电需要，可靠性为 100%； LOLP=1， 则表示在所有时间内都不能满足负载用电需要。所以一般情况下，系统的 LOLP 值都在 0 与 1 之间。 在设计时可以根据负载的用电级别等因素， 确定合理的 LOLP 值。该值并非越小越好，如果取得太小， 将会大大增加光伏方阵及蓄电池容量， 造成浪费。 在设计一些用电级别较高的系统时， 常有用户提出要求光伏系统供电在任何时候都不能中断，即要求 LOLP=0，实际上这种要求连交流电网都难以做到，如果要求在边远地区使用的光伏系统， 其供电可靠程度比大城市还高， 显然是不合理的。实际在设计中通常去 LOLP=10-3。这些技术， 对于固定倾角设置、 带有蓄电池系统及按平均值的负荷电力供给量是有效的然而，计算 LOLP 关系曲线需要详尽的负载特性及现场地理和气象等资料，还要经过复杂的计算，一般不易办到。