太阳能供电系统必要部件介绍

一、太阳能供电系统必要部件介绍太阳能供电系统由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池 （组） 组成。如输出电源为交流 220V 或 110V，还需要配置逆变器。系统由以下几部分组成：（一）太阳能电池组件：太阳能电池组件是太阳能供电系统中的核心部分，也是太阳能供电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能量转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池组件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：一般为铅酸电池或胶体电池。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组件所供出的电能储存起来，到需要的时再释放出来。（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，需要将太阳能供电系统所供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。具体原理图：2、太阳能供电系统的设计需要考虑如下因素：Q1、 太阳能供电系统在哪个地区使用？该地日光辐射情况如何？Q2、 系统的负载功率多大？Q3、 系统的输出电压是多少，直流还是交流？Q4、 系统每天需要工作多少小时？Q5、 如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？Q6、 负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？Q7、 系统需求的数量，数量越大，发电成本会降低。3、以移动无人值防站为例的技术方案一、 假定用户对负载的要求为：1、 整套系统的最大负载功率： 500W 2、 负载工作电压和频率： AC220V 50HZ 3、 系统设计的工作时间：每天 8 小时满负载运行，考虑 3 个阴雨天能正常工作二、 系统工作的环境1、 系统工作地点： 山东某地2、 系统工作纬度：3、 全年日照时间：4、 日平均有效日照时间：5、 安装最佳倾角：三、 智能太阳能供电系统配置方案1、 太阳能电池组件：选用多晶硅或单晶硅太阳能电池组件，保证使用寿命 25 年，峰值功率设计为1000Wp，采用单体组件规格采用 24V200W 电池板 5 个并联安装，具体的规格如型号 Parameter Type 最大值 Max Power(W) 外形尺寸 Dimension(mm) 重量 Weight(kg) 最大工作电流Max(A) 最大工作电压 Max Voltage (V) 短路电流 Short CircuitA 开路电压 Open CircuitVoltage (V) QXC200W/72 200 1640*992*50 20.0 6.80 29.4 8.00 36.0 2、 太阳能专用智能控制器： 采用 24V45A 光伏专用控制器一台，维保 2 年，建议使用德国 Steca Tarom 245， 12V/24V 电压自动识别， 45A，带液晶显示功能。3、 太阳能光伏系统专用逆变器：采用 24V600W 小功率正弦波逆变器，要求蓄电池组提供直流电压是24V ，输出为纯净的正弦波电源，型号是 SPXS600-212/224。4、 免维护铅酸蓄电池组：采用 12V100AH 电池 10 节，每组 2 节串联，共 5 组并联，质保 3 年。具体型号： 6-FM-100 ，外型尺寸 406*174*233(238), ，净重 32kg，5、 蓄电池柜及连接电缆 ： 采用 A10 的标准高级喷漆电池柜 ， 物理尺寸是 780*470*950mm ， 重量是 39kg，分体柜，到现场安装。补充说明：1、 在该系统安装环境下，正常光照 1 天（光照不小于 8 小时）可供 500W 的负载使用 8 小时 /每天，在不连续阴雨的条件下，电池充足电后可连续工作 3 天。2、 、该系统蓄电池组的配置已经考虑了温度对电池性能的负面影响，用户也可自行配置其他品牌电池。建议选择胶体免维护电池，系统电池的寿命会大大提高，同时成本会提高。二、太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法（ GB/T19064-2003 ）本标准规定了离网型太阳能光伏电源系统及其部件的定义、分类与命名、技术要求、文件要求、试验方法、检验规则以及标志、包装。 本标准适用于由太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器及用电器等组成的家用太阳能光伏电源系统。5、 系统构成、技术特性及安装的基本要求5.1 太阳能电池方阵5.1.1 太阳电池方阵由一个或多个太阳能电池组件构成。如果组件不止一个，组件的电流和电压应基本一致，以减少串、并联组合损失。5.1.2 依据当地的太阳能辐射参数和负载特性，确定太阳能电池方阵的总功率；依据所设计系统电压电流要求，确定太阳能电池方阵串并联的组件数量。5.1.3 太阳能电池方阵支架用于支撑太阳能电池组件。太阳能电池方阵的结构设计要保证组件与支架的连接牢固可靠， 并能很方便地更换太阳能电池组件 。太阳能电池方阵及支架必须能够抵抗 120km/h 的风力而不被损坏。5.1.4 支架可以是倾角可调节的，或是安装在一个固定的角度，以使太阳能电池方阵在设计月份中（即平均日辐射量最差的月份）能够获得最大的发电量。5.1.5 所有方阵的紧固件必须有足够的强度，以便将太阳能电池组件可靠地固定在方阵支架上。太阳能电池方阵可以安装在屋顶上，但方阵支架必须与建筑物的主体结构相连接，而不能连接在屋顶材料上。5.1.6 对于地面安装的太阳能电池方阵，太阳能电池组件与地面之间的最小间距要在0.3m 以上。立柱的底部必须牢固地连接在基础上，以便能够承受太阳能电池方阵的重量并能承受设计风速。5.1.7 对于便携式小功率电源，太阳能电池板应带有支架，使之安放可靠。5.2 蓄电池5.2.1 蓄电池组可以由一只或多只蓄电池串联组成，并联的蓄电池不能超过 4 只。适合系统使用的蓄电池类型包括深循环型铅酸蓄电池、 密封型铅酸蓄电池、 普通开口铅酸蓄电池和碱性镉镍蓄电池等。5.2.2 深循环型铅酸蓄电池是应用于家用太阳能光伏电源系统的首选产品。5.2.3 根据当地的连续阴雨天情况设计蓄电池的最小容量。深循环铅酸蓄电池的设计放电深度（ DOD ）为 80% ，浅循环铅酸蓄电池的设计放电深度（ DOD ）为 50% 。5.2.4 使用铜镀铅连条或铜带将蓄电池相互连接在一起。蓄电池必须提供便于用螺栓连接的极柱。应当在蓄电池电极端涂上防锈黄油，经保护蓄电池的电极端不被腐蚀。蓄电池的正负极性要清楚地标明。5.2.5 蓄电池可以是带液充满电的，也可以是干荷电的。如果是干荷电的，灌液时所有化学药剂和电解质必须满足蓄电池的技术参数要求。5.2.6 当密封铅酸蓄电池在海拔 25 00m 以上条件下使用时，必须得到蓄电池生产厂商确认该蓄电池适合于在这样的条件下使用。5.3 蓄电池箱体根据蓄电池的类型和放置地点确定是否需要蓄电池箱体 。 蓄电池箱体应具备一定的通风条件且结构合理，以避免用户触到电极或电解液。箱体必须用耐久材料制造，对可能接触到酸液的箱体部分应由防酸的材料制成。箱体必须牢固，以能够支撑蓄电池的重量。5.4 充放电控制器充放电控制器可以是单独使用的设备，也可以和逆变器制作成一体化机。5.4.1 充放电控制器应具有如下保护功能：a) 能够承受负载短路的电路保护；b) 能够承受负载、太阳能电池组件或蓄电池极性反接的电路保护。c) 能够承受充放电控制器、逆变器和其他设备内部短路的电路保护；d) 能够承受在多雷区由于雷击引起的击穿保护；e) 能防止蓄电池通过太阳能电池组件反向放电的保护。5.4.2 对于太阳能电池方阵功率 （峰值） 大于 20W的系统 ， 控制器本身应当具有蓄电池充满断开 （ HVD）及欠压断开（ LVD）的功能。5.4.3 系统状态指示5.4.3.1 系统应当为用户提供蓄电池的荷电状态指示：充满指示：当蓄电池被充满，太阳能电池方阵充电电流被减小或太阳能电池方阵被切离时的指示；久压指示：当蓄电池电压已经偏低，需要用户节约用电时的指示；负载切离指示：当蓄电池电压已经达到过放点，负载被自动切离时的指示。5.4.3.2 指示器可以是发光二极管（ LED），也可以是模拟或数字表头或者是蜂鸣告警。这些设备必须带有明显的指示或标志，使用户在没有用户手册的情况下也能够知道蓄电池的工作状态。5.5 直流 / 交流逆变器所选用的逆变器应满足预期交流负载的供电需求。逆变器和控制器也可以制成一体化机。6 部件技术要求6.1 太阳能电池组件6.1.1 外观a) 边框应平整、无腐蚀斑点。b) 前表面应整洁、无破碎、无裂纹。c) 背表面不得有划痕、损伤等缺陷。d) 单体太阳能电池不得有破碎或裂纹、排列整齐。e) 互连条和栅线应排列整齐、无脱焊、无断裂。f) 封装层中不得有连续的气泡或脱层发生在电池和边框之间。g) 引线端应密封，极性标记准确、明显。h) 太阳能电池组件要有接线盒，接线盒要求连接牢固。6.1.3 环境试验要求6.1.3.1 室外暴露试验b) 标准测试条件下的最大输出功率衰减不超过试验前的 5%。6.1.3.2 紫外试验按照规定，组件应承受下列条件的紫外辐射：波长在 280~385nm之间紫外光总辐射量为 15（ kW· h） /m2。6.1.3.3 热循环试验-40 ℃ ~+85℃（不要求湿度），循环 200 次，一个循环的时间不超过 6h。6.1.3.4 湿冷试验先做 50 次热循环，再做 -40 ℃ ~+85℃，相对湿度 85%，循环 10 次，一个循环的时间约 24h。6.1.3.5 湿热试验+85 ℃，相对湿度 85%，持续 1000h。6.1.3.6 引线端强度试验每根引线都要做不超过组件自身重量的拉力试验和弯曲试验。试验后无机械损伤迹象，在标准测度条件下的最大输出功率衰减不超过试验前的 5%。6.1.3.8 机械载荷试验组件前表面和背表面各均匀加载， 24 00Pa ，保持 1h，循环 2 次。6.1.3.10 热斑耐久试验在最坏的热斑条件下， 1 000W/m2 辐照度下照射 1h，共试验 5 次。6.1.3.11 低辐照度下的性能在 25℃和辐照度为 200W· m-2（用适用的标准电池测定）的自然光或符合有关国家标准要求的 A 类模拟器下，测量组件的电流—电压特性，确定组件随负荷变化的电性能。6.2 蓄电池6.2.2 在 25℃下，对于各种蓄电池允许其每 3 个月的最大自放电率为 10 h 率放电容量的 20%。6.2.3 在 25℃下，浅循环蓄电池的循环寿命必须超过 200 次（平均放电深度 50%） ，深循环蓄电池的循环寿命必须超过 600 次（平均放电深度 80%）。6.3 太阳能光伏电源系统用控制器6.3.1 环境条件6.3.1.1 正常使用条件环境温度： -5 ℃ ~+40℃；相对湿度：≤ 93%，无凝露；海拔高度：≤ 1 000m；6.3.1.2 贮存运输条件温度： -20 ℃ ~+70℃；振动：频率 10~55Hz，振幅 0.70mm，扫频循环 5 次。6.3.2 外观结构要求6.3.2.1 机壳表面镀层牢固，漆面匀称，无剥落、锈蚀及裂痕等现象。6.3.2.2 机壳面板平整，所有标牌、标记、文字符合要求，功能显示清晰、正确。6.3.2.3 各种开关便于操作，灵活可靠。6.3.3 控制器调节点的设置6.3.3.1 根据蓄电池的特性及地区环境情况在出厂前预调好。6.3.3.2 不同荷电状态的蓄电池可以有不同的充电模式。6.3.4 充满断开（ HVD）和恢复功能控制器具有输入充满断开恢复连接的功能。对于接通 / 断开式控制器，设计标准值为 12V的蓄电池，其充满断开和恢复连接的电压参考值如下：6.3.4.1 起动型铅酸蓄电池：充满断开 HVD:15.0~15.2V ，恢复： 13.7V 。6.3.4.2 固定型铅酸蓄电池：充满断开 HVD:14.8~15.0V ，恢复： 13.5V 。6.3.4.3 密封型铅酸蓄电池：充满断开 HVD:14.1~14.5V ，恢复： 13.2V 。6.3.5 脉宽调制型控制器脉宽调制型控制器与开关型控制器的主要差别在充电回路没有特定的恢复点。对于标准值为 12V 的蓄电池，其充满电压的参考值如下：6.3.5.1 起动型铅酸蓄电池：充满断开 HVD:15.0~15.2V 。6.3.5.2 固定型铅酸蓄电池：充满断开 HVD:14.8~15.0V 。6.3.5.3 密封型铅酸蓄电池：充满断开 HVD:14.1~14.5V 。6.3.6 温度补偿对于工作环境温度变化大的情况，控制器应当具有温度补偿功能，其温度系数应是每节电池 -3~7mV/℃。6.3.7 欠压断开（ LVD）和恢复功能当蓄电池电压降到过放点（ 1.80 ± 0.05 ） V/只）控制器应能自动切断负载；当蓄电池电压回升到充电恢复点（ 2.2~2.25 ） V/只）时，控制器应能自动或手动恢复对负载的供电。6.3.8 空载损耗（静态电流）控制器最大自身耗电不得超过其额定充电电流的 1%。6.3.9 控制器充、放电回路压降充电或放电通过控制器的电压降不得超过系统额定电压的 5%。6.3.10 耐振动性能在 10~55Hz、振幅 0.35mm，三轴向各振动 30min 后，设备应能正常工作。6.311 保护功能6.3.11.1 负载短路保护能够承受任何负载短路的电路保护。6.3.11.2 内部短路保护能够承受充电控制器内部短路的电路保护。6.3.11.3 反向放电保护能防止蓄电池通过太阳能电池组件反向放电的电路保护。6.3.11.4 极性反接保护能够承受负载、太阳能电池组件或蓄电池极性反接的电路保护。6.3.11.5 雷电保护能够承受在多雷区由于雷击引起的击穿的电路保护。6.3.12 耐冲击电压当蓄电池从电路中去掉时，控制器在 1h 内必须能够承受高于太阳能电池组件标称开路电压 1.25 倍的冲击。6.3.13 耐冲击电流控制器必须能够承受 1h 高于太阳能电池组件标称短路电流 1.25 倍的冲击。开关型控制器的开关元器件必须能够切换此电流而自身不损坏。6.5 直流 / 交流逆变器6.5.1 当工作电流超过额定值 150%时，逆变器应能自动保护。当电流恢复正常后，设备应能正常工作。6.5.10.3 短路保护当逆变器输出短路时，应具有短路保护措施。短路排除后，设备应能正常工作。6.5.10.4 极性反接保护输入直流极性接反时，设备应能自动保护。待极性正接后，设备应能正常工作。6.5.10.5 雷电保护逆变器应具有雷电保护功能。6.5.11 安全要求6.5.11.1 绝缘电阻逆变器直流输入与机壳间的绝缘电阻≥ 50MΩ 。逆变器交流输出与机壳间的绝缘电阻≥５０Ｍ Ω 。6.5.11.2 绝缘强度逆变器直流输入与机壳间应能承受频率 50Hz、正弦波交流电压 500V、历时 1min 的绝缘强度试验，无击穿或飞弧现象。逆变器交流输出与机壳间应能承受频率 50Hz、正弦波交流电压 1 500V 、历时 1min 的绝缘强度试验，无击穿或飞弧现象。6.5.12 逆变器的输出安全性设计时应考虑高压输出端的电极不会被人手触及。8 试验方法8.1 太阳能电池组件试验8.1.1 外观检查组件的外观应在不低于 1000ｌ x[ 光 ] 照度下目测。8.1.2 尺寸与重量组件的外形尺寸及安装尺寸用精密度不低于 1.2 mm 的盒尺或直尺测量。组件的重量用最小分度为 5g的台秤测量。8.1.4.9 冰雹试验组件正面朝上水平放置，把（ 227± 2） g 钢球提高到距组件 100cm处自由落下，在落点处做标记，在组件表面的不同位置上重复撞击 10 次。落点应为均匀分布在组件表面上。8.2 太阳能光伏电源系统用控制器试验。8.2.2 控制器调节点的设置8.2.2.1 根据产品规定的指标范围，检查在其电压范围内工作点是否已经设置好。8.2.2.2 检查其是否具有不同的充电模式。8.2.2.3 检查是否具有湿度补偿功能。8.2.3 充电断开（ HVD）和恢复功能将直流电源接到蓄电池的输入端子上，模拟蓄电池的电压。调节直流电源电压使其达到充满断开 HVD点（ V1-2），控制器应当断开充电回路；降低电压到恢复充电点，控制器应能重新接通充电回路。8.2.4 脉宽调制型控制器用直流稳压电源代替太阳能电池方阵通过控制器给蓄电池充电。当蓄电池电压接近充满点时，充电电流逐渐变小；当蓄电池电压达到充满值时，充电电流应接近于 0。当蓄电池电压由充满点向下降时，充电电流应当逐渐增大。8.2.6 欠压断开（ LVD）和恢复功能将直流电源接到蓄电池输入端，模拟蓄电池的电压。将可变电阻接到负载端，模拟负载。将放电回路的电流调到额定值，然后将直流电源的电压调至欠压断开 LVD点，控制器应能自动断开负载；将电压回调至恢复点，控制器应能再次接通负载。如果是带欠压锁定功能的控制器，当直流输入电压达到欠压恢复点之上，控制器复位后应能接通负载。8.2.9 耐振动性能在频率为 10Hz～ 55Hz、振幅为 0.35mm、三轴向各振动 30min 后，通电检查设备应能正常工作。8.2.10.3 负载短路保护检查控制器的输出回路是否有短路保护电路。8.2.10.2 内部短路保护8.2.10.3 反向放电保护将电流表加在太阳能电池组件的正、负端子之间（相当于将太阳能电池组件端短路），调节接在蓄电池端的直流电源电压，检查有无电流流过。如果没有电流，说明具有反向放电保护。8.2.10.4 极性反接保护将控制器的输入端正负极反接到直流电源的输出端，检查控制器或直流电源是否损坏。8.2.10.5 雷击保护目测避雷器的类型和额定值是否能确保吸收预期的冲击能量。8.2.11 耐冲击电压将直流电源加到控制器的太阳能电池输入端，施加 1.25 倍的标称电压持续 1h 后，通电检查控制器应不损坏。8.2.12 耐冲击电流将直流电源接在控制充电输入端，可变电阻使充电回路电流达到标称电流的 1.25 倍并持续 1h，通电检查控制器应不损坏。8.4 直流 / 交流逆变器试验8.4.1.1 设备外观目测设备的外观及主要零、部件是否有损坏，是否有受潮现象，元器件是否有松动与丢失。8.4.9 保护功能8.4.9.1 欠压保护使输入电压低于标称值 90%时，逆变器应能自动关机保护。8.4.9.2 过电流保护使逆变器工作电流超过额定值 50%时，逆变器应能自动保护。8.4.9.3 短路保护通过降低可变负载电阻至 0（或移出负载电阻而短接终端），使逆变器交流输出短路，逆变器应能自动保护。8.4.9.4 极性反接保护逆变器的正极输入端连接到直流电源负极，逆变器的负极输入端连接到直流电源正极，逆变器应能自动保护。8.4.9.5 雷电保护目测检查是否有防雷器件；或按防雷器件的技术指标要求用雷击试验仪对其进行雷击电压波与电流波的试验，应能保证吸收预期的冲击能量。8.4.10 逆变器的输出安全性检查逆变器的输出端子是否使用安全插座。9 检验规则9.1 太阳能电池组件检验规则9.2 试验程序把抽取的组件样品分成组。做每项试验的过程中，除记录试验数据外，还记录试验设备和仪器、简要操作过程以及异常现象。9.1.4 检测报告检测报告应包括下列主要内容：检验项目，技术要求，试验结果（数据或通过与否），说明（简要说明末通过的情况）。最后给出检测结论。9.2 控制器检验规则9.2.1 检验分类交收检验和例行检验。9.2 交收检验9.2.2.1 交收检验必须逐台进行。9.2.2.2 交收检验的项目和顺序按表中对交收检验的规定进行。9.2.2.3 检验中出现任一故障，则停止检验，查出故障原因、排除故障并标出标记后，重新进行交收检验。若仍出现任一故障，则判该产品为不合格。9.2.3 例行检验9.2.3.1 批量生产的产品，每批均应进行检验；连续生产的产品，至少每年进行一次例行检验。当更改设计和主要工艺及更换主要元件或材料时，应进行例行检验。9.2.3.2 例行检验由制造单位质量部门或国家认可的其他质量检验部门负责进行，也可由上级主管部门指定的单位进行。9.4 逆变器检验规则9.4.1 检验分类交收检验和例行检验9.4.2 交收检验9.4.2.1 交收检验必须逐台进行。9.4.2.2 检验中出现任一故障，则应停止检查；查出原因、排除故障并标出标记后，重新进行交收检验。若仍出现任一故障，则判该产品为不合格。9.4.3 例行检验9.4.3.1 连续生产的产品，至少每年进行一次例行检验。当更改设计和主要工艺及更换主要元件或材料时，应进行例行检验。