| 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) |
Off-Grid Photovoltaic Power Generation |
| 太陽電池除了裝嵌在計算器、電子表本體的簡單應(yīng)用外，用一塊太陽能電池板、一個簡單的充電裝置、蓄電池就組成最簡單的光伏發(fā)電系統(tǒng)，這樣的裝置常被牧民隨身攜帶用來給收音機(jī)供電和晚間照明。現(xiàn)在也有這種便攜式太陽能電源，圖1是網(wǎng)上介紹的一種可移動式300W家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)，由太陽能電池板和電能存儲裝置組成，并能提供正弦波交流電輸出。 |
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| 像這種可移動式太陽能發(fā)電裝置與外部商用電網(wǎng)沒有連接，但能夠獨立提供供電能力的光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，也稱為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。下面介紹離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成。 |
離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 |
| 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能光伏發(fā)電裝置、儲能蓄裝置、控制器、逆變器組成。下面對各個部分作簡單介紹。 |
| 太陽能光伏發(fā)電裝置 |
| 可由單晶硅或多晶硅或非晶硅光伏器件組成。用玻璃及特殊材料封裝好的一組太陽電池稱為太陽電池組件；多個太陽電池組件連接組成太陽電池陣列。根據(jù)系統(tǒng)所需功率與使用環(huán)境、造價等選用太陽電池類型與組成大小。 |
| 儲能蓄裝置 |
由于光伏發(fā)電直接受天氣狀況影響，具有間歇性與不穩(wěn)定性，為了保持系統(tǒng)有一定的連續(xù)供電能力，必須有儲能裝置，把一部分電能存儲起來，在沒有陽光時提供電能，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)主要采用蓄電池儲能。 常用的蓄電池有鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鋰離子電池等。 鉛酸蓄電池：單節(jié)電池電壓2伏，循環(huán)壽命500-1500次 鎳鎘電池：單節(jié)電池電壓1.0-1.3伏，循環(huán)壽命2500次 鋰離子電池（單節(jié)電池電壓3.7伏），循環(huán)壽命1000-10000次 鎳鎘電池與鋰離子電池價格昂貴，但單位體積容量大，多用在需要體積小容量大的場合，如手機(jī)、相機(jī)、便攜電腦等數(shù)碼產(chǎn)品。一般離網(wǎng)光伏系統(tǒng)主要采用密封鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池價格非常便宜，密封鉛酸蓄電池密封免維護(hù)，使用非常方便。 蓄電池最主要的參數(shù)是電壓、容量、循環(huán)壽命，電壓單位是伏（V），容量單位是安時（Ah），循環(huán)壽命是充放電次數(shù)。 |
| 控制器 |
| 蓄電池對充電與放電有一定的要求，頻繁的過充電與過放電會使使用壽命下降，必須對蓄電池進(jìn)行充放電控制，這是控制器的首要功能。根據(jù)用戶用電、蓄電池充放電、太陽電池受光照狀況選擇太陽電池的最大功率工作點，協(xié)調(diào)充電與用電電流。控制器還要對系統(tǒng)進(jìn)行檢測、保護(hù)、數(shù)據(jù)顯示。控制器對電壓電流的轉(zhuǎn)換主要采用DC-DC變換電路，DC-DC變換原理見“DC-DC變換器原理”一節(jié)。 |
逆變器 |
| 將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷脑O(shè)備，主要采用SPWM全橋逆變電路來產(chǎn)生正弦波交流電。SPWM逆變器原理見“SPWM逆變器原理”一節(jié)。 |
| 用電負(fù)載 |
| 使用直流或交流電的電器設(shè)備。 |
| 簡單的太陽能光伏發(fā)電裝置沒有逆變器，只輸出直流電，其中有些可輸出幾路不同的直流電壓，其組成見圖2。控制器接受太陽能電池板輸出的直流電能，控制對蓄電池的充電或放電電流，簡單的控制器直接把蓄電池引到輸出端，系統(tǒng)輸出電壓等于蓄電池電壓。一些控制器有直流變換電路，可輸出幾路不同直流電壓，如5V、9V、12V等，適合不同電器使用。這種系統(tǒng)輸出功率一般較小，多采用便攜式結(jié)構(gòu)。 |
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| 由于常規(guī)的電器設(shè)備使用220伏的交流電，特別是帶有電動機(jī)的設(shè)備，如電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)等，要使用220伏的正弦波交流電，這必須在系統(tǒng)中增加逆變器來產(chǎn)生交流電。有關(guān)逆變器工作原理在上節(jié)已有介紹，這里不再介紹了。這種系統(tǒng)輸出功率一般在數(shù)百瓦以上，其組成見圖3。較小的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器與控制器安裝在同一機(jī)殼內(nèi)。 |
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離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用 |
| 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用在民用，特別是距電網(wǎng)較遠(yuǎn)的地方，在房屋頂上安裝數(shù)塊太陽能電池板，安裝一套控制裝置與蓄電池組，就可獨立解決供電問題。一般家用系統(tǒng)容量在一千瓦至數(shù)千瓦。圖4是屋頂安裝有太陽能電池板的房屋。 |
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| 在公用設(shè)施中用得最多的是電信信號發(fā)射塔與信號中繼站，在廣大農(nóng)村，特別是邊遠(yuǎn)山區(qū)的電信信號發(fā)射塔均采用太陽能光伏供電，就無需建設(shè)輸電線路，圖5是網(wǎng)絡(luò)上有關(guān)應(yīng)用的照片。 |
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太陽能光伏供電在交通指示信號中也有較多應(yīng)用，例如在海面上、江河上的航標(biāo)燈，在道路上的信號燈等，這些也可看成最小的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用吧， 圖6是網(wǎng)絡(luò)上有關(guān)應(yīng)用的照片。 |
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獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)還廣泛應(yīng)用于小區(qū)公共照明，如路燈、園林燈、廣告屏、地下停車場等提供電能，圖7是網(wǎng)絡(luò)上有關(guān)應(yīng)用的照片。 |
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