太阳能发电站的科普知识概要.docx

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太阳能发电站的科普知识概要

太阳能发电站的科普知识

太阳能发电原理

　　太阳能发电系统主要包括：

太阳能电池组件、控制器、蓄电池、逆变器、负载等组成。

其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。

　　如图所示：

太阳能

电池组件

蓄电池

控制器

逆变器

直流负载

交流负载

　1．太阳能电池组件

　　太阳能电池组件是发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能直接转换为直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。

一般根据用户需要，将若干太阳能电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵（阵列），再配上适当的支架及接线盒组成太阳能电池组件。

　　电池板的种类及特点

类型

　　项目

单晶硅

多晶硅

非晶硅

转换效率

12~17%

10~15%

6~8%

使用寿命

15~20年

15~20年

5~10年

平均价格

昂贵

较贵

较便宜

稳定性

好

好

差（会衰减）

颜色

黑色

深蓝

棕

主要优点

转换效率高、工作稳定，体积小。

工作稳定，成本低。

使用广泛。

价低，弱光性好，多数用于计算器，电子表等

主要缺点

成本高

转换效率较低

转换效率最低，会衰减。

相同功率的面积比晶体硅大一倍以上。

　2．充电控制器

　　在太阳能发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。

高级的控制器可以同时记录并显示系统各种重要数据，如充电电流、电压等。

控制器主要功能如下：

　　1）过充保护避免蓄电池因充电电压过高而造成损坏。

　　2）过放保护避免蓄电池因放电到过低的电压而损坏。

　　3）防反接功能避免蓄电池及太阳能电池板因正负极接反而不能使用甚至酿成事故。

　　4）防雷击功能避免因雷击而损坏整个系统。

　　5）温度补偿主要针对温差大的地方，保证蓄电池处于最佳的充电效果。

　　6）定时功能控制负载的工作时间，避免能源浪费。

　　7）过流保护当负载过大或短路时，自动切断负载，保证系统的安全运。

　　8）过热保护当系统工作温度过高时，自动停止给负载供电，故障排除后，自动恢复正常工作。

　　9）自动识别电压对于不同的系统工作电压，自动识别，无须另外设置。

　　3．蓄电池

　　蓄电池作用是将太阳能电池方阵发出直流电贮存起来,供负载使用。

在光伏发电系统中,蓄电池处于浮充放电状态。

白天太阳能电池方阵给蓄电池充电,同时方阵还给负载用电,晚上负载用电全部由蓄电池供给。

因此,要求蓄电池的自放电要小,而且充电效率要高,同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。

　　蓄电池的种类及特点

类别

　　项目

锂电池

镍镉电池

镍氢电池

免维护铅酸电池

胶体

普通酸液

充放电特性

无记忆效应,使用时间长,重复充电可达1200次以上。

2小时的急速充电

可以重复500次以上充放电,但是记忆效应明显,使用一定时间后,需完全放电后,才可充电。

没有明显的记忆效应,随充随用，可以重复500次以上充电。

1.2小时的急速充电。

耐深放电,亏电状态下恢复能为极好,不会因若干次亏电而失去容量.寿命长,可达10年.

若干次亏电而失去容量,易使电池报废.使用寿命一般为2~3年.

容量

同等容量的锂电池重量比镍电池要轻50%,单体电压为3.6V

单体电压为1.2V.容量在

　　200mAh~

　　14000mAh

单体电压为1.2V,容量是同体积的镍镉电池的1.5~2倍

单体电压有2V,6V,12V,容量5.5Ah~180Ah,2V可达3000AH

单体电压有2V,6V,12V,容量5AH~200Ah,2V可达3000Ah

适用范围

移动通信、报警系统、仪器仪表、日用品等。

太阳能系统、UPS、通信设备（2V）电动车、发电、数据工程等

4．逆变器

　　绝大多数用电器，如日光灯、电视机、电冰箱、电风扇和绝大多数动力机械等都是以交流电工作，要想这类用电器能正常工作，太阳能发电系统需要将直流电变换成交流电，具有这种功能的电力电子设备称作逆变器。

逆变器还具有自动稳压功能，可改善光伏发电系统的供电质量。

　　逆变器种类及特点

种类

　　特点

方波逆变器

修正波逆变器

正弦波逆变器

交流电压波形

方波

阶梯波

正弦波

优点

线路简单，价格便宜，维修方便。

比方波有明显改善、高次谐波含量减少，当阶梯达到17个以上时输出波形可实现准正弦波，当采用无变压器输出时，整机效率很高。

输出波形好、失真度很低，对收音机及通信设备干扰小、噪声低，此外还有保护功能齐全，整机性能高等优点

缺点

高次谐波多，损耗大，噪声大，对收音机及通信设备干扰大。

线路比较复杂，对收音机和某些通信设备仍有一些高频干扰。

线路相对复杂、对维修技术要求高、价格较昂贵。

太阳能光电产品计算方法

　　下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法：

　　1.首先应计算出每天消耗的瓦时数（包括逆变器的损耗：

　　若逆变器的转换效率为90％，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90％=111W；若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。

　　2.计算太阳能电池板：

　　按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。

其中70％是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。

　　3.充电控制器的选择：

　　130W的太阳能电池板它的最大输出电流是7.7A。

因此应该选取充电电流至少为8A的充电控制器。

　　4.蓄电池的选择：

　　若采用12V的蓄电池，其放电深度为50%，则应使用555Wh/12V/50%=90Ah的蓄电池；若选择24V的蓄电池，则蓄电池的容量应为555Wh/24V/50%=45Ah。

太阳能电池的估算与检测

　　太阳能电池的额定输出功率与转换效率有关，一般来讲，单位面积的电池组件，转换效率越高，其输出功率越大。

太阳能电池目前的转换效率一般在14~17%之间，每平方厘米的电池片，其输出功率在14~16mW,每平方米的太阳能电池组件输出功率约120WP.

　　太阳能电池组件的测试，需用专门的检测设备，在标准的条件下检测。

由于检测设备非常昂贵，一般的检测方法是：

利用碘钨灯或白炽灯，模拟太阳光，比较样品作对比测试，主要检测其开路电压与短路电流，检测的时候注意控制温度，不能超过25℃。

基本计算公式

　　功率=电压X电流（W=UI）用电量=功率X时间（Q=Wh）

太阳能光伏发电需注意问题

　　太阳能光伏发电需要综合考虑各种因素，只有掌握了准确的资料后，才能确定电池板的安装方式、最低功率、规格（太阳能电池板每天的有效发电量必须太于负载的用电量）及蓄电池的容量、性能及控制方式。

使产品达到最佳性价比。

如果对相关因素的估算失误，就会直接影响到独立光伏发电系统性能和造价。

（1）现场的地理位置.。

　　包括：

地点、纬度、经度、海拔等。

（2）安装地点的气象条件。

　　包括：

逐月太阳能总辐射量，直接辐射量（或日照百分比），年平均气温，最长连续阴雨天数，最大风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。

　　（3）最大负载量。

　　包括：

负载每天工作时间及平均耗电量，连续阴雨天需工作的时间。

　　（4）负载用电特性

　　由于太阳能电池阵列输出的电流是直流，如果负载是交流的话，需要经过逆变器的转换，才能正常工作，这样太阳能最终供给负载的能量损耗就增大，从而所需太阳能电池就会增大，导致太阳能供电系统造价增大。

　　（5）交流负载对电源的要求

　　交流负载除了需要更大的太阳能电池板外，对逆变器的要求也会因负载的不同而不同。

一般来讲纯电阻性质的负载例如电热丝，对逆变器要求不高，可用普通的修正波逆变器。

而电视、电动机对电源要求相对要高，需要的逆变器功率及输出特性都要高，需用大功率的正弦波的逆变器，才能保证负载能正常工作，不受干扰。

负载要求不同，造价也不同。

　　（6）使用限制

　　由于部分国家和地区，对蓄电池有特定的环保要求，特别是镍镉电池在欧美国家受到严格限制，还有铅酸电池在运输方面也会受到限制，这些因素都将导致太阳能光电产品的造价增大。

太阳能光电产品的一般要求

（1）防水、防雹、防风。

　　一般太阳能电池板采用钢化玻璃封装，外框用铝合金封装，能有效抵御冰雹袭击，安装用金属支架固定，能抵御10级以上大风。

（2）防晒、防冻。

　　一般都有通风、散热窗子，以利于蓄电池散热。

对于冬季特别寒冷地区，蓄电池采用防凝固的胶体电池。

　　（3）控制保护

　　为了最大限度延长电池板及蓄电池的使用寿命，一般都有防反充、过充、过放保护电路控制，避免损坏电池板及蓄电池过早的老化。

　　（4）零件选择

　　由于太阳能光电产品使用环境不同，温度相差较大，因此要求零件的工作温度范围要宽。

　　（5）维护

　　太阳电池发电系统没有活动部件，不容易损坏，其维护也非常简便。

不过也需做定期维护，否则可能影响正常使用，甚至缩短使用寿命。

　　一般来说，太阳电池板方阵倾角应超过30度，所有灰尘可由雨水冲刷而自行清洁，在风沙较大地区，应当经常清除灰尘，保持方阵表面的干净，以免影响发电量。

清洁时可拭去灰尘，有条件时可用清水清洗，再用干净抹布擦干。

切勿用腐蚀性溶剂或硬物冲洗擦拭。

定期检查所有安装部件的紧固程度。

遇到冰雹、狂风、暴雨等异常天气，应及时采用保护措施。

经常检查蓄电池的充放电情况，随时观察电极或接线是否有腐蚀或接触不良之处。

　　在一些简单的系统中应根据蓄能情况，控制用电量，防止蓄电池因过放电而损坏。

发现有异常情况应当立即检查、维修。

太阳能光电产品应用需明确的问题

　　1．太阳能电池峰值功率

　　普遍存在的一个问题就是：

认为只要有阳光就可以输出额定功率，100WP的峰值功率，如果在普通光照条件下，照射10小时，就可发电1000WH，也就是1度电，其实太阳能峰值功率WP是在标准条件下：

辐射强度1000W/m，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。

（这个条件大约和我们平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多）按广东地区的光照条件，折算成标准光照时间大约为3.3~3.5小时。

在阴雨天，太阳电池也可以产生一定的能量，它的功率大约在额定功率的5-15%

　　2．太阳能发电损耗

　　通常误认为：

太阳能电池组件每天输出的电量会被负载全部利用。

实际上，太阳能电池组件安装存在相当大的损耗，大约在15~20%，充电、放电过程中，损耗在20%左右，如果有逆变器，损耗在10%以上，总的来说，太阳能发电利用率大约在50%左右。

总之，所有能量转换过程中，都必须遵循能量守恒的定律，绝对不会无中生有，也不会百分百利用。

　　3．如何降低太阳能发电损耗

　　一般来讲，为了尽可能降低损耗，常采取如下措施：

　　⑴太阳能电池组件倾斜，与光线成垂直角度，一般广东地区倾斜35~40度。

　　⑵太阳能电池所有组件开路电压、短路电流、工作电压、工作电流等参

　　数尽量一致，连接电缆尽可能粗些、短些。

　　⑶蓄电池如果采用串联，所有的单元内阻尽量一致，尽可能小。

　　⑷为了减少线路间的损耗，条件允许的话，尽可能采用高电压、低电流的方案，这样使线路承受的电流尽可能小，从而降低损耗。

在设计控制电路时，尽可能采用集成化高的、稳定性好的元器件。

太阳能灯具与普能灯具效益对比

　　随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓是无处不在。

太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全、环保新能源越来越受到重视。

这样，太阳能照明产品随着太阳能热水器普及之后应然而生，在这里我们就太阳能灯具和使用市电灯具的效果作实用对比。

　　*对比一

　　市电照明灯具安装复杂：

在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。

然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。

而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。

　　太阳能照明灯安装简便：

太阳能灯具安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。

　　*对比二

　　市电照明灯具电费高昂：

市电照明灯具工作中有固定高昂的电费，要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。

　　太阳能照明灯具免电费：

太阳能照明灯具是一次性投入，长期受益，维护成本低。

　　*对比三

　　市电照明灯具有安全隐患：

市电照明灯具由于在施工质量、景观工

　　程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。

　　太阳能照明没有安全隐患：

太阳能灯具是超低压产品，运行安全可靠太阳能照明的其它优势：

绿色环保，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点；可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。

综上对比所述，太阳能照明安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护。