太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制探討

謝玉章

摘 要：能源問(wèn)題關(guān)系到經(jīng)濟(jì)是否能夠可持續(xù)發(fā)展，一次能源的日益枯竭已引起全世界的極大關(guān)注。目前，太陽(yáng)能作為未來(lái)的一種清潔能源，越來(lái)越得到人們的關(guān)注，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。文章就當(dāng)前太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)重要性進(jìn)行了分析，并對(duì)當(dāng)前發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)進(jìn)行了必要的探討。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；發(fā)電；光伏

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池組件和其他輔助設(shè)備將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。具有綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用面廣的特點(diǎn)。高效可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)是提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電效率的主要手段之一。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制組成要素

1.1 太陽(yáng)能電池組件

太陽(yáng)能電池組件是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的一部分。太陽(yáng)能電池就是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽(yáng)能電池組件的作用是將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成直流電，供負(fù)載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。太陽(yáng)電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)，就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。太陽(yáng)能電池的功率與光照強(qiáng)度有關(guān)，光照越強(qiáng)，則功率輸出越強(qiáng)。一般根據(jù)用戶需要，將若干太陽(yáng)能電池組件按一定方式連接，組成太陽(yáng)能電池方陣，再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗皡R流箱組成。

1.2 控制器

在獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，控制器也是主要組成部件。光伏控制器要根據(jù)系統(tǒng)功率、系統(tǒng)直流工作電壓、電池方陣輸入路數(shù)、蓄電池組、負(fù)載狀況以及用戶的特殊要求等確定光伏控制器的類型。由于太陽(yáng)能能電池組件發(fā)的電不穩(wěn)定，為了提高充電效率和避免過(guò)充和過(guò)放對(duì)蓄電池的損害，所以必須使用控制器對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和保護(hù)。充電控制器主要由專用處理器CPU、電子元器件、顯示器、開關(guān)功率管等組成。在太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過(guò)程中減少損耗、盡量延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命；同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過(guò)充電和過(guò)放電現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)記錄并顯示系統(tǒng)各種重要數(shù)據(jù)，如充電電流、電壓等。

1.3 蓄電池

蓄電池組是將太陽(yáng)電池方陣發(fā)出的直流電貯存起來(lái)，供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)。白天太陽(yáng)能電池方陣給蓄電池充電，同時(shí)方陣還給負(fù)載用電，晚上負(fù)載用電全部由蓄電池供給。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時(shí)還要考慮價(jià)格和使用是否方便等因素。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)蓄電池，一般選用大容量?jī)?chǔ)能型蓄電池、小電流充、小電流放，這樣使用壽命長(zhǎng)，系統(tǒng)性能穩(wěn)定。如果安裝地區(qū)有低溫-10度以下，建議考慮使用太陽(yáng)能膠體儲(chǔ)能蓄電池。

1.4 逆變器

逆變器是通過(guò)電力電子的方式將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的模塊設(shè)備，是連接光伏發(fā)電和電網(wǎng)的重要紐帶。逆變器的作用就是將太陽(yáng)能電池方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220V或380V交流電，供給交流負(fù)載使用。太陽(yáng)能的直接輸出一般都是12V、24V、48V。為能向220V的電器提供電能，需要將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。逆變器的選擇先是確定你的負(fù)載是感性（電機(jī)類）還是阻性負(fù)載（燈泡類），再蓄電池的電壓、負(fù)載的功率。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)控制要思考的重要問(wèn)題

2.1 合理確定太陽(yáng)能電池組件

太陽(yáng)能電池組件一般由進(jìn)口（或國(guó)產(chǎn)）單晶（或多晶）硅太陽(yáng)能電池片串并聯(lián)，用鋼化玻璃、EVA及TPT熱壓密封而成，周邊加裝鋁合金邊框，具有抗風(fēng)、抗冰雹能力強(qiáng)、安裝方便等特性。太陽(yáng)能電池組件則相當(dāng)于有多節(jié)電池經(jīng)串或并聯(lián)組成的電池組。太陽(yáng)能電池組件的組成數(shù)量通常是由系統(tǒng)電壓（蓄電池電壓）來(lái)決定，通常組件電壓是蓄電池電壓的1.4～1.5倍。例如：蓄電池電壓為12V，組件工作電壓一般為16.8-18V之間，如果太陽(yáng)能電池組件采用的是156*156規(guī)格的晶體硅電池片（最大功率下電壓約為0.5V），那么串聯(lián)電池片數(shù)量為18V/0.5V，也就是36片。所以常用電池片數(shù)量36或更多。

2.2 選擇和確定太陽(yáng)能光伏充電控制器

首先，根據(jù)光伏系統(tǒng)蓄電池的電壓選擇光伏充電控制器的工作電壓等級(jí)，根據(jù)光伏陣列的容量大小和光伏組件串的并聯(lián)數(shù)量，計(jì)算光伏充電控制器的充電電流和控制方式。在太陽(yáng)能路燈發(fā)電系統(tǒng)中由光源或太陽(yáng)能電池組件確定，例如，直流光源如果是36V，那么控制器，太陽(yáng)能電池組件，蓄電池都應(yīng)該選擇36V，二者必須相符。當(dāng)然，也可以根據(jù)太陽(yáng)能電池組件的電壓來(lái)確定光源，一般蓄電池和控制器匹配性很強(qiáng)，可以最后確定。其次，要根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)選擇是否需要光伏充電控制器的蓄電池放電控制功能，如果需要可依據(jù)負(fù)載功率計(jì)算放電電流大??；最后，依據(jù)用戶要求選擇是否需要其他的輔助功能，列出滿足要求的光伏充電控制器的提供廠家和型號(hào)，最終按照系統(tǒng)配置最優(yōu)原則確定光伏充電控制器。

2.3 合理確定蓄電池容量和電壓

要確定太陽(yáng)能電池組件的功率和輸出電壓。100W以下的太陽(yáng)能電池組件一般用12V的輸出，負(fù)載為12V的話，就選用12V的蓄電池，容量要看你的負(fù)載的工作電流和使用時(shí)間，100W以上的用18V，24V的輸出，到220W以上的還48V。控制器的選擇必須根據(jù)太陽(yáng)能電池組件的輸出電壓來(lái)確定。蓄電池的選擇根據(jù)使用要求選擇最好。根據(jù)希望供電時(shí)間和負(fù)載工作電流確定蓄電池的容量。若負(fù)載為交流供電的話，要加逆變器才可以的，逆變器功率比你的負(fù)載功率大一倍。算上逆變損耗和放電深度，充放電損耗，就能計(jì)算出蓄電池的容量。

2.4 合理設(shè)計(jì)和選擇逆變器

逆變器在工作時(shí)其本身也要消耗一部分電力，因此，它的輸入功率要大于它的輸出功率。逆變器的效率即是逆變器輸入功率與輸出功率之比。由于技術(shù)、成本和政策方面的原因，太陽(yáng)能電池的價(jià)格還比較高，為了最大限度地利用太陽(yáng)電池，提高系統(tǒng)效率，必須選用高效率的逆變器。因此，除特殊用戶外，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。逆變器還具有自動(dòng)調(diào)壓或手動(dòng)調(diào)壓功能，可改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。綜上所述，逆變器已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要配套設(shè)備。

3 結(jié)束語(yǔ)

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。太陽(yáng)能光伏發(fā)電降低其發(fā)電成本和提高發(fā)電效率是業(yè)界關(guān)注的重要技術(shù)問(wèn)題。所以，太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。因此，太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種取之不盡，用之不竭的清潔環(huán)保能源將得到前所未有的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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