【正文】 電 容 型 性 負載 適 應(yīng) 性強 。 （ 2） 正弦波逆 變 器： 正弦波逆 變 器 輸 出 的交流電 壓 波形 為 正弦波 。 缺 點 是： 由于方 波 電 壓 中 含 有大 量 高 次諧 波 ，在以變 壓 器 為 負載 的用電 器 中 將 產(chǎn)生附 加 損耗 ， 對 收 音 機 和 某 些 通信設(shè)備也有 干擾 。設(shè)計功率一 般 在幾十瓦至幾 百 瓦 之間 。 （ 1） 方 波逆 變 器： 方 波逆 變 器 輸 出 的交流電 壓 波形 為 50HZ 方 波 。這種 對 應(yīng)于 整 流的 逆 向過程， 被 稱 之 為 “ 逆變 ” 由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負載是交流負載時，逆變器是必不可少的。 直流 交流逆變器 眾 所 周 知 ， 整 流 器 的功能 是將 50HZ的交流電 整 流成為 直 流電。 鉛酸蓄 電池的 使 用 溫度范圍 為 ＋ 40℃ ―－ 40℃ 。 放 電 終 止 電 壓 為 － 伏。 實際 上 ，電池的 端 電 壓 隨充電和 放電的過程 而 變化。 鉛酸蓄 電池 視 使 用場地， 又 可分為 固 定式和 移 動 式兩大類。 電池中的電 解 質(zhì) ，通 常 是 電離 度 大的 物 質(zhì) ，一 般 是酸 和 堿 的水 溶液 ， 但 也有用 氨鹽 、熔 融鹽 或 離 子導(dǎo) 電 性好 的 固 體 物 質(zhì) 作為有 效 的電池電 解 液 的。這種可 重 復(fù) 使 用的電池， 稱 為 二次 電池 或蓄 電池。 當(dāng)外 電路 接 近兩 極時 ， 氧 化還 原反 應(yīng) 就在電 極上進 行，電 極上 的 活 性物 質(zhì)就 分 別 被 氧 化還 原 了，從 而釋放出 電能，這一過程 稱為 放 電過程。由還 原物 質(zhì) 構(gòu) 成的電 極 為 負 極 。 鉛酸蓄電池組的工作原理 蓄 電池 是 通過充電 將 電能 轉(zhuǎn)換 為化學(xué)能 貯 存 起 來， 使 用 時 再 將 化學(xué)能 轉(zhuǎn)換 為電能 釋放出 來的化學(xué)電源裝 置 。其 比 重 視 電池的 使 用方式和 極 板 種類 而 定，一 般 在 － (25℃ )之間 (充電 后 )。 材 料有 木 質(zhì) 、 塑 料、 硬 橡膠 、 玻璃絲 等， 現(xiàn) 大多 采 用 微孔 聚 氯乙烯塑 料?；墒?極 板 的 優(yōu)點 是 結(jié) 構(gòu) 堅 實 ，在 放 電過程中 活 性物 質(zhì) 脫落 較 少 ， 因此 壽命 長 ； 缺 點 是 笨 重 ，制 造時間長 ，成本高。 涂膏 式 極 板 在 同容 量時 比化成式 極 板 體 積 小、 重量 輕 、制 造 簡便 、 價格 低 廉 ， 因而使 用 普遍 。 鉛酸蓄電池的 正 負 極 板 常用 鉛 銻 合金制成， 正極 的 活 性物是 二 氧 化 鉛 ， 負 極 的 活 性物 質(zhì) 是海 綿狀 純 鉛 。 鉛酸蓄電池組的結(jié)構(gòu) 鉛酸蓄 電池主要由 正極 板 組 、 負 極 板 組 、 隔 板 、 容 器 、電 解 液 及 附 件 等部分 組 成。 當(dāng) 冬季 和 連陰 天 由于太陽 輻 射 能 減 少 ， 而出 現(xiàn) 太陽能電池方 陣 充電不足的 情況時 ，可 啟 動 光伏電站備用電源 — 柴 油發(fā)電 機組 給 蓄 電池 組 補充充電，以 保持 蓄 電池 組 始 終 處 于 淺 放 電2022 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 狀態(tài) 。 太陽能光伏電源系統(tǒng) 對 蓄電池組的 基本要求 太陽能光伏電源系統(tǒng) 對 所用 蓄 電池 組 的基本要 求是： (1) 自放 電率低； (2) 使 用 壽命 長 ； (3) 深放 電能力 強 ； (4) 充電 效 率高； (5) 少 維護 或 免 維護 ； (6) 工作 溫度范圍 寬； (7) 價格 低 廉 。 其它 元 件 的作用和 串聯(lián) 型充 放 電 控 制 器 相 同 ，不再 贅 述 。 （ 2） 串聯(lián) 型充 放 電 控 制 器： 串聯(lián) 型充 放 電 控 制 器 和并 聯(lián) 型充 放 電 控 制 器 電路結(jié) 構(gòu) 相 似 ， 唯 一區(qū) 別 在于開 關(guān)器件T1的 接法 不 同 ，并 聯(lián) 型 T1并 聯(lián) 在太陽電池方 陣輸 出 端 ， 而 串聯(lián) 型 T1是 串聯(lián) 在充電 回 路中。 D2為 “防 反接 二 極 管 ” ， 當(dāng)蓄 電池 極性接反時 ， D2導(dǎo) 通 使蓄 電池通過 D2短 路 放 電，產(chǎn)生很大電流 快 速 將 保 險絲 BX燒 斷， 起 到 “防 蓄 電池 反接 保護” 作用。 2022 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 開 關(guān)器件 T2為 蓄 電池 放 電開 關(guān) ， 當(dāng) 負載 電流大于 額 定電流 出 現(xiàn) 過 載 或 負載短 路 時 ，T2關(guān) 斷， 起 到 “輸 出 過 載保護” 和 “輸 出 短 路 保護” 作用。 充放電控制器的工作原理 （ 1） 單 路并 聯(lián) 型充 放 電 控 制 器（如圖 24） 圖 24 單 路并 聯(lián) 型充 放 電 控 制 器 并 聯(lián) 型充 放 電 控 制 器 充電 回 路中的開 關(guān)器件 T1是 并 聯(lián) 在太陽電池方 陣 的 輸 出 端 ， 當(dāng)蓄 電池電 壓 大于 “ 充 滿 切 離電 壓” 時 ，開 關(guān)器件 T1導(dǎo) 通， 同 時 二 極 管 D1截止 ， 則 太陽電池方 陣 的 輸 出 電流 直接 通過 T1短 路 泄 放 ，不再 對蓄 電池 進 行充電，從 而 保證 蓄 電池不 會出 現(xiàn) 過充電， 起 到 “ 過充電 保護” 作用。 （ 5） 最 大功率 跟蹤 型 控 制 器：將 太陽電池的電 壓 U和電流 I檢測后 相 乘 得 到功率 P， 然后判 斷太陽電池 此時 的 輸 出 功率 是 否 達 到 最 大， 若 不在 最 大功率 點 運 行， 則調(diào) 整脈 寬， 調(diào)制 輸 出 占空比 D， 改 變充 電電流，再 次 進 行 實 時采 樣 ，并作 出是 否 改 變 占空比 的 判 斷，通過這 樣尋 優(yōu) 過程可 保證 太陽電池始 終 運 行在 最 大功率 點 ，以充分利用太陽電池方 陣 的輸 出 能 量 。 2022 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 （ 4） 智 能型 控 制 器：采 用 帶 CPU的 單片 機 （ 如 Intel公司的 MCS51系 列 或 Microchip公司PIC系 列 ） 對 光伏電源系統(tǒng)的 運 行 參 數(shù) 進 行高速 實 時采 集，并 按 照一定的 控 制規(guī) 律 由 軟件 程 序 對 單 路 或 多路光伏 陣列 進 行 切 離 /接 通 控 制。 當(dāng)蓄 電池 趨 向充 滿 時 ，脈沖 的 頻 率和 時間 縮 短 。 比 較 容 易 制 造 連續(xù) 通電電流在 45安以 上 的 串聯(lián) 控 制 器 。 （ 2） 串聯(lián) 型 控 制 器： 利用 機械 繼 電 器控 制充電過程，并在 夜 間切 斷光伏 陣列 。 因 為 這種方式 消耗熱 能，所以一 般用于小型、低功率系統(tǒng)， 例 如 電 壓 在 12伏、 20安以 內(nèi) 的系統(tǒng)。 充放電控制器的分類 光伏充電 控 制 器 基本 上 可分為五種類型 ： 并 聯(lián) 型、 串聯(lián) 型、 脈 寬 調(diào) 制型、 智 能型和最 大功率 跟蹤 型。通常 鉛酸蓄 電池的 溫度補 賞 系數(shù)為 － 5mv/186。 （ 5） 溫度 補 償 功能 ：當(dāng)蓄 電池 溫度 低于 ２５ ℃時 ， 蓄 電池應(yīng)要 求 較高的充電電 壓 ，以便完 成充電過程。 ④ 防 止 負載 、太陽電池 組件或 蓄 電池 極性反接 的電路 保護 。 ② 防 止 充電 控 制 器內(nèi) 部 短 路的電路 保護 。有 時 ， 采 用低 壓 報警 代替 自 動 切 斷。通過一種 繼 電 器或 電 子 開 關(guān) 連 結(jié) 負載 ，可在 某 給 定低 壓點 自 動 切 斷 負載 。 （ 2） 欠 壓 （ LVG） 告警 和 恢復(fù) 功能 ：當(dāng)蓄 電池電 壓 降到 欠 壓 告警 點 時 ， 控 制 器 應(yīng)能 自動 發(fā) 出 聲 光 告警 信 號 。由于蓄電池組的循環(huán)充放電次數(shù)及充放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充電放電控制器是必不可少的設(shè)備。太陽的輻照度越強，輸出的功率越大；太陽光譜分布越密集，輸出功率越大；太陽能電池的溫度越高，開路電壓越低，輸出功率越低。太陽能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強烈的非線性，在組件的輸出功率達到最大點，稱為最大功率點，該點所對應(yīng)的電壓，稱為最大功率點電壓 Vm（又稱為最大工作電壓）；該點所對應(yīng)的電流，稱為最大功率點電流 Im（又稱為最大工作電流）；該點的功率稱為最大功率 Pm。太陽能電池組件的輸出功率等于流經(jīng)該組件的電流與電壓的乘積，即 P=V*I。 VI 特性曲線顯示了通過太陽能電池組件傳送的電流 Im 與電壓 Vm 在特定的太陽輻照度下的關(guān)系。當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和2022 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 電流而單個組件不能滿足要求時，可把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。一個組件上，太陽能電池的標準數(shù)量是 36片，能提供大約 17V電壓，正好能為額定電壓為 12V的蓄電池進行有效的充電。 太陽能電池組件 一個太陽能電池只能產(chǎn)生大約 電壓，遠低于實際應(yīng)用所需要的電壓，為了滿足實際應(yīng)用的需要，需把太陽能電池連接成組件。非晶體硅太陽能電池屬于薄膜電池，造價低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽能電池，目前多數(shù)用于弱光性電源，如手表、計算器等 。對于單晶硅 太陽能電池，由于所使用的單晶硅材料與半導(dǎo)體工業(yè)所使用的材料具有相同的品質(zhì)，使單晶硅的使用成本比較昂貴。光子的能量由波長決定，低于基能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子，一個高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個自由電子，多余的能量將使電池發(fā)熱，伴隨電能損失的影響將使太陽能電池的效率下降。這就是“光生伏打效應(yīng)”。太陽能電池組件再經(jīng)過串并組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負載所要求的輸出功率（見圖 22）。太陽能電池單體的工作電壓約為 ，工作電流約為 20— 25mA/㎝ 2，一般不能單獨作為電源使用。它由太陽能電池方陣、充電放電控制器、蓄電池組、直流 /交流逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖 21所示。針對邊遠地區(qū)農(nóng)牧民、哨所和野外作業(yè)等，設(shè)計一種小型的太陽能光伏電源系統(tǒng)，配置必要的戶外用裝置，具有拆裝移動方便、適于野外的中小功率電器使用和價格低廉等特點，同時對小型電源系統(tǒng)實時監(jiān)控 ，顯示蓄電池的剩余電能以方便合理使用。 光伏電源系統(tǒng)相比其他發(fā)電系統(tǒng)有許多優(yōu)點 ：（ 1）它的能源取之不盡用之不竭，而且無污染；（ 2）沒有動作部件，不會產(chǎn)生噪聲，運行可靠；（ 3）無論規(guī)模大小，其發(fā)電效率幾乎是相同的；（ 4）分布及其廣泛，凡是太陽能照到的地方就能發(fā)電；（ 5）輕便，易安裝維護；（ 6）能在用電現(xiàn)場發(fā)電。與此同時，我國很多居住在偏遠地區(qū)的人們還沒有用上電。因此快速的工業(yè)化進程和巨大的消費性需求使我國對資源對外具有很強的依賴性。從而使許多國家重新加強了對太陽能及其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持 （ 尤其是工業(yè)發(fā)達國家 ） 。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化2022 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 為電能量的過程；其次，是形成電壓過程。 “ 光生伏特效應(yīng) ”，簡稱“光伏效應(yīng)”。根據(jù)這個簡易系統(tǒng)研究分析了太陽能光伏電源的影響因素，合理優(yōu)化了系統(tǒng)的配置，以提高系統(tǒng)的性能，最終提高了太陽能的轉(zhuǎn)換效率。我國對太陽能光伏電源系統(tǒng)的研究還處于世界低等水平，產(chǎn)品的性能還有待提高，為迎接未來能源短缺帶來的嚴峻挑戰(zhàn)，我們應(yīng)該加大對太陽能光伏系統(tǒng)的研究，以滿足人類未來對能源的需求。光伏產(chǎn)品與一般機電產(chǎn)品不同，必須很據(jù)負載的要求和當(dāng)?shù)氐臍庀?、地理條件來決定系統(tǒng) 的配置，由于目前光伏發(fā)電成本較高，所以應(yīng)進行優(yōu)化設(shè)計，以達到可靠性和經(jīng)濟性的最佳結(jié)合，最大限度的發(fā)揮光伏電源的作用。 盡管目前太陽能光伏發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中所占比例還微不足道，但是隨著社會的發(fā)