【正文】 為1000KWp數(shù)量級(jí)）。一組11km4km的太陽(yáng)能電池板，在空間可產(chǎn)生8000MW的電力，一年的發(fā)電量將高達(dá)700億千瓦時(shí)。日本一批學(xué)者認(rèn)為：在地球上的沙漠和荒原地區(qū)架設(shè)太陽(yáng)能電池陣列，用高溫超導(dǎo)電纜聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)便可解決全球能源供應(yīng)，不必再使用原子能核電站。由于晶體硅原料領(lǐng)域的發(fā)展（例如超薄晶體硅太陽(yáng)電池的開(kāi)發(fā)和使用更便宜的太陽(yáng)能級(jí)材料）和太陽(yáng)能電池更先進(jìn)的生產(chǎn)過(guò)程的發(fā)展，將使得晶體硅電池在將來(lái)會(huì)變得更為便宜；此外，效率也將進(jìn)一步得到提高。但它的效率低（約5－8％）、生產(chǎn)規(guī)模小、穩(wěn)定性差、原料利用率低，均限制了它的應(yīng)用?；阪壣榛衔锖推渌螅璙族成分的薄片太陽(yáng)能電池正處于早期的發(fā)展階段，由于它的效率有可能達(dá)到30％而顯得尤為重要，但是這種類型的太陽(yáng)能電池在2005年以前還不可能得到廣泛應(yīng)用。太陽(yáng)能的光電利用已經(jīng)在世界范圍內(nèi)形成新興產(chǎn)業(yè)，技術(shù)也在日新月異地發(fā)展，效率的提高和價(jià)格的下降已呈必然趨勢(shì)。80年代以來(lái)，即使世界經(jīng)濟(jì)總體情況處于衰退和低谷時(shí)期，光伏技術(shù)一直保持以10%15%的遞增速度發(fā)展。1997年世界太陽(yáng)電池光伏組件生產(chǎn)122MW，比1996年增長(zhǎng)了38%（），超出光伏界專家最樂(lè)觀的估計(jì)。它由太陽(yáng)能電池方陣、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1－1所示。, 工作電流約為20－25mA/cm2, 一般不能單獨(dú)作為電源使用。太陽(yáng)能電池組件再經(jīng)過(guò)串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽(yáng)能電池方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率 (見(jiàn)圖1－2)。晶體硅太陽(yáng)能電池由一個(gè)晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線，下表面是金屬層。PN結(jié)形成一個(gè)電場(chǎng)。太陽(yáng)能電池的工作原理如下：光是由光子組成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波長(zhǎng)決定，光被晶體硅吸收后，在PN結(jié)中產(chǎn)生一對(duì)對(duì)正負(fù)電荷，由于在PN結(jié)區(qū)域的正負(fù)電荷被分離，因而可以產(chǎn)生一個(gè)外電流場(chǎng)，電流從晶體硅片電池的底端經(jīng)過(guò)負(fù)載流至電池的頂端。圖1－2 太陽(yáng)能電池單體、組件和方陣將一個(gè)負(fù)載連接在太陽(yáng)能電池的上下兩表面間時(shí)，將有電流流過(guò)該負(fù)載，于是太陽(yáng)能電池就產(chǎn)生了電流；太陽(yáng)能電池吸收的光子越多，產(chǎn)生的電流也就越大。（2）硅太陽(yáng)能電池種類目前世界上有3種已經(jīng)商品化的硅太陽(yáng)能電池：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池。多晶硅太陽(yáng)能電池的晶體方向的無(wú)規(guī)則性，意味著正負(fù)電荷對(duì)并不能全部被PN結(jié)電場(chǎng)所分離，因?yàn)殡姾蓪?duì)在晶體與晶體之間的邊界上可能由于晶體的不規(guī)則而損失，所以多晶硅太陽(yáng)能電池的效率一般要比單晶硅太陽(yáng)能電池低。非晶硅太陽(yáng)能電池屬于薄膜電池，造價(jià)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(yáng)能電池，目前多數(shù)用于弱光性電源，如手表、計(jì)算器等。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，需把太陽(yáng)能電池連接成組件。一個(gè)組件上，太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36片（10cm10cm），這意味著一個(gè)太陽(yáng)能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓，正好能為一個(gè)額定電壓為12V的蓄電池進(jìn)行有效充電。當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流而單個(gè)組件不能滿足要求時(shí)，可把多個(gè)組件組成太陽(yáng)能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。其潛在的質(zhì)量問(wèn)題是邊沿的密封以及組件背面的接線盒。合金薄片的主要功能是防潮、防污。在這種太陽(yáng)能電池組件中，電池與接線盒之間可直接用導(dǎo)線連接。Ⅴ－Ⅰ特性曲線可根據(jù)圖1－3所示的電路裝置進(jìn)行測(cè)量。如果太陽(yáng)能電池組件電路短路即V＝0，此時(shí)的電流稱為短路電流Isc；如果電路開(kāi)路即I＝0，此時(shí)的電壓稱為開(kāi)路電壓Voc。I 。太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性。隨著太陽(yáng)能電池溫度的增加，開(kāi)路電壓減少，大約每升高1176。C。C，%。由于太陽(yáng)能電池組件的輸出功率取決于太陽(yáng)輻照度、太陽(yáng)能光譜的分布和太陽(yáng)能電池的溫度，因此太陽(yáng)能電池組件的測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)條件下（STC）進(jìn)行，測(cè)量條件被歐洲委員會(huì)定義為101號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，其條件是：光譜輻照度 1000W/m2大氣質(zhì)量系數(shù) 太陽(yáng)電池溫度 25℃在該條件下，太陽(yáng)能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，表示為Wp(peak watt)。通過(guò)戶外測(cè)量太陽(yáng)能電池組件的峰值功率是很困難的，因?yàn)樘?yáng)能電池組件所接受到的太陽(yáng)光的實(shí)際光譜取決于大氣條件及太陽(yáng)的位置；此外，在測(cè)量的過(guò)程中，太陽(yáng)能電池的溫度也是不斷變化的。如果太陽(yáng)電池組件被其它物體(如鳥(niǎo)糞、樹(shù)蔭等)長(zhǎng)時(shí)間遮擋時(shí)，被遮擋的太陽(yáng)能電池組件此時(shí)將會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，這就是“熱斑效應(yīng)”。有光照的電池所產(chǎn)生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。連接盒是一個(gè)很重要的元件：它保護(hù)電池與外界的交界面及各組件內(nèi)部連接的導(dǎo)線和其他系統(tǒng)元件。2．充放電控制器： 充放電控制器是能自動(dòng)防止蓄電池組過(guò)充電和過(guò)放電并具有簡(jiǎn)單測(cè)量功能的電子設(shè)備。充放電控制器，按照開(kāi)關(guān)器件在電路中的位置，可分為串聯(lián)控制型和分流控制型；按照控制方式，可分為普通開(kāi)關(guān)控制型(含單路和多路開(kāi)關(guān)控制)和PWM脈寬調(diào)制控制型(含最大功率跟蹤控制器)。但PWM脈寬調(diào)制控制器，只能用MOSFET模塊作為開(kāi)關(guān)器件。由于太陽(yáng)能電池和蓄電池發(fā)出的是直流電，當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是不可缺少的。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。逆變器按輸出波形，又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。正弦波逆變器，成本高，但可以適用于各種負(fù)載。4．蓄電池組： 其作用是儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池方陣受光照時(shí)所發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。目前我國(guó)與太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。5．測(cè)量設(shè)備： 對(duì)于小型太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，只要求進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)量，如蓄電池電壓和充放電電流，測(cè)量所用的電壓和電流表一般裝在控制器面板上。6．太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，且軟件設(shè)計(jì)先于硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)包括：負(fù)載的選型及必要的設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池和蓄電池的選型，太陽(yáng)能電池支架的設(shè)計(jì)，逆變器的選型和設(shè)計(jì)，以及控制、測(cè)量系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)由于牽涉到復(fù)雜的輻射量、安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計(jì)計(jì)算，一般是由計(jì)算機(jī)來(lái)完成；在要求不太嚴(yán)格的情況下，也可以采取估算的辦法。太陽(yáng)電池方陣面上所獲得輻射量的多少與很多因素有關(guān)：當(dāng)?shù)氐木暥龋０?，大氣的污染程度或透明程度，一年?dāng)中四季的變化，一天當(dāng)中時(shí)間的變化，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射直、散分量的比例，地表面的反射系數(shù)，太陽(yáng)電池方陣的運(yùn)行方式或固定方陣的傾角變化以及太陽(yáng)電池方陣表面的清潔程度等。太陽(yáng)輻射的基本定律太陽(yáng)輻射的直散分離原理、布格－朗伯定律和余弦定律是我們所要了解的三條最基本的定律。 P/P0 a: 太陽(yáng)高度角 Po: 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓Sina = SinfSind+Cos fCos dCoswd: 太陽(yáng)赤緯角d=(360*(284+N)/365)f： 當(dāng)?shù)鼐暥?（0 － 90176。 緯度: 北緯 3045 度 經(jīng)度: 東經(jīng) 90120 度 海拔: 10004000 米 最長(zhǎng)陰雨天: 3 天水平面全年總輻射量為:165千卡/厘米178。負(fù)載情況編號(hào)負(fù)載名稱負(fù)載功率(瓦)每日工作時(shí)間(小時(shí))每日耗電(瓦時(shí))1遙測(cè)儀(自動(dòng)站)AC30W247202微機(jī)、打印機(jī)AC330W619803照 明AC80W54004通信設(shè)備AC100W1212005合 計(jì)540W4300電源系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)步驟:① 太陽(yáng)電池組件的選型：太陽(yáng)電池選用秦皇島華美光伏電源系統(tǒng)有限公司的組件 型號(hào)為：33D1312X310 開(kāi)路電壓：21V 短路電流： 峰值電壓：17V 峰值電流： 峰值功率：38 Wp② 計(jì)算等效的峰值日照時(shí)數(shù)：全年峰值日照時(shí)數(shù)為: 180000=2088 小時(shí)(卡/cm178。=178。=(3600秒/小時(shí)178。/卡于是: 180000卡/cm178。/卡=2088小時(shí)/年 平均每日峰值日照時(shí)數(shù)為：2088247。每塊標(biāo)準(zhǔn)組件峰值電壓為17V，設(shè)計(jì)為對(duì)12V蓄電池充電，4塊組件串聯(lián)對(duì)48V蓄電池充電，因此，所需太陽(yáng)電池的串聯(lián)數(shù)為4塊。48V＝⑤ 計(jì)算所需太陽(yáng)電池的總充電電流為： ()＝ 其中： : 蓄電池的充電效率 : 逆變器效率 : 20年內(nèi)太陽(yáng)電池衰降，方陣組合損失，塵埃遮擋等綜合系數(shù)。＝10塊⑦ 計(jì)算所需太陽(yáng)電池的總功率為： （104）塊38峰瓦/塊＝1520 峰瓦⑧ 計(jì)算所需蓄電池容量： 蓄電池選用江蘇雙登全密封閥控式工業(yè)用鉛酸蓄電池 3天(連續(xù)陰雨天數(shù))247。 選用 GFM400型蓄電池(10小時(shí)放電率的額定容量為400安時(shí))24只（48V）。（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(diǎn)時(shí)，控制器應(yīng)能自動(dòng)發(fā)出聲光告警信號(hào)。通過(guò)一種繼電器或電子開(kāi)關(guān)連結(jié)負(fù)載，可在某給定低壓點(diǎn)自動(dòng)切斷負(fù)載。有時(shí)，采用低壓報(bào)警代替自動(dòng)切斷。 ② 防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。 ④ 防止負(fù)載、太陽(yáng)電池組件或蓄電池極性反接的電路保護(hù)。 （5）溫度補(bǔ)償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于２５℃時(shí)，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過(guò)程。 通常鉛酸蓄電池的溫度補(bǔ)賞系數(shù)為 －5mv/186。2．控制器的基本技術(shù)參數(shù)：（1） 太陽(yáng)電池輸入路數(shù)：1――12路（2） 最大充電電流：（3） 最大放電電流：（4） 控制器最大自身耗電不得超過(guò)其額定充電電流的1%（5）通過(guò)控制器的電壓降不得超過(guò)系統(tǒng)額定電壓的5%（6）輸入輸出開(kāi)關(guān)器件：繼電器或MOSFET模塊（7）箱體結(jié)構(gòu)：臺(tái)式、壁掛式、柜式（8）工作溫度范圍：－15176。（1〕 并聯(lián)型控制器： 當(dāng)蓄電池充滿時(shí)，利用電子部件把光伏陣列的輸出分流到內(nèi)部并聯(lián)電阻器或功率模塊上去，然后以熱的形式消耗掉。這類控制器很可靠，沒(méi)有如繼電器之類的機(jī)械部件。它一般用于較高功率系統(tǒng)，繼電器的容量決定充電控制器的功率等級(jí)。（3〕 脈寬調(diào)制型控制器：它以PWM脈沖方式開(kāi)關(guān)光伏陣列的輸入。按照美國(guó)桑地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究，這種充電過(guò)程形成較完整的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循環(huán)壽命。對(duì)中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過(guò)單片機(jī)的RS232接口配合MODEM調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。同時(shí)采用PWM調(diào)制方式，使充電電流成為脈沖電流，以減少蓄電池的極化，提高充電效率。D1為防“反充電二極管”，只有當(dāng)太陽(yáng)電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時(shí)，D1才能導(dǎo)通，反之D1截止，從而保證夜晚或陰雨天氣時(shí)不會(huì)出現(xiàn)蓄電池向太陽(yáng)電池方陣反向充電，起到“放反向充電保護(hù)”作用。同時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓小于“過(guò)放電壓”時(shí)，T2也關(guān)斷，進(jìn)行“過(guò)放電保護(hù)”。檢測(cè)控制電路隨時(shí)對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電壓大于“充滿切離電壓”時(shí)使T1導(dǎo)通進(jìn)行“過(guò)充電保護(hù)”； 當(dāng)電壓小于“過(guò)放電壓”時(shí)使T2關(guān)斷進(jìn)行“過(guò)放電保護(hù)”。當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿切離電壓”時(shí)，T1關(guān)斷，使太陽(yáng)電池不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，起到“過(guò)充電保護(hù)”作用。3．檢測(cè)控制電路的組成和工作原理：檢測(cè)控制電路包括過(guò)壓檢測(cè)控制和欠壓檢測(cè)控制兩部分。A1為過(guò)壓檢測(cè)控制電路，A1的同相輸入端由W1提供對(duì)應(yīng)“過(guò)壓切離”的基準(zhǔn)電壓，而反相輸入端接被測(cè)蓄電池，當(dāng)蓄電池電壓大于“過(guò)壓切離電壓”時(shí)，A1輸出端G1為低電平，關(guān)斷開(kāi)關(guān)器件T1，切斷充電回路，起到過(guò)壓保護(hù)作用。“過(guò)壓切離門限”和“過(guò)壓恢復(fù)門限”由W1和R1配合調(diào)整。欠壓保護(hù)后，隨著電池電壓的升高，當(dāng)電壓又高于“欠壓恢復(fù)門限”時(shí)，開(kāi)關(guān)器件T2重新導(dǎo)通，恢復(fù)對(duì)負(fù)載供電。5．小型單路充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例： ⑴ 功 能 及 特 點(diǎn): 太 陽(yáng) 能 電 源 自 動(dòng) 控 制 器 是 控 制 太 陽(yáng) 能 電 池 給 蓄 電 池 充 電、 蓄 電 池 給 負(fù) 載 供 電 的 盒 式 控 制 器。 它 同 時(shí) 對(duì) 蓄 電 池 的 放 電 進(jìn) 行 切 斷 和 恢 復(fù) 使 用 的 控 制, 這 既 符 合 蓄 電 池 的 理 想 充 放 電 特 性, 又 提 高 了 太 陽(yáng) 能 電 池 的 利 用 率 和 充 電 效 率。 防 負(fù) 載 短 路 保 護(hù) 。⑵ 主要技術(shù)指標(biāo): 系統(tǒng)電壓： DC 12V太 陽(yáng) 能 電 池額 定 充 電 電 流 ：5 A 。蓄 電 池 充 滿 電 壓 ： V； 充 滿 恢 復(fù) 電 壓 ： V蓄 電 池 過(guò) 放 電 壓 ： V； 過(guò) 放 恢 復(fù) 電 壓 ： 13 V輸 出 電 壓 ： V 額 定 輸 出 電 流 ： 5 .⑶ 控制器電路工作原理： ① 蓄電池充滿檢測(cè)及充滿恢復(fù)電路：A3和A4為控制板充滿檢測(cè)電路， 經(jīng)運(yùn)算放大器電平比較后使U2C－8和U2D14先后由低電平上跳至高電平,發(fā)出蓄電池充滿切離信號(hào) M 和N。 —－8和U2D14先后由高電平下跳至低電平, 發(fā)出蓄電池充滿恢復(fù)信號(hào)m和n，接通兩路太陽(yáng)電池充電回路又重新恢復(fù)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。⑷ 安裝及操作使用 注意正極接紅線，負(fù)極接黑線。將四副插頭、插座正確連接，順序?yàn)椋孩傧冉有铍姵?，②再接太?yáng)電池，③最后接負(fù)載。當(dāng)蓄電池電壓在正常范圍內(nèi)而控制器沒(méi)有輸出，請(qǐng)檢查更換控制器側(cè)面的保險(xiǎn)(5A)。當(dāng)設(shè)備遭到雷擊時(shí)， 可打開(kāi)盒蓋， 更換電路板上的兩只藍(lán)色(或黃色)的壓敏電阻。 6．普通型柜式充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例： ………JKCK48V/50A型光伏電源控制器⑴ 功能和控制器主電路： JKCK48V/50A型光伏電源控制器是用于太陽(yáng)能電源系統(tǒng)中，控制太陽(yáng)能電池給蓄電池充電以及蓄電池給負(fù)載供電的電子設(shè)備。② 蓄電