家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

#/20充電時制t啊I)圖2.4電池的充電、放電特性曲線2.4關(guān)于控制器2.4.1控制器的原理這里所說的控制器通常存在兩種類型，第一種為方陣投撤型，第二種則是DC-DC變換型。投撤型的原理是：控制器在進行檢測之時，發(fā)電電池電壓數(shù)值達到了設(shè)定值之后，就會自行撤出方陣。DC-DC變換型：對參數(shù)進行固化，放置于控制器之中，并且對整個方針輸出的電壓進行轉(zhuǎn)換，以此來繼續(xù)充電。太陽能電池組件在得到了光照之后，就會自行產(chǎn)生電流，一旦這些電流不經(jīng)過中介而直接進入蓄電池之中，那么必定就會對蓄電池產(chǎn)生損害與不好的影響，令整個系統(tǒng)的壽命出現(xiàn)縮減。因此，在進行電流傳輸之時，應(yīng)當先將電流輸送進入控制器，然后在其內(nèi)部進行各種調(diào)節(jié)與數(shù)據(jù)操作，使用特殊的管理技術(shù)，也就是“自適應(yīng)三階段充電模式”，以此來保障整個電池的安全與壽命。就負載供電而言，整個流程進行之時，也是一樣應(yīng)當讓電流先進入控制器之中，在一系列的調(diào)解與轉(zhuǎn)變之后，再傳送至負載。下圖是控制器的原理圖：

an7auo^n56—2—yo-^^17oar^LnoT21F—QJ_ABtK0_：M34B-C63VO^TrD^7c-RWAOPar-h-toclC03d"c-t+t^cdclC^^UCLCLDAAUOarf§ne—4^—p￡33—i<?02^—pToCRBR‘a(chǎn)d-1l^o—X-nuITE^K0-OC(D<7nT2>nr95^—p§o^—pi1OPS3o^upQ3F1^—p2CMZ§7€\|^860^2roA-pC6CXC-l—A^pT4C-^O3-OOAOOa-COA/PdDCOPL—■4APB0_A0BC2A1-BO*A/BoArCLcOoCLtUc9-<C04412Dcaln^EYn~Qm63Fan7auo^n56—2—yo-^^17oar^LnoT21F—QJ_ABtK0_：M34B-C63VO^TrD^7c-RWAOPar-h-toclC03d"c-t+t^cdclC^^UCLCLDAAUOarf§ne—4^—p￡33—i<?02^—pToCRBR‘a(chǎn)d-1l^o—X-nuITE^K0-OC(D<7nT2>nr95^—p§o^—pi1OPS3o^upQ3F1^—p2CMZ§7€\|^860^2roA-pC6CXC-l—A^pT4C-^O3-OOAOOa-COA/PdDCOPL—■4APB0_A0BC2A1-BO*A/BoArCLcOoCLtUc9-<C04412Dcaln^EYn~Qm63FJEm--062Du——i4^y1.KA4L—t3—3CD—<9CcptZ!Z—EPOCT^c6C<830Z1MUOobTOotTOciTOt+tO4#0^—07-2—p>,OOP)4ocg^?IP—p>.rlr-oor6TaAOKODNZ—epoct^4AH圖2.6控制器原理圖控制器的作用家用太陽能控制器，顧名思義，就是適用于家庭的一種管理器，存在于家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng)之中，主要作用就是對太陽能電池方陣進行管理，在蓄電池進行充電體積負載充電之時，充當媒介與轉(zhuǎn)換工具。就整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，存在多種輔助工具都是直接與控制器存在聯(lián)系與關(guān)系的，例如負載、蓄電池以與逆變器等等，特別是到了晚上之后，家庭需要用電就必須通過控制器來進行與調(diào)整。在整個系統(tǒng)之中，控制器有了十分重要的功能，詳細為：（1）能夠使用多種充電模式。一般來說，蓄電池之所以會出現(xiàn)性能的劣態(tài)化，主要原因存在兩個方面，其一為充電之時，電壓的過高而帶來的內(nèi)部失水導(dǎo)致；其二則是因為電壓太低，而產(chǎn)生的充電缺失，最終形成極板硫酸鹽化。因此對于蓄電池的充電來說，是必須進行多方面保障的，以此來避免故障發(fā)生；（2）充電保護。電池在充電流程之中，一旦電壓過多，超出終值充電電壓，則會產(chǎn)生氫氣以與氧氣，形成失水情況。除了電池電壓不能過高之外，電池也并會被充滿，所以電流是不能夠被中途斬斷的。在這個時候，控制器內(nèi)部的調(diào)節(jié)也就能夠發(fā)揮出一定的作用，嚴格控制電壓傳送，避免蓄電池容量出現(xiàn)老化現(xiàn)象；（3）放電保護。電池除了要充電保護之外，也必須存在放電保護，不然的話，必定還是會出現(xiàn)容量老化現(xiàn)象，一旦電壓達到了最低的電壓值，這個時候控制器就會自動切斷負載，以此來保障電池的電量；（4）析氣調(diào)節(jié)。蓄電池一旦在較長時期之中都沒有產(chǎn)生現(xiàn)析氣反應(yīng)，則整個內(nèi)部就會自行出現(xiàn)酸液分層，如此，電池的整個容量就會收到影響。因此，我們需要使用數(shù)字電路來定期的對充電進行保護，令之按時產(chǎn)生析氣反應(yīng)，以此保障電池使用壽命；（5）超壓保護。出于對意外的考量而進行的一種保護措施，可以避免蓄電池的損壞；（6）過流保護。對蓄電池進行保險絲安裝，以此保護電流。2.5逆變器2.5.1逆變器的工作原理逆變器的主要作用就是對電流進行轉(zhuǎn)變，由最初的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。整個裝置與流程的重點也就在于逆變開關(guān)電路，也叫做是逆變電路。逆變電路的工作是需要使用電力電子開關(guān)來完成的，只有電子開關(guān)進行了導(dǎo)通和關(guān)斷，才能夠完善整個流程。就后者的通斷來說，是離不開驅(qū)動脈沖的，只有有了這些脈沖，才能夠較好的對電壓信號進行調(diào)整與轉(zhuǎn)變，而產(chǎn)生以與調(diào)節(jié)脈沖的電路也有著另外的名稱，也就是控制回路。就逆變器來說，其的組成來自于多種開關(guān)元件，像是晶體管等等，工作起來存在一定的規(guī)律，會不同的進行開關(guān)元件的開關(guān)任務(wù)，以此來控制直流的轉(zhuǎn)變，從輸入轉(zhuǎn)變成為輸出。通常來說，在這個工作流程之中，還必須涉與到高頻脈寬的調(diào)制，以此來變動正弦波附近的電壓，使其寬度出現(xiàn)變動，由寬轉(zhuǎn)變?yōu)檎罱K在固定周期之中不斷的重復(fù)動作與方向，構(gòu)成整體的脈沖波列，最終形成正弦波。

TTITTI7I了■Litr■1T4.陽r昇F」；~圖2.7逆變器原理圖2?5?2逆變器的分類與特點就逆變器的種類劃分來說，是存在較多原則以與標準的，舉個例子來說，可以依據(jù)逆變器自身的輸出電流相數(shù)來劃分，通常存在兩類，分別為：第一，單向逆變器，第二，三相逆變器；而若是依據(jù)逆變器自身的半導(dǎo)體器件種類劃分的話，則為兩類：第一類為晶體管逆變器，第二類則為晶閘管逆變器?？偟膩碚f，不同的原則與依據(jù)，所劃分出的類型也都存在著一定的差異，所以，出于方便的考量，本文就依據(jù)逆變器輸出交流電壓波形來做出種類的劃分。（a）方波逆變器。這種逆變器之所以會被稱之為是方波，其主要原因就在于，最終輸出的交流電壓形態(tài)，呈現(xiàn)出的就是方波形態(tài)。方波逆變器總的來說，使用線路是十分簡單且便利的，功率開關(guān)管數(shù)也并不多。然而由于其自身電壓之中的特征，存在較多的高次諧波，會在整個負載電氣之中產(chǎn)生一定損耗，再加上方波逆變器的調(diào)壓范圍限制，因此往往會出現(xiàn)噪音較大的情況。（b）階梯波逆變器。階梯波逆變器自然與方波一樣，之所以會被稱之為這樣的名字，表明其輸出的交流電壓形態(tài),呈現(xiàn)的就是階梯波。較之方波來說，階梯波的優(yōu)勢更為明顯，且在各個方面都有著些許調(diào)整與改善，因為其自身高次諧波含量不多，因此在階梯數(shù)目達到一定數(shù)值之后，就能夠形成準正弦波。這種逆變器的不足之處就在于，整個線路使用的功率開關(guān)管數(shù)量較多，并且要求也更高。（c）正弦波逆變器。該逆變器最終輸出的交流電壓形態(tài)也就是正弦波，相對其余兩種逆變器來說，這種逆變器的優(yōu)勢較多，綜合技術(shù)性能高，且功能完備。然而其的不足之處也就是線路的復(fù)雜性，在進行維修之時，無論是要求，還是成本都較高。逆變器輸出的波形圖詳細情況如下：圖2.8逆變器輸出波形圖家用發(fā)電系統(tǒng)功率匹配設(shè)計3.1各項技術(shù)參數(shù)就整個實驗來說，在進行之前就必須對所有的環(huán)境條件和狀態(tài)做出了解與調(diào)查，并且掌握各種設(shè)備和技術(shù)的參數(shù)與信息，如此才能夠最終獲得較為理想的結(jié)果。在經(jīng)過各種資料與文獻查閱之后，本文得到了實驗所需要的信息，詳細如下：青島市每天平均日照時間為：春季和秋季為十小時；夏季為十四個小時；冬季為八個小時。太陽輻射：一年輻射總量達到120千卡/平方厘米；六月份的每日平均輻射量為14千卡/平方厘米；年平均日照時數(shù)為2550.7小時；日照百分率達58%。地理位置：青島市地處為東經(jīng)120度30分至121度00分和北緯34度35分至37度09分之間。由于南北坡度之間存在的差異，因此太陽的輻射量也就不一樣，所以必須要針對性的進行系數(shù)與數(shù)據(jù)運算。太陽能電池板技術(shù)參數(shù)：額定功率15W；短路電流0.95A；開路電壓21.5V；最佳工作電壓17.5V。鉛酸蓄電池的技術(shù)參數(shù)：電壓是直流12V；蓄電池容量為12Ah?？刂破鞯募夹g(shù)參數(shù)：連接蓄電池的電壓為直流12V；連接市電的電壓為交流220V；額定功率為120W；最大工作電壓為17V。逆變器的技術(shù)參數(shù)：輸入為直流12V電壓；輸出為交流220V電壓。因為本文的系統(tǒng)設(shè)計主要針對對象為家庭使用，因此在功率的匹配與制定上也都是和家用電燈功率對應(yīng)的，我們假定每天電燈的運作時間為六十分鐘，青島市的陰雨天數(shù)最長是兩天，則在此條件之下，令蓄電池的功率與負載以與太陽能電池板等等相互匹配與協(xié)作。鉛酸蓄電池容量的計算蓄電池容量BC=AxQLxNLxTO/CC=1.2x40/12x1x2x1/0.75=10.67=llAhA代表的是安全系數(shù)，通常為1.1?1.4之間，本本設(shè)計取值是1.2；QL代表負載日平均耗電情況，指的就是工作電流乘以日工作小時數(shù)得出的數(shù)值，額定電壓通常是直流12V，每天的運作時間1；NL代表最長連續(xù)陰雨天數(shù)，在本設(shè)計之中，假設(shè)為2日；TO代表溫度修正系數(shù)，一般取1；CC代表蓄電池放電深度，通常鉛酸電池數(shù)值皆為0.75.太陽能電池方陣功率的計算電池組件串聯(lián)數(shù)NS=(Uf+UD+Uc)/Uoc=(13.5+0.7+3.3)/17.5=1Uf為蓄電池浮充電壓，12V的鉛酸蓄電池取13.5V；UD為二極管壓降，取0.7V；Uoc代表太陽能電池組件最理想的運作電壓狀態(tài)，本文設(shè)計所選擇使用的太陽能電池組件，最理想運作電壓值是17.5V；Uc為其他因素引起的壓降。在固定的光照條件之下，每天平均輻射時數(shù)為H=Htx2.778/10000h，也就是~39hHt代表安裝地點的太陽能日輻射數(shù)值；2.778/10000(h?m2/kj)代表對日輻射量進行轉(zhuǎn)化，而形成的新系數(shù)，也就是每日輻射時數(shù)情況，通常光強是1000W/m2。電池組件日發(fā)電量Qp=IocxHxKopxC2=0.86x39x1.06x0.8Ah=28.5AhIoc代表的是太陽能電池組件的最理想運作狀態(tài)電流值，在本文設(shè)計之中所選擇的最理想運作電流數(shù)值是0.86A；Kop代表的是依據(jù)經(jīng)緯度所判定的斜面修正系數(shù)數(shù)值，本設(shè)計選取的數(shù)值為1.063；C2為修正系數(shù)。需補充的蓄電池容量Bcb=AxQLxNL=1.2x40/12x2=6.7Ah電池組件的并聯(lián)數(shù)叫=(Bcb+NwxQL)/(QpxNw)=(8+0.159x6.7)/(28.5x0.15)=2太陽能電池方陣功率P=PoxNsxNp=15x1x2=30W實驗過程的說明實驗進行之初，在沒有光照的地方，檢測了各組數(shù)據(jù)信息，分別是：蓄電池兩端的電壓為11.1V；電池板兩端的電壓為1.8V；控制器的12V電池端的電壓為0.18V；控制器和電池板連接端的電壓數(shù)值為0.17V；控制器的220V市電轉(zhuǎn)換端的電壓等于零；控制器在12V光源輸出端條件下，電壓等于0.02V。在實驗的相關(guān)設(shè)備全部安裝完成之后，檢測了各組數(shù)據(jù)信息，分別是：蓄電池兩端的電壓為11.3V；電池板兩端的電壓為12V；控制器的12V電池端的電壓為11.33V;控制器和電池板連接端的電壓數(shù)值為12V；控制器的220V市電轉(zhuǎn)換端的電壓等于零，沒有變化；控制器在12V光源輸出端條件下，電壓有了轉(zhuǎn)變，是11.45V。在實驗進行了六十分鐘的日照之后，檢測了各種數(shù)據(jù)信息，分別是：蓄電池兩端的電壓為11.85V；電池板兩端的電壓為12.5V；控制器的12V電池端的電壓為12V；控制器和電池板連接端的電壓數(shù)值為12.7V；控制器的220V市電轉(zhuǎn)換端的電壓等于零，沒有變化；控制器在12V光源輸出端條件下，電壓有了轉(zhuǎn)變，是12V，有所增加。在實驗進行了兩個小時的日照之后，檢測了各種數(shù)據(jù)信息，分別是：蓄電池兩端的電壓為12.1V；電池板兩端的電壓為12.8V；控制器的12V電池端的電壓為12.03V；控制器和電池板連接端的電壓數(shù)值為12.6V；控制器的220V市電轉(zhuǎn)換端的電壓等于零，沒有變化；控制器在12V光源輸出端條件下，電壓有了轉(zhuǎn)變，是12.1V,有所增加。就理論來說，對蓄電池進行充電的話，直至充滿，通常需要花費達到七個小時，也就是6.976個小時，因為本文實驗在進行之前，電池紙張就已經(jīng)有了11.1V的電量，所以，依據(jù)電池特性能夠得出，從11.1V開始進行充電，到達12V的過程較長，花費時間較多，約兩個小時左右。而當容量已經(jīng)是12Ah時，電池并不會就停止，而是繼續(xù)充電，這個時候的電壓用途就是存儲，稱之為浮充電壓。就理論而言，一旦使用的電池負載為40W,平均每天用六十分鐘，這樣的話,一共能用兩日。而在本文的實驗之中，則自上午11點起開始充電，到晚上9點,電壓出現(xiàn)降低，下降2V。一旦負載停止，那么一段時期以后，其電壓就會再次提高，這就是電池自帶的復(fù)原能力。控制器之中的一個端口光源為12V。理論而言，設(shè)備正常運作與使用，對12負載進行連接也可繼續(xù)運作。而本文實驗之中，因為沒有直流負載，所以就對直流電進行了轉(zhuǎn)換，電燈并不能夠持續(xù)運作，然而一旦將電燈與蓄電池連接，則能夠正常使用。實驗結(jié)果的展示圖3.1太陽能電池板給蓄電池充電過程圖3.2利用蓄電池的電能帶動負載圖3.3太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)束語該太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)為蓄電池充電，能夠直接滿足各種直流負載需要，蓄電池中儲存的電能通過逆變器逆變還可為交流負載提供電能。提高了能源利用率，為用戶節(jié)省電能。