太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)-培訓(xùn)教材

太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽(yáng)能充電器培訓(xùn)教材2007年3月前言太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽(yáng)能充電器我國(guó)研制太陽(yáng)能電池始于一九五八年，中國(guó)的光伏技術(shù)經(jīng)過(guò)四十年的努力，已具有一定的水平和根底。過(guò)去我國(guó)遙遠(yuǎn)地區(qū)的光伏發(fā)電市場(chǎng)主要由國(guó)家投資工程和多邊援助工程支撐。90年代以來(lái)，隨著遙遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展和農(nóng)牧民收入水平的提高，遙遠(yuǎn)地區(qū)的光伏發(fā)電市場(chǎng)也開(kāi)始向商業(yè)化開(kāi)展。根據(jù)世界銀行/全球環(huán)境基金可再生能源商業(yè)化工程準(zhǔn)備研究過(guò)程中的資料顯示，我國(guó)西部地區(qū)經(jīng)營(yíng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的各類(lèi)公司和團(tuán)體由80年代的缺乏10家，開(kāi)展到1997年底的50多家，其中大多數(shù)公司以商業(yè)化贏利為目的。這從側(cè)面說(shuō)明，我國(guó)的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)具有了一定的市場(chǎng)潛力和市場(chǎng)吸引力。光伏電池發(fā)電有離網(wǎng)(獨(dú)立電站)和并網(wǎng)(市電并網(wǎng)電站)兩種工作方式。過(guò)去，由于太陽(yáng)電池的生產(chǎn)本錢(qián)居高不下，所以光伏電池多用于工業(yè)部門(mén)〔郵電、電力、石油、鐵路等〕和偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)的中小功率離網(wǎng)用戶(hù)。隨著光伏產(chǎn)品本錢(qián)的降低和農(nóng)牧民收入水平的提高，太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)近年來(lái)發(fā)生了很大變化，開(kāi)始向較大功率的交流系統(tǒng)和村莊供電系統(tǒng)開(kāi)展；并且逐步向并網(wǎng)發(fā)電以及和建筑相結(jié)合(屋頂發(fā)電系統(tǒng))的常規(guī)發(fā)電方向開(kāi)展，開(kāi)始由補(bǔ)充能源向替代能源過(guò)渡。太陽(yáng)能光伏電源的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，從數(shù)十瓦的戶(hù)用照明系統(tǒng)到電信、電力、鐵路、石油、部隊(duì)等部門(mén)通訊設(shè)備數(shù)千瓦的備用電源系統(tǒng)，甚至在西藏阿里、安多等地區(qū)還建成幾個(gè)數(shù)十千瓦的集中型太陽(yáng)能光伏電站。隨著我國(guó)光伏事業(yè)的高速開(kāi)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，從事太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和安裝的技術(shù)人員不斷增加。由于太陽(yáng)能光伏電源技術(shù)屬于跨多學(xué)科的新興學(xué)科，它涉及到氣象、光學(xué)、半導(dǎo)體、電力、電子、計(jì)算機(jī)和機(jī)械等多種學(xué)科技術(shù)，要求從業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)掌握廣泛而深入的技術(shù)知識(shí)，才能合理設(shè)計(jì)使用和充分發(fā)揮價(jià)格較昂貴的光伏系統(tǒng)設(shè)備的作用。但是，目前國(guó)內(nèi)有關(guān)光伏技術(shù)的書(shū)籍和資料大多是介紹太陽(yáng)電池、蓄電池等器件原理和應(yīng)用方面的根本知識(shí)，而系統(tǒng)闡述太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和配套電子設(shè)備〔光伏電源控制器、方波或正弦波逆變器及系統(tǒng)檢測(cè)儀器等〕應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)資料卻很少。因此，北京市計(jì)科能源新技術(shù)開(kāi)發(fā)公司根據(jù)多年來(lái)從事光伏電源系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、工程安裝和配套電子設(shè)備生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，組織編寫(xiě)了這本培訓(xùn)教材，試圖幫助廣闊從事太陽(yáng)能光伏行業(yè)的技術(shù)人員系統(tǒng)學(xué)習(xí)掌握光伏系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和配套電子設(shè)備的應(yīng)用，更好地開(kāi)展我國(guó)的光伏事業(yè)。由于水平有限，時(shí)間倉(cāng)促，對(duì)本培訓(xùn)教材中不當(dāng)和錯(cuò)誤之處敬請(qǐng)專(zhuān)家和讀者批評(píng)指正。太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽(yáng)能充電器目錄TOC\o"1-2"一．緒論31．我國(guó)的太陽(yáng)能資源概況42．太陽(yáng)能的主要利用形式和光伏發(fā)電的運(yùn)行方式03．太陽(yáng)能光伏技術(shù)的開(kāi)展及前景0二．太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的原理及組成11．太陽(yáng)能電池方陣22．充放電控制器53．直流/交流逆變器54．蓄電池組5．測(cè)量設(shè)備6．太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6三．光伏電源充放電控制器111．控制器的功能：112．控制器的根本技術(shù)參數(shù)113．控制器的分類(lèi)：114．控制器的根本電路和工作原理：125．小型單路充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例156．普通型柜式充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例177．智能型壁掛式充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例20四．直流－交流逆變器261．逆變器的功能：262．光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的技術(shù)要求263．逆變器的分類(lèi)和電路結(jié)構(gòu)274．逆變器的控制電路305．逆變器功率器件的選擇：306．逆變器的主要技術(shù)性能指標(biāo)317．PWM方波逆變器產(chǎn)品實(shí)例338．SPWM正弦波逆變器產(chǎn)品實(shí)例359．3kW可調(diào)度型并網(wǎng)逆變器38五．光伏電源系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器411．?dāng)?shù)據(jù)采集器的主要技術(shù)指標(biāo)412．?dāng)?shù)據(jù)采集器的根本功能413．?dāng)?shù)據(jù)采集器的硬件結(jié)構(gòu)424．?dāng)?shù)據(jù)采集器的操作43六．蓄電池組：461．鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)及工作原理462．鉛酸蓄電池的工作原理473．蓄電池的電壓、容量和型號(hào)474．電解液的配制485．蓄電池的安裝506．蓄電池的充電：517．固定型鉛酸蓄電池的管理和維護(hù)52七．備用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和交流充電設(shè)備581．柴油發(fā)電機(jī)組582．交流充電設(shè)備產(chǎn)品實(shí)例JKZH-60K-3CH整流充電柜65太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)太陽(yáng)能充電器一．緒論在人類(lèi)文明的歷史長(zhǎng)河中，人類(lèi)不斷地從自然界索取、探求適合生存和開(kāi)展所需的各種能源，能源的利用水平折射出人類(lèi)文明的進(jìn)步步伐。從原始社會(huì)開(kāi)始，由地球在長(zhǎng)達(dá)50萬(wàn)年的歷史中積累下來(lái)的化石礦物能源，即常規(guī)能源(煤、石油、天然氣等)一直是人類(lèi)所用能源的根底。但是常規(guī)能源的儲(chǔ)量正隨著人類(lèi)文明的高度開(kāi)展而迅速枯竭。從資源的角度看，地球的礦物能源儲(chǔ)量是有限的，按目前消耗的速度計(jì)，石油還可供開(kāi)采40年左右，天然氣約60年，煤可望達(dá)200年。全球能源消耗的年增長(zhǎng)率約為2%，近35年來(lái)世界能源消費(fèi)量已經(jīng)翻了一番。人們預(yù)計(jì)，到2025年全球能源消耗還將再增加一倍。這些都提醒人們注意到必須開(kāi)發(fā)新的能源。常規(guī)能源的大量利用對(duì)人類(lèi)生存環(huán)境也有著日趨嚴(yán)重的破壞作用。到20世紀(jì)末人們開(kāi)始意識(shí)到：由于每年燃燒常規(guī)能源所產(chǎn)生的CO2排放量約210億噸左右，已經(jīng)使地球嚴(yán)重污染，而且目前CO2的年排放量還在呈上升趨勢(shì)。CO2造成了地球的溫室效應(yīng)，使全球氣候變暖。經(jīng)過(guò)較為準(zhǔn)確的推算，如果全球變暖1.5～4.5℃,最嚴(yán)重的后果是海平面將上升25～145cm，沿海低洼地區(qū)將被淹沒(méi)，這將嚴(yán)重影響到許多國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和政治結(jié)構(gòu)。此外，大量燃燒礦物燃料，會(huì)在大范圍內(nèi)形成酸雨，將嚴(yán)重?fù)p害森林和農(nóng)田，目前全球已有數(shù)以千計(jì)的湖泊酸性度不斷提高，并已接近魚(yú)類(lèi)無(wú)法生存的地步；酸雨還損壞石造建筑、破壞古跡、腐蝕金屬結(jié)構(gòu)，甚至進(jìn)入飲用水源，釋放出潛在的毒性金屬〔如鎘、鉛、汞、鋅、銅等〕，威脅人類(lèi)健康。因此，人類(lèi)文明的高度開(kāi)展與生存環(huán)境的極度惡化，形成了強(qiáng)烈的反差。針對(duì)以上情況開(kāi)發(fā)和使用新能源(可再生能源和無(wú)污染綠色能源)已是人類(lèi)目前迫切需要解決的重要問(wèn)題。雖然目前人類(lèi)可利用的新能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水能、海洋能等能源形式都是可以滿(mǎn)足要求的。但從能源的穩(wěn)定性、可持久性、數(shù)量、設(shè)備本錢(qián)、利用條件等諸多因素考慮，太陽(yáng)能將成為最為理想的可再生能源和無(wú)污染能源。我國(guó)的太陽(yáng)能資源概況:太陽(yáng)能的主要利用形式和光伏發(fā)電的運(yùn)行方式:太陽(yáng)能電池發(fā)電與火力、水力、柴油發(fā)電比擬具有許多優(yōu)點(diǎn)，如平安可靠、無(wú)噪聲、無(wú)污染，能量隨處可得、不受地域限制、無(wú)需消耗燃料、無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)便、可以無(wú)人值守、建站周期短、規(guī)模大小隨意、無(wú)需架設(shè)輸電線路、可以方便地與建筑物相結(jié)合等，因此，無(wú)論從近期還是遠(yuǎn)期，無(wú)論從能源環(huán)境的角度還是從遙遠(yuǎn)地區(qū)和特殊應(yīng)用領(lǐng)域需求的角度來(lái)考慮，太陽(yáng)能電池發(fā)電都極具吸引力。目前，太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的唯一障礙是其本錢(qián)高，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)中葉，太陽(yáng)能電池發(fā)電的本錢(qián)將會(huì)下降到同常規(guī)能源發(fā)電相當(dāng)。屆時(shí)，太陽(yáng)能電池發(fā)電將成為人類(lèi)電力的重要來(lái)源之一。目前太陽(yáng)能的利用形式主要有光熱利用、光伏發(fā)電利用和光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種形式。光熱利用具有低本錢(qián)，方便，利用效率較高等優(yōu)點(diǎn)，但不利于能量的傳輸，一般只能就地使用，而且輸出能量形式不具備通用性。光化學(xué)轉(zhuǎn)換在自然界中以光合作用的形式普遍存在，但目前人類(lèi)還不能很好地利用。光伏發(fā)電利用以電能作為最終表現(xiàn)形式，具有傳輸極其方便的特點(diǎn)，在通用性、可存儲(chǔ)性等方面具有前兩者無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。且由于太陽(yáng)能電池的原料—硅的儲(chǔ)量十分豐富、太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的不斷提高、生產(chǎn)本錢(qián)的不斷下降，都促使太陽(yáng)能光伏發(fā)電在能源、環(huán)境和人類(lèi)社會(huì)未來(lái)開(kāi)展中占據(jù)重要地位。由于太陽(yáng)光資源具有分散性，而且隨處可得，太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)特別適合于作為獨(dú)立的電源使用，例如遙遠(yuǎn)地區(qū)的村莊及戶(hù)用供電系統(tǒng)、太陽(yáng)能電池照明系統(tǒng),太陽(yáng)能電池水泵系統(tǒng)以及大局部的通信電源系統(tǒng)等都屬此類(lèi)。太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)還可以同其它發(fā)電系統(tǒng)組成聯(lián)合供電系統(tǒng)，如“風(fēng)－光互補(bǔ)系統(tǒng)〞、“風(fēng)－光－柴－蓄互補(bǔ)系統(tǒng)〞等。由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)本錢(qián)低，又由于風(fēng)能和太陽(yáng)能資源具有互補(bǔ)性，互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以大大提高供電的穩(wěn)定性，其價(jià)格比起獨(dú)立太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)至少可減少1/3。除此之外，太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)還可以與電網(wǎng)相聯(lián)構(gòu)成并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)系統(tǒng)是將太陽(yáng)能電池發(fā)出的直流電通過(guò)并網(wǎng)逆變器直接饋入電網(wǎng)，從而可以大大減少蓄電池的存儲(chǔ)容量。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可分為“可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)〞和“不可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)〞?！安豢烧{(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)〞中不帶儲(chǔ)能系統(tǒng)，饋入電網(wǎng)的電力完全取決于日照的情況；“可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)〞帶有儲(chǔ)能系統(tǒng)，可根據(jù)需要隨時(shí)將太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)并入或退出電網(wǎng)。實(shí)踐證明，并網(wǎng)電站可以對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰、提高電網(wǎng)末端的電壓穩(wěn)定性、改善電網(wǎng)的功率因數(shù)和消除電網(wǎng)雜波均能發(fā)揮有效作用，很有應(yīng)用前景。3．太陽(yáng)能光伏技術(shù)的開(kāi)展及前景：太陽(yáng)能電池最早用于空間技術(shù)，至今宇宙飛船和人造衛(wèi)星的電力仍然根本上依靠太陽(yáng)能電池系統(tǒng)來(lái)供給。70年代以后，太陽(yáng)能電池在地面得到廣泛應(yīng)用，目前已普及生活照明、鐵路交通、水利氣象、郵電通信、播送電視、陰極保護(hù)、農(nóng)林牧業(yè)、軍事國(guó)防、并網(wǎng)調(diào)峰等各個(gè)領(lǐng)域。功率級(jí)別，大到10MW的太陽(yáng)能電池發(fā)電站，小到手表、計(jì)算器的電源。隨著太陽(yáng)能電池發(fā)電本錢(qián)的進(jìn)一步降低，它將進(jìn)入更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，如海水淡化、光電制氫、電動(dòng)車(chē)充電系統(tǒng)等；對(duì)于這些系統(tǒng)，目前世界上已有成功的示范。太陽(yáng)能電池發(fā)電最終的開(kāi)展目標(biāo)，是進(jìn)入公共電力網(wǎng)的規(guī)模應(yīng)用，包括中心并網(wǎng)光伏電站、風(fēng)－光互補(bǔ)電站、電網(wǎng)末稍的延伸光伏電站、分散式屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)等。展望太陽(yáng)能電池發(fā)電的未來(lái)，人們甚至設(shè)想出大型的宇宙發(fā)電方案，即在太空中建立人造同步衛(wèi)星光伏電站。1997年8月在加拿大蒙特利爾召開(kāi)了第四屆國(guó)際空間太陽(yáng)能電站會(huì)議，提出了一些設(shè)想，但付諸實(shí)施，恐非短期所能實(shí)現(xiàn)。但美國(guó)、日本已制訂了試驗(yàn)性發(fā)射方案〔容量等級(jí)為1000KWp數(shù)量級(jí)〕。因?yàn)榇髿鈱油獾年?yáng)光輻射比地球上要高出30%以上，而且由于宇宙沒(méi)有黑夜，衛(wèi)星電站可以連續(xù)發(fā)電。一組11km×4km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)?？臻g電站可以將所發(fā)出的電通過(guò)微波源源不斷地傳送回地球供人們使用。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給，不必再使用原子能核電站。美國(guó)普林斯頓大學(xué)能源和環(huán)境研究所的一批學(xué)者認(rèn)為：在下一個(gè)十年內(nèi)以光電為根底的電解水制氫和儲(chǔ)氫技術(shù)將趨于成熟，他們經(jīng)計(jì)算后提出，如在新墨西哥州或亞利桑那州一塊直徑為386km的環(huán)形地區(qū)設(shè)置太陽(yáng)能電池制氫，便可提供相當(dāng)于美國(guó)1986年的全部礦物燃料消耗的能量。由于晶體硅原料領(lǐng)域的開(kāi)展〔例如超薄晶體硅太陽(yáng)電池的開(kāi)發(fā)和使用更廉價(jià)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)程的開(kāi)展，將使得晶體硅電池在將來(lái)會(huì)變得更為廉價(jià)；此外，效率也將進(jìn)一步得到提高。薄膜太陽(yáng)能電池，例如非晶硅太陽(yáng)能電池，由于其廉價(jià)的生產(chǎn)本錢(qián)而在消費(fèi)領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。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。然而，如果效率能被提高，穩(wěn)定性問(wèn)題能被解決的話(huà)，這種太陽(yáng)能電池仍將是將來(lái)的一個(gè)重要開(kāi)展方向?；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開(kāi)展階段，由于它的效率有可能到達(dá)30％而顯得尤為重要，但是這種類(lèi)型的太陽(yáng)能電池在2005年以前還不可能得到廣泛應(yīng)用。由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的重要性，在研究開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)及市場(chǎng)開(kāi)拓方面成為世界各國(guó)特別是興旺國(guó)家劇烈競(jìng)爭(zhēng)的主要熱點(diǎn)。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)也在日新月異地開(kāi)展，效率的提高和價(jià)格的下降已呈必然趨勢(shì)。澳大利亞新南威爾士大學(xué)已研制出η=24%的單體〔4×4cm〕高效硅太陽(yáng)能電池。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%的遞增速度開(kāi)展。90年代后期，世界市場(chǎng)出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，開(kāi)展更加迅速。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%〔1996年88.5MW〕，超出光伏界專(zhuān)家最樂(lè)觀的估計(jì)。二．太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的原理及組成太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)是利用以光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它由太陽(yáng)能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等局部組成，其系統(tǒng)組成如圖1－1所示。圖1－1太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖1．太陽(yáng)能電池方陣：太陽(yáng)能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4cm2到100cm2不等。太陽(yáng)能電池單體的工作電壓約為0.5V,工作電流約為20－25mA/cm2,一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽(yáng)能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽(yáng)能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。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(mǎn)足負(fù)載所要求的輸出功率(見(jiàn)圖1－2)。〔1〕硅太陽(yáng)能電池單體常用的太陽(yáng)能電池主要是硅太陽(yáng)能電池。晶體硅太陽(yáng)能電池由一個(gè)晶體硅片組成，在晶體硅片的上外表緊密排列著金屬柵線，下外表是金屬層。硅片本身是P型硅，外表擴(kuò)散層是N區(qū)，在這兩個(gè)區(qū)的連接處就是所謂的PN結(jié)。PN結(jié)形成一個(gè)電場(chǎng)。太陽(yáng)能電池的頂部被一層抗反射膜所覆蓋，以便減少太陽(yáng)能的反射損失。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)電荷被別離，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。這就是“光生伏打效應(yīng)〞。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)能電池的上下兩外表間時(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。光子的能量由波長(zhǎng)決定，低于基能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子，一個(gè)高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個(gè)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(yáng)能電池的效率下降。〔2〕硅太陽(yáng)能電池種類(lèi)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。對(duì)于單晶硅太陽(yáng)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)，使單晶硅的使用本錢(qián)比擬昂貴。多晶硅太陽(yáng)能電池的晶體方向的無(wú)規(guī)那么性，意味著正負(fù)電荷對(duì)并不能全部被PN結(jié)電場(chǎng)所別離，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)那么而損失，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。多晶硅太陽(yáng)能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以它的本錢(qián)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)換效率比擬低，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。一般產(chǎn)品化單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為13――15%產(chǎn)品化多晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為11――13%產(chǎn)品化非晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為5――8%〔3〕太陽(yáng)能電池組件一個(gè)太陽(yáng)能電池只能產(chǎn)生大約0.5V電壓，遠(yuǎn)低于實(shí)際應(yīng)用所需要的電壓。為了滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要，需把太陽(yáng)能電池連接成組件。太陽(yáng)能電池組件包含一定數(shù)量的太陽(yáng)能電池，這些太陽(yáng)能電池通過(guò)導(dǎo)線連接。一個(gè)組件上，太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36片〔10cm×10cm〕，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。通過(guò)導(dǎo)線連接的太陽(yáng)能電池被密封成的物理單元被稱(chēng)為太陽(yáng)能電池組件，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和系統(tǒng)。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(mǎn)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。太陽(yáng)能電池的可靠性在很大程度上取決于其防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力。其潛在的質(zhì)量問(wèn)題是邊沿的密封以及組件反面的接線盒。這種組件的前面是玻璃板，反面是一層合金薄片。合金薄片的主要功能是防潮、防污。太陽(yáng)能電池也是被鑲嵌在一層聚合物中。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。組件的電氣特性主要是指電流－電壓輸出特性，也稱(chēng)為Ⅴ－Ⅰ特性曲線，如圖1－3所示。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。Ⅴ－Ⅰ特性曲線顯示了通過(guò)太陽(yáng)能電池組件傳送的電流Im與電壓Vm在特定的太陽(yáng)輻照度下的關(guān)系。如果太陽(yáng)能電池組件電路短路即V＝0，此時(shí)的電流稱(chēng)為短路電流Isc；如果電路開(kāi)路即I＝0，此時(shí)的電壓稱(chēng)為開(kāi)路電壓Voc。太陽(yáng)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＝VI。I:電流Isc:短路電流Im:最大工作電流V:電壓Voc:開(kāi)路電壓Vm:最大工作電壓圖1-3太陽(yáng)能電池的電流－電壓特性曲線當(dāng)太陽(yáng)能電池組件的電壓上升時(shí)，例如通過(guò)增加負(fù)載的電阻值或組件的電壓從零〔短路條件下〕開(kāi)始增加時(shí)，組件的輸出功率亦從0開(kāi)始增加；當(dāng)電壓到達(dá)一定值時(shí)，功率可到達(dá)最大，這時(shí)當(dāng)阻值繼續(xù)增加時(shí)，功率將躍過(guò)最大點(diǎn)，并逐漸減少至零，即電壓到達(dá)開(kāi)路電壓Voc。太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性。在組件的輸出功率到達(dá)最大點(diǎn)，稱(chēng)為最大功率點(diǎn)；該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓，稱(chēng)為最大功率點(diǎn)電壓Vm〔又稱(chēng)為最大工作電壓〕；該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流，稱(chēng)為最大功率點(diǎn)電流Im〔又稱(chēng)為最大工作電流〕；該點(diǎn)的功率，稱(chēng)為最大功率Pm。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1C每片電池的電壓減少5mV，相當(dāng)于在最大功率點(diǎn)的典型溫度系數(shù)為－0.4%/C。也就是說(shuō)，如果太陽(yáng)能電池溫度每升高1C，那么最大功率減少0.4%。所以，太陽(yáng)直射的夏天，盡管太陽(yáng)輻射量比擬大，如果通風(fēng)不好，導(dǎo)致太陽(yáng)電池溫升過(guò)高，也可能不會(huì)輸出很大功率。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) AM1.5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(chēng)為峰值功率，表示為Wp(peakwatt)。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽(yáng)模擬儀測(cè)定并和國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的太陽(yáng)能電池進(jìn)行比擬。通過(guò)戶(hù)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。在戶(hù)外測(cè)量的誤差很容易到達(dá)10％或更大。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)〞。這種效應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能電池會(huì)造成很?chē)?yán)重地破壞作用。有光照的電池所產(chǎn)生的局部能量或所有的能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽(yáng)能電池由于熱班效應(yīng)而被破壞，需要在太陽(yáng)能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁通二極管，以防止光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗。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。它包含一個(gè)接線盒和1只或2只旁通二極管。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。由于蓄電池組被過(guò)充電或過(guò)放電后將嚴(yán)重影響其性能和壽命，充放電控制器在光伏系統(tǒng)中一般是必不可少的。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)。開(kāi)關(guān)器件，可以是繼電器，也可以是MOSFET模塊。但PWM脈寬調(diào)制控制器，只能用MOSFET模塊作為開(kāi)關(guān)器件。3．直流/交流逆變器：逆變器是將直流電變換成交流電的電子設(shè)備。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。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。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。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。逆變器按輸出波形，又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器，電路簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對(duì)諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器，本錢(qián)高，但可以適用于各種負(fù)載。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，SPWM脈寬調(diào)制正弦波逆變器將成為開(kāi)展的主流。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。太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)對(duì)所用蓄電池組的根本要求是：(1)自放電率低；(2)使用壽命長(zhǎng)；(3)深放電能力強(qiáng)；(4)充電效率高；(5)少維護(hù)或免維護(hù)；(6)工作溫度范圍寬；(7)價(jià)格低廉。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。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)密封免維護(hù)鉛酸蓄電池；配套200Ah以下的鉛酸蓄電池，一般選用小型密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。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。對(duì)于太陽(yáng)能通信電源系統(tǒng)、陰極保護(hù)系統(tǒng)等工業(yè)電源系統(tǒng)和大型太陽(yáng)能發(fā)電站，往往要求對(duì)更多的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，如太陽(yáng)能輻射量、環(huán)境溫度、充放電電量等，有時(shí)甚至要求具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)打印和遙控功能，這時(shí)要求為太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)配備智能化的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)〞和“微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)〞。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)。軟件設(shè)計(jì)包括：負(fù)載用電量的計(jì)算，太陽(yáng)能電池方陣面輻射量的計(jì)算，太陽(yáng)能電池、蓄電池用量的計(jì)算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池方陣安裝傾角的計(jì)算，系統(tǒng)運(yùn)行情況的預(yù)測(cè)和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的分析等。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)。對(duì)于大型太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，還要有方陣場(chǎng)的設(shè)計(jì)、防雷接地的設(shè)計(jì)、配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及輔助或備用電源的選型和設(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，也可以采取估算的方法。太陽(yáng)能輻射原理：太陽(yáng)電池發(fā)電的全部能量來(lái)自于太陽(yáng)，也就是說(shuō)，太陽(yáng)電池方陣面上所獲得的輻射量決定了它的發(fā)電量。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?，海拔，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，地外表的反射系數(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)電池方陣外表的清潔程度等。要想較為準(zhǔn)確地推算出太陽(yáng)電池方陣面上所獲得的輻射量，必須對(duì)太陽(yáng)輻射的根本概念有所了解。太陽(yáng)輻射的根本定律太陽(yáng)輻射的直散別離原理、布格－朗伯定律和余弦定律是我們所要了解的三條最根本的定律。直散別離原理：大地外表〔即水平面〕和方陣面〔即傾斜面〕上所接收到的輻射量均符合直散別離原理，只不過(guò)大地外表所接收到的輻射量沒(méi)有地面反射分量，而太陽(yáng)電池方陣面上所接收到的輻射量包括地面反射分量：Qp=Sp+DpQT=ST+DT+RTQp:水平面總輻射Sp:水平面直接輻射Dp:水平面散射輻射QT:傾斜面總輻射ST:傾斜面直接輻射DT:傾斜面地面反射布格-朗伯定律:SD’=S0FmS0：太陽(yáng)常數(shù)1350W/m2SD’：直接輻射強(qiáng)度F:大氣透明度m:大氣質(zhì)量m=1/SinP/P0:太陽(yáng)高度角Po:標(biāo)準(zhǔn)大氣壓Sin=SinSin+CosCosCos:太陽(yáng)赤緯角=23.5Sin(360*(284+N)/365)：當(dāng)?shù)鼐暥取?－90〕：時(shí)角〔地球自轉(zhuǎn)一周360度，24小時(shí)〕15度/小時(shí)或4分鐘/度余弦定律:Sp’=SD’SinST’=SD’COSDT’=Dp’(1+CosZ)/2RT’=Qp’(1-CosZ)/2QT=ST+DT+RT太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(以某高山氣象站為例)：當(dāng)?shù)貧庀蟮乩項(xiàng)l件：由當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)提供前10年的平均數(shù)據(jù)。緯度:北緯30-45度經(jīng)度:東經(jīng)90-120度海拔:1000-4000最長(zhǎng)陰雨天:3天水平面全年總輻射量為:165千卡/厘米2。太陽(yáng)電池方陣面上的總輻射為180千卡/厘米2。負(fù)載情況編號(hào)負(fù)載名稱(chēng)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)的組件型號(hào)為：33D1312X310開(kāi)路電壓：21V短路電流：2.4A峰值電壓：17V峰值電流：2.235A峰值功率：38Wp②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:180000×0.0116=2088小時(shí)0.0116為將輻射量(卡/cm2)換算成峰值日照時(shí)數(shù)的換算系數(shù):峰值日照定義:100毫瓦/cm2=0.1瓦/cm21卡=4.18焦耳=4.18瓦秒1小時(shí)=3600秒那么:1卡/cm2=4.18瓦秒/卡/(3600秒/小時(shí)×0.1瓦/cm2)=0.0116小時(shí)cm2/卡于是:180000卡/cm2年×0.0116小時(shí)cm2/卡=2088小時(shí)/年平均每日峰值日照時(shí)數(shù)為：2088÷365＝5.72小時(shí)/日③根據(jù)系統(tǒng)工作電壓等級(jí)確定太陽(yáng)電池組件的串聯(lián)數(shù)： 系統(tǒng)工作電壓一般選擇原那么：戶(hù)用系統(tǒng)為12VDC或24VDC；通信系統(tǒng)為48VDC； 電力系統(tǒng)為110VDC；大型電站為220VDC％或更高。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。④計(jì)算每日負(fù)載耗電量為：4300Wh÷48V＝89.6Ah⑤計(jì)算所需太陽(yáng)電池的總充電電流為：89.6Ah×1.02/(5.72h×0.9×0.8)＝22.19A其中：0.9:蓄電池的充電效率0.8:逆變器效率1.02:20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)。⑥計(jì)算所需太陽(yáng)電池的并聯(lián)數(shù)為：22.19A÷2.235A/塊＝10塊⑦計(jì)算所需太陽(yáng)電池的總功率為：〔10×4〕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89.6Ah/天×3天(連續(xù)陰雨天數(shù))÷0.68＝400Ah0.68:蓄電池放電深度。選用GFM-400型蓄電池(10小時(shí)放電率的額定容量為400安時(shí))24只〔48V〕。上面的計(jì)算可以由設(shè)計(jì)軟件在幾分鐘之內(nèi)完成，下面給出一個(gè)計(jì)算實(shí)例：深圳中興通信工程太陽(yáng)能系統(tǒng)容量計(jì)算〔負(fù)荷容量:1000瓦,站址:蘇丹〕序號(hào)工程單位數(shù)量備注1年水平面總輻射量Cal/cm21800002年太陽(yáng)電池板傾斜面總輻射量Cal/cm22070003年1000峰瓦太陽(yáng)電池發(fā)電量KWh2401(總輻射量*0.0116)4日1000峰瓦太陽(yáng)電池發(fā)電量WpHr6.58(年發(fā)電量/365天)5系統(tǒng)電壓(DC)V48根據(jù)電路系統(tǒng)要求決定系統(tǒng)電壓大小6組件峰值電壓V17.5根據(jù)組件具體情況填寫(xiě)電壓大小7組件峰值電流A2根據(jù)組件具體情況填寫(xiě)電流大小8組件峰值功率Wp38根據(jù)組件具體情況填寫(xiě)Wp大小9組件串聯(lián)個(gè)4視系統(tǒng)電壓大小決定串聯(lián)個(gè)數(shù)10負(fù)荷容量W100011負(fù)荷平均每天工作時(shí)間小時(shí)2412日負(fù)荷消耗Wh電量Wh24000(負(fù)荷容量W*負(fù)荷日工作時(shí)間)13逆變器效率%1無(wú)逆變器14日負(fù)荷消耗Ah電量Ah500.0日負(fù)荷消費(fèi)電量W/系統(tǒng)電壓/逆變效率15需要太陽(yáng)電池的電流量A99.75日負(fù)荷Ah/日WpHr/充電效率*PV綜合損失率16需要太陽(yáng)電池組件的并聯(lián)數(shù)個(gè)50需要太陽(yáng)電池的電流量/組件峰值電流17需要太陽(yáng)電池組件功率Wp758118蓄電池電壓V4819最長(zhǎng)陰雨天天數(shù)320蓄電池放電深度%0.821需要的蓄電池容量Ah187522選定蓄電池容量Ah200048V/2000Ah23選定蓄電池容量Wh9600024系統(tǒng)蓄電池單價(jià)元/Wh1.225系統(tǒng)蓄電池價(jià)格元11520026系統(tǒng)太陽(yáng)電池單價(jià)元/Wp45含支架27系統(tǒng)太陽(yáng)電池費(fèi)用元34116128控制器價(jià)格元20000輸入12路每路20A，輸出2路每路20A29逆變器價(jià)格元30其他元31合計(jì)元47636132三．光伏電源充放電控制器：1．控制器的功能：高壓〔HVD〕斷開(kāi)和恢復(fù)功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開(kāi)和恢復(fù)連接的功能。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)?！?〕低壓〔LVD〕斷開(kāi)和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過(guò)放電。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。當(dāng)電壓升到平安運(yùn)行范圍時(shí)，負(fù)載將自動(dòng)重新接入或要求手動(dòng)重新接入。有時(shí)，采用低壓報(bào)警代替自動(dòng)切斷。〔4〕保護(hù)功能：①防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。②防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。③防止夜間蓄電池通過(guò)太陽(yáng)電池組件反向放電保護(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在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護(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。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。通常鉛酸蓄電池的溫度補(bǔ)賞系數(shù)為－5mv/o2．控制器的根本技術(shù)參數(shù)：太陽(yáng)電池輸入路數(shù)：1――12路最大充電電流：最大放電電流：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：－15C—＋55℃〔9〕環(huán)境濕度：90％3．控制器的分類(lèi)：光伏充電控制器根本上可分為五種類(lèi)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。并聯(lián)型控制器：當(dāng)蓄電池充滿(mǎn)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。因?yàn)檫@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?xún)?nèi)的系統(tǒng)。這類(lèi)控制器很可靠，沒(méi)有如繼電器之類(lèi)的機(jī)械部件。串聯(lián)型控制器：利用機(jī)械繼電器控制充電過(guò)程，并在夜間切斷光伏陣列。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)。比擬容易制造連續(xù)通電電流在４５安以上的串聯(lián)控制器。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。當(dāng)蓄電池趨向充滿(mǎn)時(shí)，脈沖的頻率和時(shí)間縮短。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。智能型控制器：采用帶CPU的單片機(jī)〔如Intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列〕對(duì)光伏電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程序?qū)温坊蚨嗦饭夥嚵羞M(jìn)行切離/接通控制。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。最大功率跟蹤型控制器：將太陽(yáng)電池的電壓U和電流I檢測(cè)后相乘得到功率P，然后判斷太陽(yáng)電池此時(shí)的輸出功率是否到達(dá)最大，假設(shè)不在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，那么調(diào)整脈寬，調(diào)制輸出占空比D，改變充電電流，再次進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并作出是否改變占空比的判斷，通過(guò)這樣尋優(yōu)過(guò)程可保證太陽(yáng)電池始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，以充分利用太陽(yáng)電池方陣的輸出能量。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。4．控制器的根本電路和工作原理：⑴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(kāi)關(guān)器件T1是并聯(lián)在太陽(yáng)電池方陣的輸出端，當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿(mǎn)切離電壓〞時(shí)，開(kāi)關(guān)器件T1導(dǎo)通，同時(shí)二極管D1截止，那么太陽(yáng)電池方陣的輸出電流直接通過(guò)T1短路泄放，不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，從而保證蓄電池不會(huì)出現(xiàn)過(guò)充電，起到“過(guò)充電保護(hù)〞作用。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。開(kāi)關(guān)器件T2為蓄電池放電開(kāi)關(guān)，當(dāng)負(fù)載電流大于額定電流出現(xiàn)過(guò)載或負(fù)載短路時(shí)，T2關(guān)斷，起到“輸出過(guò)載保護(hù)〞和“輸出短路保護(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)〞。D2為“防反接二極管〞，當(dāng)蓄電池極性接反時(shí)，D2導(dǎo)通使蓄電池通過(guò)D2短路放電，產(chǎn)生很大電流快速將保險(xiǎn)絲BX燒斷，起到“防蓄電池反接保護(hù)〞作用。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(mǎn)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)〞。⑵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(kāi)關(guān)器件T1的接法不同，并聯(lián)型T1并聯(lián)在太陽(yáng)電池方陣輸出端，而串聯(lián)型T1是串聯(lián)在充電回路中。當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿(mǎn)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。其它元件的作用和串聯(lián)型充放電控制器相同，不再贅述。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)控制兩局部。檢測(cè)控制電路是由帶回差控制的運(yùn)算放大器組成。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。當(dāng)過(guò)壓保護(hù)后蓄電池電壓又下降至小于“過(guò)壓恢復(fù)電壓〞時(shí)，A1的反相輸入電位小于同相輸入電位，那么其輸出端G1由低電平跳變至高電平，開(kāi)關(guān)器件T1由關(guān)斷變導(dǎo)通，重新接通充電回路?！斑^(guò)壓切離門(mén)限〞和“過(guò)壓恢復(fù)門(mén)限〞由W1和R1配合調(diào)整。A2為欠壓檢測(cè)控制電路，其反相端接由W2提供的欠壓基準(zhǔn)電壓，同相端接蓄電池電壓〔和過(guò)壓檢測(cè)控制電路相反〕，當(dāng)蓄電池電壓小于“欠壓門(mén)限電平〞時(shí)，A2輸出端G2為低電平，開(kāi)關(guān)器件T2關(guān)斷，切斷控制器的輸出回路，實(shí)現(xiàn)“欠壓保護(hù)〞。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(mén)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?！扒穳罕Ｗo(hù)門(mén)限〞和“欠壓恢復(fù)門(mén)限〞由W2和R2配合調(diào)整。5．小型單路充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例：⑴⑵主要技術(shù)指標(biāo):系統(tǒng)電壓：DC12V⑶控制器電路工作原理：①蓄電池充滿(mǎn)檢測(cè)及充滿(mǎn)恢復(fù)電路：A3和A4為控制板充滿(mǎn)檢測(cè)電路，當(dāng)蓄電池電壓高于14.8V時(shí)，經(jīng)運(yùn)算放大器電平比擬后使U2C－8和U2D-14先后由低電平上跳至高電平,發(fā)出蓄電池充滿(mǎn)切離信號(hào)M和N;經(jīng)T1—T4驅(qū)動(dòng)電磁繼電器J1—J2動(dòng)作，使繼電器J1—J2的常閉接點(diǎn)Z1—Z2斷開(kāi),切斷兩路太陽(yáng)電池方陣對(duì)蓄電池的充電回路;直到蓄電池電壓低于26.1—26.3V時(shí)經(jīng)運(yùn)算放大器電平比擬后使U2C－8和U2D-14先后由高電平下跳至低電平,發(fā)出蓄電池充滿(mǎn)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。②蓄電池欠壓檢測(cè)及告警電路：U2B為控制板欠壓檢測(cè)電路，當(dāng)蓄電池電壓低于21.5時(shí)，U2B－7輸出由低電平上跳至高電平,發(fā)出蓄電池欠壓信號(hào)L，經(jīng)T5推動(dòng)后使LED3發(fā)光二極管點(diǎn)亮，發(fā)出欠壓告警信號(hào),同時(shí)繼電器J3的常閉接點(diǎn)Z3動(dòng)作,斷開(kāi)蓄電池到負(fù)載的放電回路；直到蓄電池電壓高于26.8V解除欠壓告警信號(hào)L,LED3熄滅,同時(shí)接通繼電器J3的常閉接點(diǎn)Z3,恢復(fù)負(fù)載放電回路的接通。⑷安裝及操作使用·用導(dǎo)線將四副連接插頭分別與兩路太陽(yáng)電池、蓄電池和負(fù)載相連接。注意正極接紅線，負(fù)極接黑線?！⑺母辈孱^、插座正確連接，順序?yàn)椋孩傧冉有铍姵兀谠俳犹?yáng)電池，③最后接負(fù)載。注意:必須按上述順序連接!⑸故障排除指導(dǎo)·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)?！ぎ?dāng)設(shè)備遭到雷擊時(shí)，可翻開(kāi)盒蓋，更換電路板上的兩只藍(lán)色(或黃色)的壓敏電阻。換好后可繼續(xù)使用?！と绻霈F(xiàn)充滿(mǎn)指示燈頻繁地點(diǎn)亮熄滅,這種情況大多是由于蓄電池出現(xiàn)故障,可換用一塊新的蓄電池重新開(kāi)機(jī)。6．普通型柜式充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例：………JKCK-48V/50A⑴功能和控制器主電路：JKCK-48V/50A⑵主要技術(shù)指標(biāo)：①太陽(yáng)能電池：額定輸入功率為2500Wp，6路方陣輸入，最大充電電流為50A。②蓄電池：標(biāo)稱(chēng)電壓48V。③輸出：48V/40A。④防反充：晚上或陰雨天氣時(shí)，阻斷蓄電池電流倒流向太陽(yáng)能電池。⑤充滿(mǎn)控制：當(dāng)蓄電池電壓上升到56.4V(±0.5V)時(shí)，進(jìn)行充滿(mǎn)控制，將太陽(yáng)能電池方陣逐路切離充電回路,充滿(mǎn)恢復(fù)電壓為52V(±0.5V)。⑥欠壓指示及告警：當(dāng)蓄電池電壓下降到44V(±0.5V)時(shí)，進(jìn)行過(guò)放指示并蜂鳴器告警。通知用戶(hù)應(yīng)立即給蓄電池充電，否那么蓄電池將過(guò)放電，從而影響蓄電池的壽命,欠壓恢復(fù)電壓為48V(±0.5V)。⑶太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：⑷工作原理：JKCK-48V/50型太陽(yáng)能電源控制器，接入6路太陽(yáng)能電池方陣，給標(biāo)稱(chēng)為48V的蓄電池組充電，輸出為48V/40A當(dāng)蓄電池電壓上升到56.4V(±0.5V)時(shí)，進(jìn)行充滿(mǎn)控制，將太陽(yáng)能電池方陣逐路切離充電回路。充滿(mǎn)1~充滿(mǎn)6指示被切離充電回路的方陣組數(shù)〔充滿(mǎn)1表示第一路被切離，充滿(mǎn)2表示第二路被切離，充滿(mǎn)3表示第三路被切離，充滿(mǎn)4表示第四路被切離，充滿(mǎn)5表示第五路和第六路被切離，充滿(mǎn)6表示第六路被切離〕。當(dāng)蓄電池電壓下降到52V(±0.5V)時(shí)，重新將方陣逐路重新接入充電回路，相應(yīng)的指示燈滅。當(dāng)蓄電池電壓下降到44V(±0.5V)時(shí)，進(jìn)行過(guò)放指示，面板上過(guò)放指示燈亮，同時(shí)蜂鳴器告警。當(dāng)蓄電池電壓上升到48V(±0.5V)時(shí)，過(guò)放指示燈滅。⑸控制器面板及布局說(shuō)明：①面板說(shuō)明(見(jiàn)下面控制器布局連線圖)：太陽(yáng)能充電電流表：顯示太陽(yáng)能電池方陣向蓄電池充電的充電電流。蓄電池電壓表(100V)：顯示蓄電池電壓。輸出電流表(20A)：顯示蓄電池向負(fù)載的供電電流。充滿(mǎn)1~充滿(mǎn)6指示燈：充滿(mǎn)指示燈指示被切離充電回路的方陣路數(shù)。欠壓指示燈：當(dāng)蓄電池電壓下降到44V時(shí)，欠壓指示燈亮。②布局說(shuō)明(見(jiàn)圖3.3)：空氣開(kāi)關(guān)：K1為第1路太陽(yáng)能電池方陣的正極輸入端和開(kāi)關(guān)。K2為第2路太陽(yáng)能電池方陣的正極輸入端和開(kāi)關(guān)。K3為第3路太陽(yáng)能電池方陣的正極輸入端和開(kāi)關(guān)。K4為第4路太陽(yáng)能電池方陣的正極輸入端和開(kāi)關(guān)。K5為第5路太陽(yáng)能電池方陣的正極輸入端和開(kāi)關(guān)。K6為第6路太陽(yáng)能電池方陣的正極輸入端和開(kāi)關(guān)。K7為48V正極輸出端和開(kāi)關(guān)。BX是主控制板保險(xiǎn)，60A⑹使用與維護(hù)：①翻開(kāi)機(jī)器包裝，安裝固定好機(jī)器，查看機(jī)內(nèi)元器件是否松動(dòng)。②參看控制器布局連線圖按步驟接線：

將主控制板用保險(xiǎn)BX(拔下，并將空氣開(kāi)關(guān)K1~K7打到關(guān)斷狀態(tài)。

將蓄電池的負(fù)極連至匯流條，蓄電池的正極連至下邊的BX下端。前面板的蓄電池電壓表應(yīng)有指示。

將第1~6路太陽(yáng)能電池方陣的正極連接到空氣開(kāi)關(guān)K1~K6的下端，負(fù)極連接到下邊的匯流條。

將DC-48V負(fù)載的正極(48V端)連接到輸出空氣開(kāi)關(guān)K7的下端，負(fù)極連接到下邊的匯流條。注意：(1)必須按照上述步驟，先連接蓄電池，再連接太陽(yáng)能電池，最后連接負(fù)載。(2)控制器內(nèi)下邊的匯流條為控制器的負(fù)端，供連接第1~6路太陽(yáng)能電池方陣的負(fù)極、蓄電池組的負(fù)極以及負(fù)載的負(fù)極使用。③確認(rèn)導(dǎo)線連接完全無(wú)誤后，按上保險(xiǎn)BX，合上空氣開(kāi)關(guān)K1~K6。初次開(kāi)機(jī)時(shí)，在有日照的情況下前面板的太陽(yáng)能充電電流表應(yīng)有指示。再合上空氣開(kāi)關(guān)K7，待負(fù)載開(kāi)機(jī)后，前面板的輸出電流表應(yīng)有指示。④維護(hù)：JKCK-48V/40A型太陽(yáng)能電源控制器為全自動(dòng)控制設(shè)備，無(wú)需人工操作。如無(wú)電壓輸出，請(qǐng)檢查空氣開(kāi)關(guān)K7是否合上、保險(xiǎn)盒BX是否熔斷。如控制器失去控制，請(qǐng)檢查保險(xiǎn)BX是否熔斷。7．智能型壁掛式充放電控制器產(chǎn)品實(shí)例：⑴功能：JKZK光伏電源智能控制器是用于太陽(yáng)能電源系統(tǒng)中，控制多路太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給負(fù)載供電的自動(dòng)控制設(shè)備。該控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器,構(gòu)成一個(gè)微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。既可快速實(shí)時(shí)采集光伏系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，又可詳細(xì)積累PV站的歷史數(shù)據(jù)，為評(píng)估PV系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性及檢驗(yàn)系統(tǒng)部件質(zhì)量的可靠性提供了準(zhǔn)確而充分的依據(jù)。此外，該控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可將多個(gè)光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)距離控制。⑵智能控制器主要技術(shù)指標(biāo)：系統(tǒng)工作電壓：-48V最大充電電流：100A最大放電電流：50A太陽(yáng)電池輸入路數(shù)：4路蓄電池輸入路數(shù)：2路輸入輸出開(kāi)關(guān)器件：繼電器或MOSFET模塊箱體結(jié)構(gòu)：壁掛式工作溫度范圍：－15C—＋環(huán)境濕度：90％⑶智能控制器的功能和特點(diǎn)①采用先進(jìn)的“強(qiáng)充(BOOST)/遞減(TAPER)/浮充(FLOAT)自動(dòng)轉(zhuǎn)換充電方法〞〔參見(jiàn)控制器充電流程圖〕，依據(jù)蓄電池組端電壓的變化趨勢(shì)自動(dòng)控制6路太陽(yáng)電池方陣的依次接通或切離，既可充分利用珍貴的太陽(yáng)電池資源，又可保證蓄電池組平安而可靠的工作。當(dāng)電壓系統(tǒng)出現(xiàn)蓄電池過(guò)充電、過(guò)放電及工作回路過(guò)電流等故障時(shí)，控制器可立即發(fā)出聲光告警信號(hào)，并且切斷主電路中的有關(guān)回路。②蓄電池強(qiáng)充電/遞減方式充電/浮充電自動(dòng)轉(zhuǎn)換強(qiáng)充電轉(zhuǎn)遞減充電的上限電壓可調(diào)范圍：54-68V浮充電保持電壓的電壓可調(diào)范圍：48-54V(浮充電上限電壓和下限電壓之差：2-3V)強(qiáng)迫進(jìn)入強(qiáng)充電的電壓可調(diào)范圍：48-60V③蓄電池過(guò)放電告警(聲,光)：蓄電池過(guò)放點(diǎn)的電壓可調(diào)范圍：42-48V蓄電池過(guò)放恢復(fù)點(diǎn)的電壓可調(diào)范圍：42-60V④過(guò)壓自動(dòng)保護(hù)：蓄電池過(guò)壓點(diǎn)的電壓可調(diào)范圍：56-72V蓄電池過(guò)壓恢復(fù)點(diǎn)的電壓定在低于過(guò)壓點(diǎn)4V處。⑤控制門(mén)限確實(shí)定值可由鍵盤(pán)輸入調(diào)整，進(jìn)入調(diào)整需輸入口令，以免非專(zhuān)職人員誤操作。⑥采用高精度12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)“當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)〞進(jìn)行實(shí)時(shí)快速采集。并存至掉電不喪失數(shù)據(jù)的EEPROM存儲(chǔ)器中。該存儲(chǔ)器還可保存前32天的“歷史數(shù)據(jù)〞。⑦“當(dāng)前數(shù)據(jù)〞、“歷史數(shù)據(jù)〞及“控制設(shè)置參數(shù)〞等可由4×4矩陣按鍵選擇，并由16×2字符液晶顯示器顯示工作狀態(tài)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：太陽(yáng)電池：6路太陽(yáng)電池方陣的充電電流總充電電流：0-1蓄電池電壓：標(biāo)稱(chēng)48V(0-80V)負(fù)載電壓：0-80V負(fù)載電流：0-通信參數(shù)設(shè)置顯示：波特率9600數(shù)據(jù)格式：8位數(shù)據(jù)位,1位終止位,無(wú)奇偶校驗(yàn)位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：過(guò)去32天每天的充電電量：1200AH過(guò)去32天每天的放電電量：1200AH過(guò)去32天每天的最高蓄電池電壓：0-80V過(guò)去32天每天的最低蓄電池電壓：0-80V充電控制設(shè)置顯示(缺省值)：強(qiáng)充電上限電壓：60V遞減電壓下限：56V浮充電壓上限：56V浮充電壓下限：54V進(jìn)入強(qiáng)充電壓：49.6V狀態(tài)轉(zhuǎn)變延時(shí)：1分鐘輸出控制設(shè)置顯示：蓄電池過(guò)放電電壓：44.8V蓄電池過(guò)放恢復(fù)電壓：51.2V蓄電池過(guò)壓點(diǎn):：64V過(guò)放、過(guò)壓切斷輸出前的延時(shí)時(shí)間：200秒注：〔1〕開(kāi)機(jī)上電時(shí)顯示蓄電池電壓。〔2〕當(dāng)10分鐘無(wú)鍵按下時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉液晶屏。⑧通信功能：主站與每臺(tái)控制器可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送⑷控制器的組成及各局部的作用①信號(hào)調(diào)理電路：直流電壓信號(hào)：如蓄電池端電壓，太陽(yáng)電池方陣開(kāi)路電壓，負(fù)載電壓等。其中太陽(yáng)電池方陣電壓測(cè)量時(shí)，由于該電源系統(tǒng)采用蓄電池正極接地方式，將導(dǎo)致太陽(yáng)電池電壓的測(cè)量在白天為負(fù)電壓，晚上為正電壓〔對(duì)控制器參考地而言〕。直流電流信號(hào)：如蓄電池充電電流，放電電流，太陽(yáng)電池方陣電流等。溫度信號(hào)：環(huán)境溫度。②多路模擬開(kāi)關(guān)和串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器：以上不同類(lèi)型的模擬信號(hào)，不管是正負(fù)極性的直流電壓，高至100A的直流電流，還是微弱信號(hào)的溫度傳感器，經(jīng)信號(hào)調(diào)理后統(tǒng)一變成5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。但該控制器采用12位串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每一時(shí)刻只能處理一路模擬輸入信號(hào)，因此需經(jīng)多路模擬開(kāi)關(guān)，由CPU發(fā)出選通地址，經(jīng)串行A/D轉(zhuǎn)換器依次轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的12位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，送CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。因該控制器輸出輸入的開(kāi)關(guān)量較多，占用大量的I/O口線，所以采用串行A/D只占用少量I/O口線，以便省出口線供其它開(kāi)關(guān)量使用。此外，采用12位A/D，可提高采樣信號(hào)的測(cè)量精度。③CPU、EEPROM、RAM、I/O單片微處理器：本機(jī)采用ATMEL公司的單片機(jī)，具有集成度高、內(nèi)存容量大、寬工作電壓范圍、運(yùn)行速度快、低功耗等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。它不需增加外圍芯片即可獨(dú)立構(gòu)成一個(gè)完整的8位微處理器單片機(jī)，是近年來(lái)新推出的很有推廣價(jià)值的新型芯片。③LCD液晶顯示器：采用16位*2行帶背光字符型液晶顯示器模塊，具有字符顯示清晰、屏幕顯示格式可靈活編程、背光亮度、比照度可控、耗電小等優(yōu)點(diǎn)。為防止平時(shí)不需觀察屏幕也一直開(kāi)亮度顯示，本控制器可定時(shí)查詢(xún)，如果超過(guò)10分鐘無(wú)按鍵操作，將自動(dòng)關(guān)閉LCD顯示器，以節(jié)約功耗，當(dāng)需要顯示時(shí)，按任意鍵可自動(dòng)恢復(fù)顯示。④4*4自定義矩陣鍵盤(pán)：由于該機(jī)采集當(dāng)前數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和控制設(shè)置參數(shù)較多，而LCD顯示只有兩行，每行顯示16個(gè)字符，所以設(shè)計(jì)有4*4矩陣鍵盤(pán)，分別定義16個(gè)按鍵，通過(guò)選擇不同的按鍵，可使LCD顯示器分屏顯示蓄電池電壓、負(fù)載電壓、6路太陽(yáng)電池方陣電壓、充電電流、放電電流等參數(shù)，前32天的歷史數(shù)據(jù)瀏覽和控制設(shè)置參數(shù)的改變，也可選擇對(duì)應(yīng)按鍵進(jìn)行操作。該鍵盤(pán)設(shè)計(jì)為防潮型薄膜鍵盤(pán)，厚度薄、尺寸小、密封性能好、按鍵通斷可靠性高。⑤RS232異步串行通訊接口：對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)〔高山、海島、邊疆等〕的光伏電站，由于交通不便，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)力量薄弱，為保證光伏系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，本控制器設(shè)計(jì)有RS232異步串行通訊接口，可將下位機(jī)采集存儲(chǔ)的“當(dāng)前數(shù)據(jù)〞、“歷史數(shù)據(jù)〞、“控制設(shè)置參數(shù)〞串行傳輸至上位機(jī)。⑸充電流程框圖：注：〔1〕X＝1－6，X通X斷表示6路太陽(yáng)能電池方陣的工作狀態(tài)〔2〕V「1」－V「6」為遞減充電方式的6個(gè)中間給定值〔3〕Vfx,Vfd為浮充電方式的最大電壓和最小電壓〔4〕Vfz為強(qiáng)迫浮充電專(zhuān)強(qiáng)充電方式的設(shè)定電壓⑹智能控制器使用方法翻開(kāi)面板電源開(kāi)關(guān)，LCD液晶顯示屏顯示開(kāi)機(jī)工作時(shí)間。①“當(dāng)前數(shù)據(jù)〞的顯示：按下面板上自定義鍵盤(pán)的對(duì)應(yīng)按鍵，LCD將對(duì)應(yīng)顯示“太陽(yáng)電池方陣電壓、電流〞、“蓄電池電壓〞、“負(fù)載電壓〞、“充電電流〞、放電電流“等數(shù)據(jù)。②“控制設(shè)置參數(shù)“的修改：按下鍵盤(pán)的“控制設(shè)置鍵“，輸入口令數(shù)字碼后，再依次顯示〞最大強(qiáng)充電壓“、“強(qiáng)充遞減電壓〞、“浮充最大電壓“、〞浮充最小電壓“、〞強(qiáng)迫轉(zhuǎn)強(qiáng)充電壓“、〞蓄電池溫度補(bǔ)償系數(shù)“、〞狀態(tài)改變延時(shí)時(shí)間“等原有數(shù)值。按下〞加“或〞減“鍵，可分別改變某設(shè)置參數(shù)，直到顯示〞存改變數(shù)據(jù)嗎？“提示時(shí)，按〞加“鍵表示存，按其它鍵表示不存。③“負(fù)載設(shè)置參數(shù)“的修改：依次按下“負(fù)載設(shè)置鍵“，將分別顯示蓄電池〞過(guò)壓告警點(diǎn)“、〞欠壓告警點(diǎn)“、〞欠壓恢復(fù)點(diǎn)“、“狀態(tài)改變延時(shí)時(shí)間〞等參數(shù)的原來(lái)數(shù)值，同上，按“加〞或“減〞鍵分別改變參數(shù)后，待出現(xiàn)“存改變數(shù)據(jù)嗎？〞提示時(shí)，再按“加〞鍵存儲(chǔ)記憶，按其它鍵那么放棄修改。④“通訊設(shè)置參數(shù)“的修改：按下“通訊設(shè)置鍵“，將顯示現(xiàn)場(chǎng)光伏電站的〞站號(hào)的原來(lái)值，同上。按“加〞、“減〞鍵分別改變參數(shù)后，待出現(xiàn)“存改變數(shù)據(jù)嗎？〞提示時(shí)，再按“加〞鍵存儲(chǔ)記憶，按其它鍵那么放棄修改。⑤“歷史數(shù)據(jù)〞瀏覽：按下“歷史數(shù)據(jù)瀏覽鍵〞LCD屏顯示上月第一天“當(dāng)天最大電壓〞、“當(dāng)天最小電壓〞、“當(dāng)天充電電量〞、“當(dāng)天放電電量〞四個(gè)數(shù)。然后按“加〞或“減〞鍵，那么分屏顯示第二天、第三天等歷史數(shù)據(jù)。⑺智能控制器的維護(hù)與保養(yǎng)：①智能控制器的自檢驗(yàn)功能：按下“系統(tǒng)自檢〞鍵后，再按“確認(rèn)〞鍵，那么LCD顯示出“充電狀態(tài)號(hào)〞、“六個(gè)太陽(yáng)電池方陣通斷〞、“蓄電池端電壓〞等。由此可根據(jù)“控制設(shè)置參數(shù)〞判斷控制器電路工作是否正常。②本機(jī)為減小功耗，設(shè)計(jì)有定時(shí)自動(dòng)滅屏程序，當(dāng)超過(guò)10分鐘無(wú)按鍵操作時(shí)，LCD液晶顯示器將自動(dòng)關(guān)閉。此時(shí)不要誤認(rèn)為是機(jī)器故障，只要按下任一鍵，LCD即可恢復(fù)正常顯示。③如果按鍵后LCD仍不顯示，那么應(yīng)檢查右側(cè)板內(nèi)穩(wěn)壓電源板上的保險(xiǎn)絲是否燒斷，假設(shè)是那么更換即可。④注意，本機(jī)設(shè)計(jì)為蓄電池正極接地，應(yīng)將蓄電池和太陽(yáng)電池方陣的正極共同接在右下方接到銅塊上。四．直流－交流逆變器：1．逆變器的功能：逆變器是電力電子技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用方面。電力電子技術(shù)是電力、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)及半導(dǎo)體等多種技術(shù)相互滲透與有機(jī)結(jié)合的綜合技術(shù)。眾所周知，整流器的功能是將50HZ的交流電整流成為直流電。而逆變器與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過(guò)程，被稱(chēng)之為“逆變〞。太陽(yáng)能電池在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生直流電，然而以直流電形式供電的系統(tǒng)有很大的局限性。例如，日光燈、電視機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等均不能直接用直流電源供電，絕大多數(shù)動(dòng)力機(jī)械也是如此。此外，當(dāng)供電系統(tǒng)需要升高電壓或降低電壓時(shí)，交流系統(tǒng)只需加一個(gè)變壓器即可，而在直流系統(tǒng)中升降壓技術(shù)與裝置那么要復(fù)雜得多。因此，除特殊用戶(hù)外，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。逆變器還具備有自動(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。目前我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是直流系統(tǒng)，即將太陽(yáng)電池發(fā)出的電能給蓄電池充電，而蓄電池直接給負(fù)載供電，如我國(guó)西北地區(qū)使用較多的太陽(yáng)能戶(hù)用照明系統(tǒng)以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)的微波站供電系統(tǒng)均為直流系統(tǒng)。此類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本錢(qián)低廉，但由于負(fù)載直流電壓的不同〔如１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ等〕，很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性，特別是民用電力，由于大多為交流負(fù)載，以直流電力供電的光伏電源很難作為商品進(jìn)入市場(chǎng)。另外，光伏發(fā)電最終將實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，這就必須采用交流系統(tǒng)。隨著我國(guó)光伏發(fā)電市場(chǎng)的日趨成熟，今后交流光伏發(fā)電系統(tǒng)必將成為光伏發(fā)電的主流。2．光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的技術(shù)要求：采用交流電力輸出的光伏發(fā)電系統(tǒng)，由光伏陣列、充放電控制器、蓄電池和逆變器四局部組成，而逆變器是其中關(guān)鍵部件。光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的技術(shù)要求如下：〔１〕要求具有較高的逆變效率。由于目前太陽(yáng)電池的價(jià)格偏高，為了最大限度地利用太陽(yáng)電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變器的效率。〔２〕要求具有較高的可靠性。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于遙遠(yuǎn)地區(qū)，許多電站無(wú)人值守和維護(hù)，這就要求逆變器具有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格的元器件篩選，并要求逆變器具備各種保護(hù)功能，如輸入直流極性接反保護(hù)，交流輸出短路保護(hù)，過(guò)熱、過(guò)載保護(hù)等?！玻场骋笾绷鬏斎腚妷河休^寬的適應(yīng)范圍。由于太陽(yáng)電池的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化，蓄電池雖然對(duì)太陽(yáng)電池的電壓具有鉗位作用，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動(dòng)，特別是當(dāng)蓄電池老化時(shí)其端電壓的變化范圍很大，如１２Ｖ蓄電池，其端電壓可在１０Ｖ～１６Ｖ之間變化，這就要求逆變器必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。〔４〕在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，假設(shè)采用方波供電，那么輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)供電品質(zhì)有較高的要求。另外，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為防止對(duì)公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變器輸出失真度滿(mǎn)足要求的正弦波形。3．逆變器的主要技術(shù)性能指標(biāo)：⑴額定輸出電壓：在規(guī)定的輸入直流電壓允許的波動(dòng)范圍內(nèi)，它表示逆變器應(yīng)能輸出的額定電壓值。對(duì)輸出額定電壓值的穩(wěn)定精度有如下規(guī)定：①在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電壓波動(dòng)范圍應(yīng)有一個(gè)限定，例如，其偏差不超過(guò)額定值的±3％或±5％。②在負(fù)載突變〔額定負(fù)載的0％50％100％〕或有其它干擾因素影響動(dòng)態(tài)情況下，其輸出電壓偏差不應(yīng)超過(guò)額定值的±8％或±10％。⑵逆變器應(yīng)具有足夠的額定輸出容量和過(guò)載能力：逆變器的選用，首先要考慮具有足夠的額定容量，以滿(mǎn)足最大負(fù)荷下設(shè)備對(duì)電功率的需求。額定輸出容量表征逆變器向負(fù)載供電的能力。額定輸出容量值高的逆變器可帶更多的用電負(fù)載。但當(dāng)逆變器的負(fù)載不是純阻性時(shí)，也就是輸出功率因數(shù)小于1時(shí)，逆變器的負(fù)載能力將小于所給出的額定輸出容量值。⑶輸出電壓穩(wěn)定度：在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中均以蓄電池為儲(chǔ)能設(shè)備。當(dāng)標(biāo)稱(chēng)電壓為12V的蓄電池處于浮充電狀態(tài)時(shí)，端電壓可達(dá)13.5V，短時(shí)間過(guò)充狀態(tài)可達(dá)15V。蓄電池帶負(fù)荷放電終了時(shí)端電壓可降至10.5V或更低。蓄電池端電壓的起伏可達(dá)標(biāo)稱(chēng)電壓的30％左右。這就要求逆變器具有較好的調(diào)壓性能，才能保證光伏發(fā)電系統(tǒng)以穩(wěn)定的交流電壓供電。輸出電壓穩(wěn)定度表征逆變器輸出電壓的穩(wěn)壓能力。多數(shù)逆變器產(chǎn)品給出的是輸入直流電壓在允許波動(dòng)范圍內(nèi)該逆變器輸出電壓的偏差百分?jǐn)?shù)，通常稱(chēng)為電壓調(diào)整率。高性能的逆變器應(yīng)同時(shí)給出當(dāng)負(fù)載由0％→100％變化時(shí)，該逆變器輸出電壓的偏差百分?jǐn)?shù)，通常稱(chēng)為負(fù)載調(diào)整率。性能良好的逆變器的電壓調(diào)整率應(yīng)≤±3％，負(fù)載調(diào)整率應(yīng)≤±6％。⑷輸出電壓的波形失真度：當(dāng)逆變器輸出電壓為正弦波時(shí)，應(yīng)規(guī)定允許的最大波形失真度〔或諧波含量〕。通常以輸出電壓的總波形失真度表示，其值不應(yīng)超過(guò)5％。⑸額定輸出頻率：逆變器輸出交流電壓的頻率應(yīng)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，通常為工頻50Hz。正常工作條件下其偏差應(yīng)在±1％以?xún)?nèi)。⑹負(fù)載功率因數(shù)：“負(fù)載功率因數(shù)〞表征逆變器帶感性負(fù)載或容性負(fù)載的能力。在正弦波條件下，負(fù)載功率因數(shù)為0.7－0.9(滯后)，額定值為0.9。⑺額定輸出電流〔或額定輸出容量〕：它表示在規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)范圍內(nèi)，逆變器的額定輸出電流。有些逆變器產(chǎn)品給出的是額定輸出容量，其單位以VA或kVA表示。逆變器的額定容量是當(dāng)輸出功率因數(shù)為1〔即純阻性負(fù)載〕時(shí)，額定輸出電壓與額定輸出電流的乘積。⑻額定逆變輸出效率：整機(jī)逆變效率高是光伏發(fā)電用逆變器區(qū)別于通用型逆變器的一個(gè)顯著特點(diǎn)。10千瓦級(jí)的通用型逆變器實(shí)際效率只有70％－80％，將其用于光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)將帶來(lái)總發(fā)電量20％－30％的電能損耗。光伏發(fā)電系統(tǒng)專(zhuān)用逆變器，在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意減少自身功率損耗，提高整機(jī)效率。這是提高光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的一項(xiàng)重要措施。在整機(jī)效率方面對(duì)光伏發(fā)電專(zhuān)用逆變器的要求是：千瓦級(jí)以下逆變器額定負(fù)荷效率≥80％－85％，低負(fù)荷效率≥65％－75％；10千瓦級(jí)逆變器額定負(fù)荷效率≥85％－90％，低負(fù)荷效率≥70％－80％。逆變器的效率值表征自身功率損耗的大小，通常以百分?jǐn)?shù)表示。容量較大的逆變器還應(yīng)給出滿(mǎn)負(fù)荷效率值和低負(fù)荷效率值。千瓦級(jí)以下的逆變器效率應(yīng)為80％－85％，10千瓦級(jí)的逆變器效率應(yīng)為85％－90％。逆變器效率的上下對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)提高有效發(fā)電量和降低發(fā)電本錢(qián)有著重要影響。⑼保護(hù)功能：光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，因負(fù)載故障、人員誤操作及外界干擾等原因而引起的供電系統(tǒng)過(guò)流或短路，是完全可能的。逆變器對(duì)外部電路的過(guò)電流及短路現(xiàn)象最為敏感，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，在選用逆變器時(shí)，必須要求具有良好的對(duì)過(guò)電流及短路的自我保護(hù)功能。這是目前提高光伏發(fā)電系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵所在。①過(guò)電壓保護(hù)：對(duì)于沒(méi)有電壓穩(wěn)定措施的逆變器，應(yīng)有輸出過(guò)電壓的防護(hù)措施，以使負(fù)載免受輸出過(guò)電壓的損害。②過(guò)電流保護(hù)：逆變器的過(guò)電流保護(hù)，應(yīng)能保證在負(fù)載發(fā)生短路或電流超過(guò)允許值時(shí)及時(shí)動(dòng)作，使其免受浪涌電流的損傷。⑽起動(dòng)特性：它表征逆變器帶負(fù)載起動(dòng)的能力和動(dòng)態(tài)工作時(shí)的性能。逆變器應(yīng)保證在額定負(fù)載下可靠起動(dòng)。高性能的逆變器可做到連續(xù)屢次滿(mǎn)負(fù)荷起動(dòng)而不損壞功率器件。小型逆變器為了自身平安，有時(shí)采用軟起動(dòng)或限流起動(dòng)。⑾噪聲：電力電子設(shè)備中的變壓器、濾波電感、電磁開(kāi)關(guān)及風(fēng)扇等部件均會(huì)產(chǎn)生噪聲。逆變器正常運(yùn)行時(shí)，其噪聲應(yīng)不超過(guò)65dB。4．逆變器的分類(lèi)和電路結(jié)構(gòu)：有關(guān)逆變器分類(lèi)的原那么很多，例如：根據(jù)逆變器輸出交流電壓的相數(shù)，可分為單相逆變器和三相逆變器；根據(jù)輸出波形的不同可分為方波逆變器和正弦波逆變器；根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類(lèi)型不同，可分為晶體管逆變器、MOSFET模塊及可關(guān)斷晶閘管逆變器等；根據(jù)功率轉(zhuǎn)換電路又可分為推挽電路、橋式電路和高頻升壓電路逆變器等。為了便于光伏電站選用逆變器，這里對(duì)方波逆變器、正弦波逆變器和幾種功率轉(zhuǎn)換電路作進(jìn)一步簡(jiǎn)要說(shuō)明。⑴方波逆變器：方波逆變器輸出的交流電壓波形為50HZ方波。此類(lèi)逆變器所使用的逆變線路也不完全相同，但共同的特點(diǎn)是線路比擬簡(jiǎn)單，使用的功率開(kāi)關(guān)管數(shù)量少。設(shè)計(jì)功率一般在幾十瓦至幾百瓦之間。方波逆變器的優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格廉價(jià)，維修簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是：由于方波電壓中含有大量高次諧波，在以變壓器為負(fù)載的用電器中將產(chǎn)生附加損耗，對(duì)收音機(jī)和某些通信設(shè)備也有干擾。此外，這類(lèi)逆變器中有的調(diào)壓范圍不夠?qū)?，有的保護(hù)功能不夠完善，噪聲也比擬大。⑵正弦波逆變器：這類(lèi)逆變器輸出的交流電壓波形為正弦波，正弦波逆變器的優(yōu)點(diǎn)是：輸出波形好，失真度低，對(duì)通信設(shè)備無(wú)干擾，噪聲也很低。此外，保護(hù)功能齊全，對(duì)電感性和電容型性負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是：線路相對(duì)復(fù)雜，對(duì)維修技術(shù)要求高，價(jià)格較貴。早期的正弦波逆變器多采用分立電子元件或小規(guī)模集成電路組成模擬式波形產(chǎn)生電路，直接用模擬50HZ正弦波切割幾KHZ――幾十KHZ的三角波產(chǎn)生一個(gè)SPWM正弦脈寬調(diào)制的高頻脈沖波形，經(jīng)功率轉(zhuǎn)換電路、升壓變壓器和LC正弦化濾波器得到220V/50HZ單相正弦交流電壓輸出。但是這種模擬式正弦波逆變器電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電子元件數(shù)量多、整機(jī)工作可靠性低。隨著大規(guī)模集成微電子技術(shù)的開(kāi)展，專(zhuān)用SPWM波形產(chǎn)生芯片〔如HEF4752、SA838等〕和智能CPU芯片〔如INTEL8051、PIC16C73、INTEL80C196MC等〕逐漸取代小規(guī)模分立元件電路，組成數(shù)字式SPWM波形逆變器，使正弦波逆變器的技術(shù)性能和工作可靠性得到很大提高，已成為當(dāng)前中、大型正弦波逆變器的優(yōu)選方案。⑶幾種功率轉(zhuǎn)換電路的比擬：逆變器的功率轉(zhuǎn)換電路一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種，其主電路分別如圖3.1、圖3.2和圖3.3所示。圖3.1所示的推挽電路，將升壓變壓器的中心抽頭接于正電源，兩只功率管交替工作，輸出得到交流電輸出。由于功率晶體管共地連接，驅(qū)動(dòng)及控制電路簡(jiǎn)單，另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。其缺點(diǎn)是變壓器利用率低，帶動(dòng)感性負(fù)載的能力較差。圖3.2所示的全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點(diǎn)，功率開(kāi)關(guān)管Ｔ3、Ｔ6和Ｔ4、Ｔ5反相，Ｔ3和Ｔ4相位互差１８０°，調(diào)節(jié)Ｔ3和Ｔ4的輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。由于該電路具有能使Ｔ5和Ｔ6共同導(dǎo)通的功能，因而具有續(xù)流回路，即使對(duì)感性負(fù)載，輸出電壓波形也不會(huì)產(chǎn)生畸變。該電路的缺點(diǎn)是上、下橋臂的功率晶體管不共地，因此必須采用專(zhuān)門(mén)驅(qū)動(dòng)電路或采用隔離電源。另外，為防止上、下橋臂發(fā)生共態(tài)導(dǎo)通，在Ｔ3、Ｔ6及Ｔ4、Ｔ6之間必須設(shè)計(jì)先關(guān)斷后導(dǎo)通電路，即必須設(shè)置死區(qū)時(shí)間，其電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。圖3.1推挽式逆變器電路原理框圖圖3.2全橋式逆變器電路原理框圖圖3.3高頻升壓式逆變器電路原理框圖圖3.3為高頻升壓電路，由于推挽電路和全橋電路的輸出都必須加升壓變壓器，而工頻升壓變壓器體積大，效率低，價(jià)格也較貴，隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的開(kāi)展，采用高頻升壓變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)逆變，可實(shí)現(xiàn)高功率密度逆變。這種逆變電路的前級(jí)升壓電路采用推挽結(jié)構(gòu)〔T1、T2〕，但工作頻率均在２０ＫＨｚ以上，升壓變壓器B1采用高頻磁芯材料，因而體積小、重量輕，高頻逆變后經(jīng)過(guò)高頻變壓器變成高頻交流電，又經(jīng)高頻整流濾波電路得到高壓直流電〔一般均在250Ｖ以上〕，再通過(guò)工頻全橋逆變電路〔T3、T4、T5、T6〕實(shí)現(xiàn)逆變。采用該電路結(jié)構(gòu)，使逆變電路功率密度大大提高，逆變器的空載損耗也相應(yīng)降低，效率得到提高。該電路的缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，可靠性比上述兩種電路偏低。5．逆變器的波形產(chǎn)生電路：⑴方波輸出的逆變器波形產(chǎn)生電路：方波輸出的逆變器目前多采用如SG3525A、TL494等專(zhuān)用脈寬調(diào)制集成電路來(lái)產(chǎn)生占空比可變的PWM脈寬調(diào)制波形，并采用功率場(chǎng)效應(yīng)管作為開(kāi)關(guān)功率元件。由于SG3525具有直接驅(qū)功率場(chǎng)效應(yīng)管的能力，并具有內(nèi)部基準(zhǔn)源和運(yùn)算放大器和欠壓保護(hù)功能，因此其控制性能更好。①SG3525A雙端輸出式SPWM脈寬調(diào)制器專(zhuān)用芯片：振蕩器及可調(diào)的死區(qū)時(shí)間：振蕩器的時(shí)標(biāo)電容Ct單獨(dú)設(shè)有放電電路，電容Ct通過(guò)外接電阻Rd至引腳7，改變Rd就可以改變Ct的放電時(shí)間，也改變了死區(qū)時(shí)間Td。振蕩器的振蕩頻率由下式確定：慢啟動(dòng)電路：慢啟動(dòng)電路是由外接電容Cm，并由內(nèi)部50uA恒流源充電到達(dá)50％輸出占空比的時(shí)間是：輸出限流和關(guān)斷保護(hù)電路：SG3525A的10腳為關(guān)閉保護(hù)端。當(dāng)10腳電位V10 ＝0時(shí)，芯片正常工作；當(dāng)V10 >0.7v時(shí)，芯片將進(jìn)行限流操作；當(dāng)V10 >1.4v時(shí)，將關(guān)斷輸出。圖騰柱式輸出級(jí)：當(dāng)Vc(13腳)和Vi(15腳)接＋12－15V時(shí)，可使輸出更快地關(guān)斷，用以驅(qū)動(dòng)功率MOSFET。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于晶體管存在開(kāi)閉滯后，使流出和吸收間出現(xiàn)重疊導(dǎo)通，在重疊處產(chǎn)生一個(gè)電流尖脈沖，其持續(xù)時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)100ns。為此應(yīng)在Vc(13腳)和地之間接一個(gè)0.1uf的電容將它濾掉。SG3525A推薦工作條件：電源電壓(16腳)：8――35v集電極電壓(13腳)：4.5――35v吸收/流出負(fù)載電流：0――100ma參考負(fù)載電流：0――20ma振蕩器頻率范圍：100HZ――400KHZ振蕩器定時(shí)電阻：2――150KΩ振蕩器定時(shí)電容：0.001――0.1UF死區(qū)時(shí)間電阻范圍：0――500Ω②TL494集成脈寬調(diào)制器⑵正弦波逆變器的波形產(chǎn)生：正弦波輸出的逆變器，其控制電路可采用微處理器控制，如INTEL公司生產(chǎn)的80C196MC、Microchip公司生產(chǎn)的PIC16C73等，這些單片機(jī)均具有多路PWM發(fā)生PWM正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)：SPWM的控制策略：迄今為止，已有多種不同的SPWM控制策略被提出，如自然采樣法、規(guī)那么采樣法、△調(diào)制法、滯環(huán)電流控制法和指定次諧波消除法等。一般說(shuō)來(lái)，模擬電路大多采用自然采樣法，即將正弦參考波與三角載波接在一比擬器的兩個(gè)輸入端，比擬器的輸出即為產(chǎn)生的SPWM信號(hào)。信號(hào)的開(kāi)關(guān)時(shí)刻由兩波形的交點(diǎn)確定。用此種方法可方便地產(chǎn)生高頻SPWM信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)精確，電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是脈沖穩(wěn)定性差，抗干擾能力差。用微機(jī)軟件實(shí)時(shí)產(chǎn)生SPWM信號(hào)是一種既方便又經(jīng)濟(jì)可靠的方法，它的穩(wěn)定性及抗干擾能力均明顯優(yōu)于相應(yīng)模擬控制電路。此外用微機(jī)軟件可以方便地實(shí)現(xiàn)具有多種優(yōu)良性能，而用模擬電路很難實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的SPWM控制策略。目前使用微機(jī)產(chǎn)生SPWM信號(hào)最常用的控制策略是“規(guī)那么采樣法〞。與“自然采樣法〞相比，規(guī)那么采樣法用電平按正弦規(guī)律變化的階梯波代替了正弦波作為參考信號(hào)。這種改良大大減輕了計(jì)算PWM脈寬的工作量，使通過(guò)實(shí)時(shí)運(yùn)算產(chǎn)生PWM波成為可能。現(xiàn)在很多系統(tǒng)均采用規(guī)那么采樣法，通過(guò)查表或查表與運(yùn)算相結(jié)合，實(shí)時(shí)產(chǎn)生需要的PWM脈沖。由于受微機(jī)字長(zhǎng)、運(yùn)算速度等因素的影響，目前用微機(jī)產(chǎn)生PWM調(diào)制信號(hào)大多只能應(yīng)用于控制精度不高、載波頻率較低的場(chǎng)合。在高載波頻率下產(chǎn)生PWM信號(hào)，計(jì)算機(jī)就顯得力不從心。如目前在軟開(kāi)關(guān)逆變器中開(kāi)關(guān)頻率一般均在20KHz以上，這時(shí)PWM信號(hào)的載波周期小于50us，而在一個(gè)載波周期內(nèi)PWM脈沖又分為三個(gè)間隔，這樣每一個(gè)間隔就顯得非常短。采用目前廣泛應(yīng)用的51或98系列單片機(jī)，執(zhí)行一條指令的最短時(shí)間為1us或2us。在這樣短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)實(shí)時(shí)運(yùn)算完成產(chǎn)生PWM波，顯得非常勉強(qiáng)。即使是采用純查表法，在這樣短的時(shí)間內(nèi)，微機(jī)要完成響應(yīng)定時(shí)器中斷、給定時(shí)器送新的時(shí)間常數(shù)、送出PWM脈沖，也仍然是手忙腳亂。這時(shí)，微機(jī)除了生成PWM脈沖外，