| 离网光伏发电系统 |
Off-Grid Photovoltaic Power Generation |
| 太阳电池除了装嵌在计算器、电子表本体的简单应用外，用一块太阳能电池板、一个简单的充电装置、蓄电池就组成最简单的光伏发电系统，这样的装置常被牧民随身携带用来给收音机供电和晚间照明。现在也有这种便携式太阳能电源，图1是网上介绍的一种可移动式300W家用太阳能发电系统，由太阳能电池板和电能存储装置组成，并能提供正弦波交流电输出。 |
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| 像这种可移动式太阳能发电装置与外部商用电网没有连接，但能够独立提供供电能力的光伏发电系统称为离网光伏发电系统，也称为独立光伏发电系统。下面介绍离网光伏发电系统的构成。 |
离网光伏发电系统的组成 |
| 离网光伏发电系统主要由太阳能光伏发电装置、储能蓄装置、控制器、逆变器组成。下面对各个部分作简单介绍。 |
| 太阳能光伏发电装置 |
| 可由单晶硅或多晶硅或非晶硅光伏器件组成。用玻璃及特殊材料封装好的一组太阳电池称为太阳电池组件；多个太阳电池组件连接组成太阳电池阵列。根据系统所需功率与使用环境、造价等选用太阳电池类型与组成大小。 |
| 储能蓄装置 |
由于光伏发电直接受天气状况影响，具有间歇性与不稳定性，为了保持系统有一定的连续供电能力，必须有储能装置，把一部分电能存储起来，在没有阳光时提供电能，目前光伏发电系统主要采用蓄电池储能。 常用的蓄电池有铅酸蓄电池、镍镉电池、锂离子电池等。 铅酸蓄电池：单节电池电压2伏，循环寿命500-1500次 镍镉电池：单节电池电压1.0-1.3伏，循环寿命2500次 锂离子电池（单节电池电压3.7伏），循环寿命1000-10000次 镍镉电池与锂离子电池价格昂贵，但单位体积容量大，多用在需要体积小容量大的场合，如手机、相机、便携电脑等数码产品。一般离网光伏系统主要采用密封铅酸蓄电池。铅酸蓄电池价格非常便宜，密封铅酸蓄电池密封免维护，使用非常方便。 蓄电池最主要的参数是电压、容量、循环寿命，电压单位是伏（V），容量单位是安时（Ah），循环寿命是充放电次数。 |
| 控制器 |
| 蓄电池对充电与放电有一定的要求，频繁的过充电与过放电会使使用寿命下降，必须对蓄电池进行充放电控制，这是控制器的首要功能。根据用户用电、蓄电池充放电、太阳电池受光照状况选择太阳电池的最大功率工作点，协调充电与用电电流。控制器还要对系统进行检测、保护、数据显示。控制器对电压电流的转换主要采用DC-DC变换电路，DC-DC变换原理见“DC-DC变换器原理”一节。 |
逆变器 |
| 将直流电转变为交流电的设备，主要采用SPWM全桥逆变电路来产生正弦波交流电。SPWM逆变器原理见“SPWM逆变器原理”一节。 |
| 用电负载 |
| 使用直流或交流电的电器设备。 |
| 简单的太阳能光伏发电装置没有逆变器，只输出直流电，其中有些可输出几路不同的直流电压，其组成见图2。控制器接受太阳能电池板输出的直流电能，控制对蓄电池的充电或放电电流，简单的控制器直接把蓄电池引到输出端，系统输出电压等于蓄电池电压。一些控制器有直流变换电路，可输出几路不同直流电压，如5V、9V、12V等，适合不同电器使用。这种系统输出功率一般较小，多采用便携式结构。 |
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| 由于常规的电器设备使用220伏的交流电，特别是带有电动机的设备，如电风扇、洗衣机、电冰箱、空调等，要使用220伏的正弦波交流电，这必须在系统中增加逆变器来产生交流电。有关逆变器工作原理在上节已有介绍，这里不再介绍了。这种系统输出功率一般在数百瓦以上，其组成见图3。较小的离网光伏发电系统的逆变器与控制器安装在同一机壳内。 |
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离网光伏发电系统的应用 |
| 离网光伏发电系统主要用在民用，特别是距电网较远的地方，在房屋顶上安装数块太阳能电池板，安装一套控制装置与蓄电池组，就可独立解决供电问题。一般家用系统容量在一千瓦至数千瓦。图4是屋顶安装有太阳能电池板的房屋。 |
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| 在公用设施中用得最多的是电信信号发射塔与信号中继站，在广大农村，特别是边远山区的电信信号发射塔均采用太阳能光伏供电，就无需建设输电线路，图5是网络上有关应用的照片。 |
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太阳能光伏供电在交通指示信号中也有较多应用，例如在海面上、江河上的航标灯，在道路上的信号灯等，这些也可看成最小的独立光伏发电系统应用吧， 图6是网络上有关应用的照片。 |
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独立光伏发电系统还广泛应用于小区公共照明，如路灯、园林灯、广告屏、地下停车场等提供电能，图7是网络上有关应用的照片。 |
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