文档介绍：第一部分地面太阳电池发电系统

太阳电池发电系统(又称光伏发电系统),按其使用场所不同,可分为空间应用和地
面应用两大类。在地面可以作为独立的电源使用,也可以与风力发电机或柴油机等组成混合
发电系统,还可以与电网联接,向电网输送电力。目前应用比较广泛的光伏发电系统主要是
作为地面独立电源使用。

第一节独立光伏系统系统概述

通常的独立光伏发电系统主要由太阳电池方阵、蓄电池、控制器以及阻塞二极管组成,
其方框图如下:
阻塞二极管
控制器
太阳蓄负
电池电载
方阵池

方阵的作用是将太阳辐射能直接转换成电能,供给负载使用。一般由若干太阳电池组
件按一定方式连接,再配上适当的支架及接线盒组成。

蓄电池组是太阳电池方阵的贮能装置,其作用是将方阵在有日照时发出的多余电能贮
存起来,在晚间或阴雨天供负载使用。

在光伏发电系统中,蓄电池处于浮充放电状态,夏天日照量大,除了供给负载用电外,
还对蓄电池充电;在冬天日照量少,这部分贮存的电能逐步放出,在这种季节性循环的基础
上还要加上小得多的日循环,白天方阵给蓄电池充电,(同时方阵还要给负载用电),晚上则
负载用电全部由蓄电池供给。因此,要求蓄电池的自放电要小,而且充电效率要高,同时还
要考虑价格和使用是否方便等因素。常用的蓄电池有铅酸蓄电池和硅胶蓄电池,要求较高的
场合也有价格比较昂贵的镍镉蓄电池。

在不同类型的光伏发电系统中控制器各不相同,其功能多少及复杂程度差别很大,需
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根据发电系统的要求及重要程度来确定。控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等
组成。在简单的太阳电池,蓄电池系统中,控制器的作用是保护蓄电池,避免过充,过放。
若光伏电站并网供电,控制器则需要有自动监测、控制、调节、转换等多种功能。如果负载
用的是交流电,则在负载和蓄电池间还应配备逆变器,逆变器的作用就是将方阵和蓄电池提
供的低压直流电逆变成 220 伏交流电,供给负载使用。

也称作为反充二极管或隔离二极管,其作用是利用二极管的单向导电性阻止无日照时
蓄电池通过太阳电池方阵放电。对阻塞二极管的要求是工作电流必须大于方阵的最大输出电
流,反向耐压要高于蓄电池组的电压。在方阵工作时,阻塞二极管两端有一定的电压降,对
硅二极管通常为 ∼;肖特基或锗管左右。

第二节太阳电池组件

太阳电池是将太阳光直接转换为电能的最基本元件。但单体太阳电池是不能直接做为
电源使用的。因为单体电池薄而脆,容易碎裂,其电极的耐湿,耐腐蚀性能也还不能满足长
期裸露使用的要求,而且单体太阳电池的工作电压太低,远不能满足一般用电设备的电压要
求。因而需根据使用要求将若干单体电池进行适当的连接并经过封装后,组成一个可以单独
对外供电的最小单元即组件。

在设计中主要是确定组件工作电压和功率这两个参数。同时还要根据目前材料、工艺
水平和长寿命的要求,让组件面积比较合适,并让单体电池之间的连接可靠,且组合损失较
小。

通过对单体太阳电池进行适当的串、并联,以满足不同的需要。电池串联时,两端电
压为各单体电池中电压之和,电流等于各电池中最小的电流;并联时,总电流为各单体电池
电流之和,电压取平均值。

组件设计举列:用Φ40mm 的单晶硅太阳电池(效率为 %)设计一工作电压为伏,
峰值功率为瓦的组件。

单晶硅电池的工作电压为:V=
则串联电池数:Ns== 片,取 Ns=4 片

单体电池面积:s=π/4d2=π×42/4=
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单体电池封装后功率:Pm=100mv/cm ××%×95%=100mw=
式中 95%是考虑封装时的失配损失
需太阳电池总的片数:N==12 片

太阳电池并联数:NP=N/Ns=12/4=3 组
2
故用 12 片Φ40mm 的单晶硅太阳电池四串三并,即可满足要求。

联接的方法如图但这种联接方法有缺点,一旦其中一片电池损坏、开路或被阴影
遮住,损失的不是一片电池的功率,而是整串电池都将失去作用,这在串联电池数目较多时
影响尤为严重。为了避免这种情况,可以用混联(或称网状连接)的对应的电池之间连片连
接起来,如图 ,这样,即使有少数电池失效(如有阴影线的),也不致于对整