离网型户外独立光伏发电系统设计毕业论文

1、江西工业工程职业技术学院毕业论文 jiangxi polytechnic college毕业论文题 目： 离网型户外独立光伏发电系统设计学生姓名： 邹浩 指导教师： 陈立 院 系：电子计算机系 专 业：光伏发电技术及应用 班 级： 光伏101 2013年4月1日摘要本文首先对太阳能发电的优势、国内外太阳能利用现状、光伏发电的工作原理及运行方式做出了简介，得出了本课题研究的目的与任务，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，配合上蓄电池组、控制器、逆变器等部分就形成了光伏发

2、电装置。本文首先介绍了太阳能光伏电源系统的原理及其组成，进一步了解了光生伏打效应原理及其模块组成，后进一步研究各功能模块的工作原理及其在系统中的作用，然后再根据理论研究成果，用硬件和软件相结合的方法设计出太阳能光伏电源系统，以及研究光伏系统的影响因素。关键词：光生伏特效应;太阳能电池组件;蓄电池组;充放电控制器;逆变器目录引 言1第一章 绪论21.1 太阳能光伏发电的现状以及优势和前景21.2 太阳能光伏发电优缺点与应用31.3 太阳能光伏发电工作原理4第二章 太阳能光伏电池组件52.1 太阳能电池组件的基本要求与生产流程52.2 太阳电池组装工艺简介与组件的性能参数6第三章 户外小型太阳能发

3、电系统控制器与逆变器83.1 光伏控制器的工作原理以及主要技术参数83.2 光伏逆变器的电路构成与工作原理9第四章 光伏太阳能蓄电池组104.1 铅酸蓄电池的结构104.2 铅酸蓄电池的工作原理10第五章 户外光伏发电系统的容量设计、维护与故障排除115.1 独立光伏小系统构成与方阵组合的设计115.2 光伏发电系统运行维护与故障排除12参考文献著录要求15致 谢16ii引 言人类社会进入21世纪正面临着化石燃料短缺和生态环境污染的严重局面。廉价的石油时代已经结束，大力发展可再生能源，走可持续发展的道路，已逐渐成为人们的共识。太阳能光伏发电具有独特的优点，近年来正在飞速发展。太阳能电池的产量年

4、增长率在40%以上，已成为发展最迅速的高新技术产业之一，其应用规模和领域也大，从原来只在偏远无电地区和特殊用电场合使用，发展到城市并网系统和大型光伏电站。尽管目前太阳能光伏发电在能源结构中所占比例还微不足道。但是随着社会的发展和技术的进步，其份额将会逐步增加，可以预期，到 21 世纪末。太阳能发电将成为世界能源供应的主体，一个光辉的太阳能时代将到来。我国的光伏产业发展极不平衡，2007 年太阳能电池的产量已经超过日本和欧洲而居世界第一。然而光伏应用市场的发展却非常缓慢，光伏累计安装量大约只占世界的 1%，应用技术水平与国外相比还有相当大的差距。光伏产品与一般机电产品不同，必须很据负载的要求和当

5、地的气象、地理条件来决定系统的配置，由于目前光伏发电成本较高，所以应进行优化设计，以达到可靠性和经济性的最佳结合，最大限度的发挥光伏电源的作用。为了提高太阳能的转换效率，获取更多的有效能源，满足人类的能源供应，世界各国在研究太阳能光伏系统中都投入了大量的人力与物力。我国对太阳能光伏电源系统的 研究还处于世界低等水平，产品的性能还有待提高，为迎接未来能源短缺带来的严峻挑战我们应该加大对太阳能光伏系统的研究，以满足人类未来对能源的需求本文从理论出发阐述了太阳能光伏电源的原理及其组成结构；结合科研实际，应用硬件和软件结合的方法，设计了简易的太阳能光伏电源模拟系统，根据这个简易系统研究分析了太阳能光伏

6、发电的影响因素，合理优化了系统的配置，以提高系统的性能，最终提高了太阳能的转换效率。 第一章 绪论1.1 太阳能光伏发电的现状以及优势和前景 1.1.1 太阳能光伏发电的现状 能源是人类社会存在与发展的重要物质基础。目前世界能源结构是以煤炭、石油、天然气等化石能源为主体的结构。而化石能源是不可再生的资源， 大量消耗终将枯竭，并且在生产和消费的过程中有大量污染物排放，破坏生态与环境。 为保证人类稳定、持久的能源供应，必须优化现存的以资源有限、不可再生的化石能源为主体的能源结构，建立资源无限、可以再生、多样化的新能源结构，走经济社会可持续发展之路。为保护人类赖以生存的地球生态环境，必须采取措施减少

7、化石能源的耗用，大力开发利用清洁、干净的新能源和可再生能源，走与生态环境和谐的绿色能源之路。可再生能源，包括太阳能、风能、生物质能、水能、地热能、海洋能，是广泛存在、用之不竭、可以自由索取、最终可依赖的初级能源。直至近二三百年化石能源得以大规模开发使用之前，它一直是人类赖以生存与发展的能源来源。当前，化石能源与核裂变能 已成为最主要的商品能源，可再生能源中只有水能在商品能源中占有明显的份额。自20世纪70年代开始，人们认识到根据当今 化石能源的开发使用力度，它将在几十至一百多年间衰竭，对于人类未来能源可持续供应来说，我们又将重新进入可再生能源为主的新时期。与化石能源相比，可再生能源具有能量密度

8、低,随着季节、昼夜与气候条件的变化而变化，不连续,难于携带和运输等特点。 若要取代化石能源则需解决一系列科学技术问题和经济性问题，整个过程需要长时间的持续努力。近年来，可再生能源的开发利用得到了日益增强的重视与支持，取得了一些重要进展，大大增 强了人类在化石能源衰竭后仍能依赖可再生能源可持续发展的信心。太阳能利用主要有光热利用、光伏利用和光化学利用这三种主要形式。我国低温光热利用已经具有可观的规模，它成本低、使用方便、安全可靠，已经为全国广大人民所接受。光伏利用近期在世界范围内高速发展，我国光伏研究及其应用技术的发展也令人鼓舞，特别是2002年在“西部大开发”战略的推动下，呈现出了一片繁荣景象

9、。 1.1.2 太阳能光伏发电的优势与常规发电技术相比，光伏发电没有中间转换过程，发电形式极为简洁，发电过程不消耗资源，不排放温室气体、废气和废水，环境友好；没有机械旋转部件，不存在机械磨损，无噪声，发电不用冷却水；发电设备既能在无水的荒漠地带安装，也可安装在城市的屋顶和墙面，不单独占地，模块化结构，规模大小随意，运行维护和管理简单，可实现无人值守，维护成本极低。特别是太阳能取之不尽，用之不竭，光伏电池制造所需的硅资源在地壳中的含量高达26%，没有资源短缺和耗尽问题。光伏发电是最具发展前景的发电技术，也是太阳能利用的重要形式。1.1.3 光伏发电的发展前景化石能源储量的有限性是发展可再生能源的

10、主要因素之一。根据世界能源权威机构的分析，按照目前已经探明的化石能源储量以及开采速度来计算，全球石油剩余可采年限仅有41 年，其年占世界能源总消耗量的40.5%，国内剩余可开采年限为15 年；天然气剩余可采年限61.9 年，其年占世界能源总消耗量的24.1%，国内剩余可开采年限30 年；煤炭剩余可采年限230 年，其年占世界能源总消耗量的25.2%，国内剩余可开采年限81 年；铀剩余可采年限71 年，其年占世界能源总消耗量的7.6%，国内剩余可开采年限为50 年。剩余使用年限（自2000年开始计算）能源种类世界中国太阳能无穷大无穷大石油约45年约15年天然气约61年约30年煤约230年约81年

11、铀约71年约50年表1-1 世界常规能源储备状况近年来，全球光伏产业发展很快，以年均30%以上的速度快速增长，到2009年年底，全球光伏发电容量已超过2000万千瓦。进入2010年，根据solarbuzz最新年度光伏市场报告，2010年全球光伏市场安装量达到18.2gw，相较于去年增幅139%。到2011年底全球光伏安装量将累计达到58gw。光伏发电的竞争力不断提高，已成为全球最受重视的新能源发电技术。在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28gw的光伏

12、发电总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020 ”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业

13、的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。1.2 太阳能光伏发电优缺点与应用1.2.1 光伏发电的优缺点优点:(1)普遍性：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。(2)无害性：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染 越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。(3)巨大性：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属 现今世界上可以开发的最大能源。(4)长久性：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而 地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的

14、。 缺点:(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是 能流密度 很低。 (2)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度 既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进 一步发展，主要受到经济性的制约。1.2.2 光伏发电的应用太阳能电池及光伏发电系统现在已经广泛应用

15、于工业、农业、科技、国防及人民生活的方方面面。太阳能光伏发电的具体应用主要有以下几个方面。1. 通信领域的应用。2. 公路、铁路、航运等交通领域的应用。3. 石油、海洋、气象领域的应用。4. 农村和边远地区的应用。5. 太阳能光伏照明发电方面的应用。6. 大型光伏发电系统的应用。7. 其他领域的应用。1.3 太阳能光伏发电工作原理1.3.1 太阳能光伏发电的工作原理太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射 能直接转换为电能的一种新型发电系统。太阳能电池发电的原理简单来说是光生 伏打效应。当太阳光（或其他光）照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生 光生电子空穴对。在电

16、池内建电场作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端 出现异号电荷的积累，即产生“光生电压” ，这就是“光生伏打效应” 。若在内建 电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流出，从而获得功率输出。这样，光能就直接变成了可以付诸实用的电能。 太阳能电池将光能转换成电能的工作原理概括为如下3 个主要过程： 太阳能电池吸收一定数量的光子后，半导体内产生电子空穴对，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；电性相反的光生载流子被半导体 p-n 结所产生的静电场分离开；光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。第二章 太阳能光伏电池组件2.1 太阳能

17、电池组件的基本要求与生产流程2.1.1 太阳能电池组件基本要求1. 能够提供足够的机械强度；2. 具有良好的密封性；3. 具有良好的电绝缘性能； 4. 抗紫外线能力强； 5. 工作电压和输出功率按不同的要求设计；6. 工作寿命长；7. 在满足前述条件下，封装成本尽可能低。2.1.2 电池组件的生产流程晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图2-1。提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。图2-1电池组件的生产流程具体的制造工艺技术说明如下：（1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。（2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去305

18、0um。（3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。（4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散, 制成pn结，结深一般为0.30.5um。（5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。（6）去除背面pn结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面pn结。（7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。（8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有mgf2 ，sio2 ，al

19、2o3 ，sio ，si3n4 ，tio2 ，ta2o5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、pecvd法或喷涂法等。（9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。 (10) 测试分档：按规定参数规范，测试分类。2.2 太阳电池组装工艺简介与组件的性能参数2.2.1 太阳电池组装工艺组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的电池组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。 组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步

20、骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的电池组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。在这里只简单的介绍一下工艺的作用，给大家一个感性的认识. 电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊

21、接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连。 背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻

22、璃和切割好的eva 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和eva的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：钢化玻璃、eva、电池片、eva、玻璃纤维、背板）。 组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使eva熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据eva的性质决定。我们使用快速固化eva时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150。(电池板原料：玻璃，eva，电池片、铝合金

23、壳、包锡铜片、不锈钢支架、蓄电池等) 如图2-2 图2-2 太阳能电池板修边：层压时eva熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。 装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。 焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。 高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。 组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进行标定，测试其输出特性，

24、确定组件的质量等级。目前主要就是模拟太阳光的测试standard test condition（stc）,一般一块电池板所需的测试时间在7-8秒左右。2.2.2 太阳能电池组件的性能参数与硅太阳能电池的主要性能参数类似，太阳能电池组件的性能参数也主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。这些性能参数的概念与硅太阳能电池的主要性能参数相同，只是在具体的数值上有所区别。 短路电流(isc)：当将太阳能电池组件的正负极短路，使u=0时，此时的电流就是电池组件的短路电流，短路电流的单位是a，短路电流随着光强的变化而变化。 开路电压(uoc)：当太阳能电池组件的正负

25、极不接负载时，组件正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是v。太阳能电池组件的开路电压随电池片串联数量的增减而变化，36片电池片串联的组件开路电压为21v左右。 峰值电流(im)：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池组件输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是a。 峰值电压(um)：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是v。组件的峰值电压随电池片串联数量的增减而变化，36片电池片串联的组件峰值电压为1717.5v。 峰值功率(pm)：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池

26、组件在正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：pm=imum。峰值功率的单位是w。太阳能电池组件的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和组件的工作温度，因此太阳能电池组件的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度1kw、光谱aml.5、测试温度25。 填充因子(ff)：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池组件的最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值：ff=pm/（iscuoc）。填充因子是评价太阳能电池组件所用电池片输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明所用太阳能电池组件输出特性越趋于矩形，电池组件的光电转换效率越高。太阳

27、能电池组件的填充因子系数一般在0.50.8之间，也可以用百分数表示。 转换效率()：转换效率是指太阳能电池组件受光照时的最大输出功率与照射到组件上的太阳能量功率的比值。即：=pm（电池组件的峰值功率）/a（电池组件的有效面积）pin（单位面积的入射光功率） 其中pin=1000w=100mwcm2。 第三章 户外小型太阳能发电系统控制器与逆变器控制器是太阳能光伏发电系统的核心部件之一，也是平衡系统的主要组成部分。在小型光伏发电系统中，控制器主要用来保护蓄电池。光伏控制器应具有以下功能：1，防止蓄电池过充电和过放电，延长蓄电池寿命：2，防止太阳能电池板或电池方阵，蓄电池极性接反；3，防止负载，控

28、制器，逆变器和其他设备内部短路；4，显示光伏发电系统的各种工作状态，包括：蓄电池电压，负载状态，电池方阵工作状态，辅助电源状态，故障报警等。3.1 光伏控制器的工作原理以及主要技术参数3.1.1 控制器的工作原理控制器的控制电路根据光伏系统的不同其复杂程度有所差异，但其基本原理是一样的。如图3-1-1所示的是最基本的光伏控制电路的工作原理框图。该电路由太阳能电池组件、控制器、蓄电池和负载组成。开关1和开关2分别为充电控制开关和放电控制开关。开关1闭合时由太阳能电池组件通过控制器给蓄电池充电，当蓄电池出现过冲时，开关1能及时切断充电回路，使光伏组件停止向4蓄电池充电，开关1还能按预先设定的保护模

29、式自动恢复对蓄电池的充电。当开关2闭合时，有蓄电池给负载充电，当蓄电池出现过放电时，开关2能及时切断放电回路，蓄电池停止向负载在供电，当蓄电池再次充电并达到预先设定的恢复充电点时，开关2又能自动恢复供电，开关1和开关2可以由各种开关元件构成，如各种晶体管、可控硅、固态继电器、功率开关器件等电子式开关和普通继电器等机械式开关。如图3-1所示图3-1光伏控制器基本电路图3.1.2 控制器的基本技术参数(1)太阳电池输入路数：112路(2)最大充电电流：(3)最大放电电流：(4)控制器最大自身耗电不得超过其额定充电电流的1%(5)通过控制器的电压降不得超过系统额定电压的5%(6)输入输出开关器件：继

30、电器或mosfet模块(7)箱体结构：台式、壁挂式、柜式(8)工作温度范围：15c 55 (9)环境湿度：903.2 光伏逆变器的电路构成与工作原理3.2.1 逆变器的电路构成逆变器的基本电路构成由输入电路、输出电路、主逆变开关电路、控制电路、辅助电路和保护电路等构成如图：3-2 逆变器基本电路示意图3.2.2 逆变器的工作原理逆变器的工作原理是通过功率半导体开关器件的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能。逆变器都具有开关特性的半导体功率器件，由控制电路周期性地对功率器件发出开关脉冲控制信号，控制各个功率器件轮流导通和关断，再经过变压器耦合升压或降压后，整形滤波输出符合要求的交流电。 3.

31、2.3 光伏逆变器主要参数1. 额定输出电压；2. 逆变器应具有足够的额定输出容量和过载能力；3. 输出电压的波形失真度；4. 额定输出频率；5. 负载功率因数；6. 额定输出电流（或额定输出容量）；7. 保护功能。 过电压保护：对于没有电压稳定措施的逆变器，应有输出过电压的防护措施，以使负载免受输出过电压的损害。 过电流保护：逆变器的过电流保护，应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时动作，使其免受浪涌电流的损伤。第四章 光伏太阳能蓄电池组蓄电池组是光伏电站的贮能装置，由它将太阳能电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能贮存起来，以供应用。4.1 铅酸蓄电池的结构铅酸蓄电池主要由正

32、极板组、负极板组、隔板、容器、电解液及附件等部分组成。极板组是由单片极板组合而成，单片极板又由基极(又叫极栅)和活性物质构成。铅酸蓄电池的正负极板常用铅锑合金制成，正极的活性物是二氧化铅，负极的活性物质是海绵状纯铅。 极板按其构造和活性物质形成方法分为涂膏式和化成式。涂膏式极板在同容量时比化成式极板体积小、重量轻、制造简便、价格低廉，因而使用普遍;缺点是在充放电时活性物质容易脱落，因而寿命较短。化成式极板的优点是结构坚实，在放电过程中活性物质脱落较少，因此寿命长；缺点是笨重，制造时间长，成本高。隔板位于两极板之间，防止正负极板接触而造成短路。材料有木质、塑料、硬橡胶、玻璃丝等，现大多采用微孔聚

33、氯乙烯塑料。电解液是用蒸馏水稀释纯浓硫酸而成。其比重视电池的使用方式和极板种类而定，一般在1.2001.300(25)之间(充电后)。容器通常为玻璃容器、衬铅木槽、硬橡胶槽或塑料槽等。4.2 铅酸蓄电池的工作原理蓄电池是通过充电将电能转换为化学能贮存起来，使用时再将化学能转换为电能释放出来的化学电源装置。它是用两个分离的电极浸在电解质中而成。由还原物质构成的电极为负极。由氧化态物质构成的电极为正极。当外电路接近两极时，氧化还原反应就在电极上进行，电极上的活性物质就分别被氧化还原了，从而释放出电能，这一过程称为放电过程。放电之后，若有反方向电流流入电池时，就可以使两极活性物质回复到原来的化学状态

34、。这种可重复使用的电池，称为二次电池或蓄电池。如果电池反应的可逆变性差，那么放电之后就不能再用充电方法使其恢复初始状态，这种电池称为原电池。电池中的电解质，通常是电离度大的物质，一般是酸和碱的水溶液，但也有用氨盐、熔融盐或离子导电性好的固体物质作为有效的电池电解液的。以酸性溶液(常用硫酸溶液)作为电解质的蓄电池，称为酸性蓄电池。铅酸蓄电池视使用场地，又可分为固定式和移动式两大类。铅酸蓄电池单体的标称电压为2v。实际上，电池的端电压随充电和放电的过程而变化。铅酸蓄电池在充电终止后，端电压很快下降至2.3伏左右。放电终止电压为1.71.8伏。若再继续放电，电压急剧下降,将影响电池的寿命。铅酸蓄电池

35、的使用温度范围为4040。铅酸蓄电池的安时效率为85%90%，瓦时效率为70%，它们随放电率和温度而改变。凡需要较大功率并有充电设备可以使电池长期循环使用的地方，均可采用蓄电池。铅酸蓄电池价格较廉,原材料易得,但维护手续多，而且能量低。碱性蓄电池,维护容易，寿命较长,结构坚固，不易损坏，但价格昂贵，制造工艺复杂。从技术经济性综合考虑，目前光伏电站应以主要采用铅酸蓄电池作为贮能装置为宜。第五章 户外光伏发电系统的容量设计、维护与故障排除太阳能光伏发电系统的设计分两部分，一是光伏发电系统的容量设计，主要是对太阳能电池组件和蓄电池的容量进行设计与计算，目地就是要计算出系统在全年内能够满足用电要求并可

36、靠工作所需要的太阳能电池组件和蓄电池的数量：二是光伏发电系统的系统配置与设计，主要是对系统中电力电子设备、部件的选型配置及附属设施的设计与计算，目地是根据实际情况选择配置合适的设备、设施和材料等，与前期的容量设计相匹配。5.1 独立光伏小系统构成与方阵组合的设计5.1.1 太阳能光伏发电系统的的构成太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统，其主要结构由太阳能电池组件、蓄电池、光伏控制器、逆变器以及一些测试、监控、防护等附属设施构成。如图5-1所示图5-1 太阳能光伏发电系统5.1.2 系统的设计原则；光伏发电系统的设计要本着合理性、实用性、高可靠性和高性价比的原则。做到

37、既能保证光伏系统的长期可靠运行，充分满足负载用电需要，同时又能使系统的配置最合理、最经济，特别是确定使用最少太阳能电池组件功率和蓄电池容量。协调整个系统工作的最大可靠性和系统成本之间的关系，在满足需要保证质量的前提下节省投资，达到最好的经济效益。5.1.3 设计步骤和内容光伏发电系统的设计步骤和内容：1. 用电量需求的分析和计算；2. 确定光伏发电的形式；3. 系统的容量设计；4. 太阳能电池组件功率和方阵构成的设计与计算；5. 蓄电池组的容量与组合的设计与计算；6. 当地太阳能资源和气象地理条件数据的收集、计算等；7. 系统配置与设计；8. 控制器的选型与配置；9. 交流逆变器的选型与配置；

38、10. 交流配电系统的设计。5.1.4 太阳能电池组件的设计方法太阳能电池组件的设计就是满足负载年平均每日用电量需求，所以设计和计算太阳能电池组件大小的基本方法就是用负载平均每天所需的用电量为基本数据。基本方法：电池组件的并联数=负载日平均用电量（ah）组件日平均发电量（ah）电池组件的串联数=系统工作电压（v）系数1.43组件峰值工作电压（v）有了电池组件的串并联就可以计算出电池组件或方阵的总功率：计算公式：电池组件总功率=组件串联数组件的并联数选定组件的峰值输出功率5.1.5 蓄电池组的设计方法蓄电池的任务是在太阳能辐射量不足时，保证系统负载的正常用电。要能在几天内保证系统的正常工作，就需

39、要在设计时引入了气象条件参数；连续阴雨天。基本计算方法：蓄电池容量=负载日平均用电量（ah）连续阴雨天数最大放电深度当确定了所需要的蓄电池容量后，就要进行蓄电池组的串并联设计。蓄电池串联数=系统工作电压蓄电池标称电压蓄电池串并联数=蓄电池总容量蓄电池标称容量蓄电池总块数=蓄电池串联数*蓄电池串并联数5.2 光伏发电系统运行维护与故障排除5.2.1 光伏发电系统运行维护1、检查、了解运行记录，分析太阳能光伏系统的运行情况，对于光伏系统的运行状态做出判断，如发现问题，立即进行专业的维护和指导。2、太阳能光伏设备外观检查和内部的检查，主要涉及活动和连接部分导线，特别是大电流密度的导线、功率器件、容易

40、锈蚀的地方等。3、对于逆变器应定期清洁冷却风扇并检查是否正常，定期清除机内的灰尘，检查各端子螺丝是否坚固，检查有无过热后留下的痕迹及损坏的器件，检查电线是否老化。4、定期检查和保持蓄电池电解液相对密度，及时更换损坏的蓄电池。5、有条件时可采用红外探测的方法对太阳能光伏发电方阵、线路和电器设备进行检查，找出异常发热和故障点，并及时解决。6、每年应对太阳能光伏发电系统进行一次系统绝缘电阻以及接地电阻的检查测试，以及对逆变控制装置进行一次全项目的电能质量和保护功能的检查和试验。所有记录特别是专业巡检记录应存档妥善保管。总之，太阳能光伏系统的检查、管理和维护是保证太阳能光伏系统正常运行的关键，必须对太阳能光伏发电系统认真检查，妥善管理、精心维护，规范操作，发现问题及时解决，才能使得太阳能光伏发电系统处于长期稳定的正常运行状态。5.2.2 故障排除1、太阳能电池组件与方阵的常见故障：太阳能电池组件的常见故障有：外电路断路、内部断路、旁路二极管短路、旁路二极管反接、热斑效应、接线盒脱落、导线老化、导线短路、eva与玻璃分层进水、电池玻璃破碎、电池片或电极发黄、太阳能电池被遮挡等。2、蓄电池的常见故障及解决方法：故障现象故障原因故障后果解决方法电池壳裂纹或破裂