太阳能离网系统主要组成

离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能控制逆变一体机、蓄电池组、负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能控制逆变一体机给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池给太阳能控制逆变一体机供电，再给交流负载供电。

图1 离网型光伏发电系统示意图

(1) 太阳电池组件

是太阳能供电系统中的主要部分，也是太阳能供电系统中价值最高的部件，其作用是将太阳的辐射能量转换为直流电能；

(2) 太阳能控制逆变一体机

主要功能分为2部分，MPPT太阳能控制器和DC/AC双向充放电控制器，其作用是对太阳能电池组件所发的电能进行调节和控制，最大限度地对蓄电池进行充电，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。同时把组件和蓄电池的直流电逆变成交流电，给交流负载使用。在温差较大的地方，光伏控制器应具备温度补偿的功能。

(3) 蓄电池组

其主要任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。

主要组成部件介绍

2.1 太阳电池组件介绍

图2 硅太阳电池组件结构图

太阳电池组件是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。根据用户对功率和电压的不同要求，制成太阳电池组件单个使用，也可以数个太阳电池组件经过串联（以满足电压要求）和并联（以满足电流要求），形成供电阵列提供更大的电功率。太阳电池组件具有高面积比功率，长寿命和高可靠性的特点，在25年使用期限内，输出功率下降一般不超过20%。

一般来说，太阳电池的发电量随着日照强度的增加而按比例增加。随着组件表面的温度升高而略有下降。

随着温度的变化，电池组件的电流、电压、功率也将发生变化，组件串联设计时必须考虑电压负温度系数。

2.2 晶福源离网逆变电源介绍

  晶福源XPI系列单相太阳能离网电源，采用新一代的全数字控制技术，纯正弦波输出；太阳能控制器和逆变器集成于一体，方便使用；可以由太阳能电池板单独供电工作，也可以接入市电或发电机，实现太阳能/市电互补、太阳能/发电机互补;适用于电力缺乏和电网不稳定的地区，为其提供经济的电源解决方案。

图3  光伏控制逆变一体机

产品具有以下优势

（1）控制逆变一体机：集成太阳能控制器和逆变器，连接简单，方便使用

（2）太阳能MPPT控制器：采用先进的太阳能最大功率点跟踪技术，太阳能电池板的利用率可以达到99%以上；允许更高输入电压，太阳能电池板选择和阵列配置更加灵活；节省系统投资成本。

（3）耐冲击性强：内置工频隔离变压器，耐冲击性强，可带空调、洗衣机、冰箱等冲击性强的家用电器。

（4）完善的保护功能：蓄电池过充过放保护和先进的蓄电池管理功能，延长蓄电池寿命，过载保护、短路保护等功能，保护设备和负载安全可靠运行。

（5）LCD液晶屏直观显示：输出电压，市电电压，负载百分比，电池容量等多种工作运行状态参数监控，一目了然。

2.3 蓄电池介绍

蓄电池主要是用于储能，以便在夜间或阴雨天给负载提供电能。蓄电池是离网系统中的一个重要组成部分，它的优劣直接关系到整个系统的可靠程度，然而蓄电池却又是整个系统中平均无故障时间（MTBF）最短的一种器件。如果用户能够正常使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会显著缩短，蓄电池的种类一般为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等，它们各自的特点如下表所示。

不同种类蓄电池的优缺点比较

考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本因素，一般选择铅酸免维护电池。用户千万不要因贪图便宜而选择劣质电池，因为这样做会影响整个系统的可靠性，并可能因此造成更大的损失。

（2）、蓄电池的检查

    蓄电池都会有自放电现象（SELF-DISCHARGE），如果长期放置不用，会使能量损失掉，因此需定期进行充放电。工程技术人员可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏，以12V电池为例，若开路电压高于12.5V，则表示电池储能还有80%以上，若开路电压低于12.5V，则应该立刻进行补充充电，若开路电压低于12V，则表示电池存储电能不到20%，电池已处于“弹尽粮绝”的地步。

免维护电池由于采用吸收式电解液系统，在正常使用时不会产生任何气体，但是如果用户使用不当，造成电池过充电，就会产生气体，此时电池内压就会增大，会将电池上方的压力阀顶开，严重的会使电池鼓胀、变形、漏液甚至破裂，这些现象都可以从外观上判断出来，如发现上述情况应立即更换电池。

（3）、使用和保养

虽然免维护电池在使用时不需要人工进行专门的维护工作，但是在使用时还是有一定的要求，如果使用不当会影响电池的使用寿命。影响电池使用寿命的因素有以下几点：安装、温度、充放电电流、充电电压、放电深度和长期充电等。

  ■电池安装

电池应尽可能安装在清洁，阴凉、通风、干燥的地方，并要避免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响。电池应正立放置，不可倾斜角度。每个电池之间端子的连接要牢固。

  ■环境温度

环境温度对电池的影响较大。环境温度过高，会使电池过充电产生气体；环境温度过低，则会使电池充电不足，这都会影响电池的使用寿命。因此一般要求环境温度在25℃左右。

2.4 市电和柴油发电机互补

考虑到一些经常停电地区和电压不稳定地区，用户为了能持续用电，一般自己购买了柴油发电机，晶福源离网电源还在系统中加入了市电和柴油机互补功能。可以实现稳压和给蓄电池充电功能。当有市电的时候，可以选择给蓄电池充电，当市电不稳定时，可以通过离网电源中的稳压器向负载供电。离网电源留有柴油机接口，在阴雨天或者光照度不够时，可以由柴油机供电，离网电源提供稳压功能。

案例介绍

3.1 客户基本需求

现有客户需设计一套离网光伏发电系统，当地的日平均峰值日照时数按照4小时考虑，现场负载为10盏荧光灯，每盏为80W，电视机为150W，洗衣机为250W，总功率为1200W，实际同时运行最大功率为800W，每天使用电量约8000瓦时。阴雨天按两天计算。

选用某公司200W单晶硅光伏组件，其技术参数如下表：

离网电源选型

按照实际运行最大功率800W计算，建议选择XPI-1.5KVA离网电源，该电源视在功率为1.5KVA，输出额定功率为1.0KW，可以满足用户要求。

离网电源参数表

3.2 太阳电池组件设计

选择离网电源后，再根据离网电源的太阳能输入功率选择太阳能组件。原则是功率不能超过额定输入功率，电压和电流在PV输入电压电流范围内，XPI-1.5KVA离网电源，太阳能输入功率为1200W，可以选用6块200W的太阳能组件，推荐使用MPPT控制方式的离网电源。使用3块太阳能组件串联，再两路并联。

额定电压V   30.3*3=90.9VDC  在70-150V范围内。

额定电流A   8.27*2=16.54A   小于30A

3.4 蓄电池组设计

蓄电池组的容量计算，参考公式：C=P×t×T /(V×K×η2)，式中：

C——蓄电池组的容量，单位Ah；

P——负载的功率，单位W；

t——负载每天的用电小时数，单位H；

V——蓄电池组的额定电压，单位V；

K——蓄电池的放电系数,考虑蓄电池效率、放电深度、环境温度、影响因素而定，一般取值为0.4～0.7。该值的大小也应该根据系统成本和用户的具体情况综合考虑；

η2——逆变器的效率；

T——连续阴雨天数（一般为2～3天）。

根据公式计算:

C= P×t×T /(V×K×η2)

= 8000×2/（24×0.5×0.9）

=1481（Ah） ≈1500（AH）

得出，系统需配置的蓄电池组容量为1500Ah，同时要满足直流电压24V的要求，可采用12只2V/1500Ah 的蓄电池进行串联。