1、.家用太阳能光伏发电系统总体设计方案二零一三年五月二十五日.目录工作计划表 1一、太阳能光伏发电的发展状况 21、发展现状 22、竞争力 33、制约因素 3二、我国光伏发电应用的情况 6三、系统分析定位及发电系统介绍 91、光伏组件方阵 92、蓄电池 103、控制器 104、逆变器 105、用电负载 11四、济南太阳高度角、方位角的计算 12五、济南市太阳能资源分析 14七、光伏蓄电池的介绍及选型 171、光伏蓄电池选型 17原理 172、光伏蓄电池型号及参数 18八、光伏逆变器的介绍及选型 201、光伏逆变器的电路构成 202、光伏逆变器的选型分析 213、光伏逆变器的选型 21九、光伏控制
2、器的介绍及选型 221、光伏控制器的选型分析 222、光伏控制器的选型 22十、光伏电池板的介绍及选型 231、光伏电池板的选型分析 23光伏电池板的选型 24十一、光伏发电系统的安装与调试 26安装准备 26安装太阳电池方阵 263 结束语 28十二、系统配置清单 29十三、设计总结 30.工作任务单.工作计划表.一、太阳能光伏发电的发展状况太阳能光伏发电是目前发展最为迅速、并且前景最为看好的可再生能源产业之一。自 1990 年以来，全球光伏组件年度产量从 46 兆瓦增加至 2010 年的 23.5GW，20 年期间增加了 500 倍以上，年均复合增长率超过 36.5%。截至 2010 年全
3、球光伏发电累积装机容量达到了 40GW，近 5 年的增长率超过了 49%。这一增速使得光伏产业成为到目前为止增长最快的产业之一。展望未来，国际能源署预计到 2020 年光伏发电在许多地区能够实现电网平价，到 2050 年能够提供全球发电量的 11%。1、发展现状2011 年 9 月 5 日，欧盟联合研究中心能源与交通研究所发布了其年度统计分析报告光伏现状报告 2011，对全球超过 300 家相关企业的调查结果进行总结和评估。根据报告，从光伏组件生产情况来看，过去数年经历了重大变化，中国大陆已成为全球主要的太阳能电池和组件制造中心，其后是中国台湾、德国和日本。全球前 20 位太阳能电池制造商中，
4、有 8 家中国大陆企业、5 家欧美企业、4 家台湾企业、3 家日本企业，中国大陆有 6 家企业进入前十位。而从光伏装机情况来看，欧盟凭借其累计装机容量超过 29GW，领先于其他国家和地区。截至 2010 年底，欧洲光伏装机占到全球光伏装机总量的 70%以上。在价格方面，受光伏市场从供应受限向需求驱动转变，以及光伏组件产能过剩的影响，过去 3 年内光伏组件价格大幅降低，降幅接近 50%。未来光伏系统成本的降低将不仅取决于太阳能电池和组件的技术改进和规模扩大效益，还取决于系统组件成本以及整体安装、规划、运行、许可与融资成本的降低。预计，光伏技术领域的投资将从 2010 年的 350400 亿欧元翻
5、倍增长至 2015 年的 700 亿欧元，组件终端价格还将持续下降。在技术发展方面，结晶硅太阳能电池仍是主流技术，2010 年其市场份额约占85%，目前，该技术主要优势是能够在相对较短的时间内提供、组装和开工生产。但由于硅原料的阶段性短缺和为新进企业直接提供交钥匙生产线的出现，使得20052009 年，薄膜太阳能电池的投资有大幅度的增加，目前该行业已有超过 200 家企业。此外，聚光光伏(CPV)是一个新兴市场，包括两种技术途径：一种是高聚光倍数，超过 300 个日照强度；另一种是中低聚光倍数，聚光系数在 2300 之间。目前CPV 的市场份额还很低，但有越来越多的企业开始关注该领域。2008
6、 年 CPV 产量约.为 10 兆瓦，2010 年预计在 1020 兆瓦之间，到 2011 年有望达到 100200 兆瓦。此外，受到光伏市场整体增长驱动，染料敏化太阳能电池也已准备进入市场，此种电池主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成，欧、美、日等发达国家已投入大量资金对其进行研发。2、竞争力2011 年 9 月 6 日，欧洲光伏产业协会(EPIA)发布了最新光伏竞争力分析报告 太阳能光伏在能源部门的竞争在竞争的道路上，全面分析了 5 个太阳能光伏产业主要市场，包括法国、德国、意大利、西班牙和英国。分析结果表明，一些国家最早于2013 年可实现光
7、伏产业竞争力，到 2020 年可在更广泛的市场实现竞争力。近年来已证明在合适的监管框架下，太阳能光伏发电技术可以成为达到欧盟 2020 年能源目标的一个主要贡献力量。报告主要结论包括：在未来 10 年内，所有国家和各细分市场的光伏发电系统价格将下降 36% 51%；考虑到光伏发电效率的提高、规模经济和光伏市场的发展成熟，以及所有电力来源发电成本的增长趋势，2020 年前光伏可在欧盟 5 个最大的电力市场中具有竞争力；鉴于多数欧盟大国从南到北的太阳能辐射水平不同，以及不同的细分市场，欧洲各地不会在同一时间实现光伏技术的竞争力；整个欧洲范围光伏竞争力的实现将需要监管框架的政治承诺，支持技术发展，并
8、消除市场畸变。3、制约因素如同其他任何新兴产业一样，光伏产业也存在着若干不容忽视的问题，将会制约其进一步发展。国际社会对光伏产业发展的制约因素也有着不同声音：3.1 光伏发电蓬勃发展或造成铅污染美国田纳西大学 Knoxville 分校土木与环境工程助理教授 ChrisCherry 领导的一项研究发现，由于太阳能光伏发电严重依赖铅酸蓄电池进行储能，到 2022 年，中国和印度太阳能光伏产业直接造成的铅污染可能相当于 2009 年全球铅产量的三分之一；这两个发展中国家由于在铅采选、冶炼、制造和重复使用生命周期环节的低效率，可能会产生超过 240 万吨的铅污染物；其他发展中国家也可能会出现类似的问题
9、。研究指出，铅金属采选和冶炼业应进行技术改造以提高转化效率，太阳能光伏产业界应该开展铅回收和循环利用计划；而政府在国家太阳能发电计划中需要考虑到向铅蓄电池行业环境保护方面进行投资、制定电池回收政策等措施。如果情况得不到改善，铅电池的使.用将导致环境的污染以及工人和儿童的铅中毒，如神经损伤、肾功能衰竭、心血管系统及生殖系统问题。3.2 材料短缺将阻碍薄膜光伏发展2011 年 7 月，英国能源研究中心(UKERC)发布了题为材料的可用性：未来低碳经济的潜在制约因素的报告，基于太阳能电池厚度、转换效率和其他材料使用的主要驱动因素等不同假设，对全球铟和碲的需求与供应情况进行了评估。报告指出，铟和碲是目
10、前主流薄膜太阳能电池(CIGS、CdTe)的关键材料，尽管目前薄膜光伏市场增长迅速，但短期内光伏设备的材料需求能够得到满足；而从长期来看，如果未来 20 年的市场增长速度与一些高增长预测情景相一致甚至超出，薄膜光伏设备的材料需求将大大超过当今全球的生产量，如碲需求的增长可能会高达 1800%，铟(也用于平板显示器的制造) 产量可能需要增加 12%170%。而且有关这两种稀有金属未来供应的信息不够充分( 如不同来源的产量、储量或资源量预测值相差甚远)，现有研究工作无法确定产量的扩大能否满足需求，还需要开展更多的工作及收集更加全面的数据来深入探讨这一问题。3.3 利用光伏发电需要因地制宜2011
11、年 7 月 6 日，美国电气和电子工程师协会(IEEE)终身会士 PrabhuDeodhar 指出，目前，世界上一些国家正计划建设或已建设了大量兆瓦级太阳能光伏电站，但基于以下原因，许多专家都认为建设如此多的大型集中式太阳能发电站是浪费投资和滥用技术。一般常规电厂(水电或火电 )需要在临近能源资源处建造，这就要求付出巨大的成本将电力输送到负荷中心。而由于太阳能是无所不在的，可在需要能源的地方就地收集利用，是理想的分布式电源，避免了高压输电造成的线损。光伏发电具有真正的模块化优势。它可以通过从数千瓦到 20 兆瓦甚至 200 兆瓦的不同规模实现成本效益。一座 10千瓦电站或 150 兆瓦电站的每
12、瓦太阳能发电成本相同，但土地成本和其他“软成本” 使得大型电站更加昂贵。因此，大型太阳能光伏电站没有“规模优势” 。事实上，由于逆变器的功率有限，所有兆瓦级太阳能电站基本上是若干 500 千瓦电站的集群，用一百座 500 千瓦电站来代替单个 50 兆瓦电站更切实际。.兆瓦级太阳能光伏电站最大的问题在于，当电能通过一系列电力变压器后，损耗率达到 12%15% 。太阳能光伏用 400 伏三相逆变器产生电力。在大型电站中，首先通过几个电力变压器将电压提高到 66 千伏或是更高，然后再通过变压器组降至 400 伏以满足消费者的需求。此外，在电网传输中还有 5%7%的损耗。而与此形成鲜明对比的是，规模较
13、小的太阳能发电站靠近用户，在输送过程中几乎没有能量损失。太阳能光伏发电的一个主要限制是每千瓦占用空间较大，土地可以采用更有价值的使用方式，而不是被太阳能电池组件所覆盖。大型太阳能电站往往建在偏远地区，会导致环境问题或与农业用地产生冲突。大型集中式电站相关的安全和维护问题也日益突出。电力在电网中的流动方式和其电网结构的分析。大量的电力在电网中始终循环在 66 千瓦或 132 千瓦的水平。即使并入 200 兆瓦电力也只是极小的一部分。所以这样的容量提升并没有解决类似停电和电网终端“高阻抗”大幅波动的问题。相比于大型电站，400 伏馈电通常能够切实减轻电网阻塞。电压波动的发生是由于电网的高阻抗，就地
14、回馈 400 伏太阳能电力将立即降低电网的阻抗，并提供稳定、清洁的能源。总之，光伏产业作为代表性清洁能源新兴产业，对应对能源问题，缓解气候变暖起着重要作用。但在蓬勃发展的光环下仍存在着如环境污染、材料短缺、规模问题等诸多负面因素。如果对此没有充分认识，并综合包括政府、学界、产业界、公众等各利益相关方的意见进行统筹规划、进行技术的升级改造和因地制宜的应用，将不可避免地对光伏产业未来发展造成严重影响。.二、我国光伏发电应用的情况太阳能电池及光伏发电系统现在已经广泛应用于工业、农业、科技、国防及人们生活的方方面面，预计到二十一世纪中叶，太阳能光伏发电将成为重要的发电方式，在可再生能源结构中占有一定比
15、例。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 农村及边远无电地区应用5 太阳能光伏照明方面的应用6 大型光伏发电系统的应用7 太阳能光伏-建筑一体化并网发电系统8 太阳能电子商品及玩具的应用目前，我国光伏发电的应用市场处于起步阶段。2010 年，我国新增光伏发电装机约 500MW，累计达 800MW。但与我国飞速发展的光伏制造业相比，在光伏应用领域的前进步伐明显滞后于我国光伏制造业。2000 年，我国太阳能电池产量仅为 3MW，到 2007 年年底达到 1088MW，超过欧洲（1062.8MW）和日本（
16、920MW），跃居世界第一位。2010 年，我国太阳能电池产量达到 8GW，约占全球光伏电池产量的一半。中国要达到国际能源署技术路线图中提出的光伏发电比例的全球平均水平，累计光伏安装量在 2020 年前需要达到 60GW 光伏，2030 年达 270GW。当前我国光伏发电应用项目有以下三类： 1. 太阳能光电建筑应用示范项目2009 年 3 月财政部印发了太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法的通知，推动太阳能光电建筑应用示范项目的发展。主要内容包括：（1）建材型、构件型项目：补贴不超过 20 元/ 瓦；（2）安装型项目：补贴不超过 15 元/瓦；（3）单项工程应用装机容量不小于 50kW
17、；（4）转换效率要求：单晶硅组件超过 16%，多晶硅超过 14%，非晶硅超过 6%。在该通知下发后，2009 年 9 月下达首批项目，预算 12.7 亿元，91 兆瓦，111 个项.目。2010 年第二批项目，预算 11.95 亿元，90.2MW, 99 个项目。2.金太阳示范工程2009 年 7 月 16 日，财政部、科技部和国家能源局下发了关于实施金太阳示范工程的通知，支持光伏发电技术在各类领域的示范应用及关键技术产业化。主要内容包括：（1）2009-2011 年，原则上每省总规模不超过 20MW；（2）单个项目装机容量不低于 300kW；（3）业主总资产不少于 1 亿元；（4）主要设备通
18、过认证（5）并网项目补 50%，独立光伏项目补 70%2009 年 11 月公布了 294 个项目，装机容量达 642MW，总投资 200 亿元。但是，由于种种原因，后来实际批准的只有 200 兆瓦。在金太阳示范工程和太阳光电建筑应用示范工程实施一段时间后，针对实施过程中出现的问题，财政部、科技部、住房城乡建设部和国家能源局于 2010 年 9 月发布了关于加强金太阳示范工程和太阳能光电建筑应用示范工程建设管理的通知，重新规定了关键设备统一招标、示范项目选择和调整和补贴标准的相关细则。我国光伏发电的应用前景我国的光伏制造业在技术上和成本上都具备了领先优势，随着光伏产品制造成本的不断降低和光电转
19、换效率等技术指标的不断提升，光伏发电产业必然会在不远的将来具备与传统能源电力竞争的优势。结合我国的地域和经济特性，可以从以下几个方面推动光伏发电在各个领域的规模化应用。1.在城市比较集中的东、中部地区，应优先发展与建筑物相结合的屋顶光伏系统和光电建筑一体化。我国东部和中部地区，人口密集，城镇化程度较高，土地资源相对紧张，屋顶光伏系统和光电建筑一体化能使能源供应系统与建筑物完美结合，不占用土地资源。另外，东部和中部地区电价较高，发展屋顶光伏系统和光电建筑一体化经济条件也更为优越。2.在西部太阳能资源丰富的地区推动大型并网光伏电站的建设。我国西部地区太阳能资源丰富，地广人稀，在荒漠等不适宜种植农作
20、物的区域发展大型并网光伏电站，能充分利用土地资源，所发电力还能在促进当地经济发展中发挥巨大作用。.3.在电网覆盖不到的边远地区，加强离网光伏电站的建设。建设离网光伏电站不仅能节省架设电网线路的高额费用，而且能解决无电地区的用电问题，因此也是当前我国政府主推的光伏发电应用方式之一。4.在已建成风电场的周边地区，有光照资源保障的，大力发展风光互补型项目。随着我国风电的快速发展，风电装机规模实现了跳跃式的发展，但局限于目前的技术条件和风电的特性，“ 弃风”的现象比较严重。光伏发电和风力发电能很好的结合，形成时间上的互补，保证上网电力的稳定性。在有条件的风电场周边建设光伏电站，在解决风电上网的问题的同
21、时也推动了光伏发电产业的发展。5.试点推行直流光伏住宅等光伏与节能相结合的项目。光伏发电产生的直流电需要通过逆变器转变成交流电才能使用，然而，在直流变交流的过程中会产生能量损失，直接使用光伏发电产生的直流电不仅是提高光伏发电使用效率的有效途径，同时也降低了发电系统的成本。通过前期论证，冰箱、彩电和空调等家用电器直接使用低压直流电在成本和技术上均可行，发展直流光伏住宅项目也是今后光伏发电应用的一个重要方向。与直流光伏发电系统相比，交流光伏发电系统多了一个逆变器，用以把直流电转换成交流电，为交流负载提供电能。交、直流混合系统则既能为直流负载供电，也能为交流负载供电。综合以上分析考虑，这种系统非常适
22、合我们的家用太阳能光伏发电系统。我们决定采用独立太阳能光伏发电系统作为我们最终的系统。.三、系统分析定位及发电系统介绍我们的家用光伏发电系统构成有：光伏组件方阵 蓄电池 控制器 变换器 用电负载 光伏发电系统附属设施等构成。因此，我们的系统方案可以定义为独立太阳能光伏发电系统。经过讨论分析，我们的家用光伏发电系统的系统类型为独立太阳能光伏发电系统。具体来讲，我们的系统中有直流和交流两部分。交流部分用于给电动车充电，直流部分用于系统的照明。因此，系统类型也可叫做独立的交流及交、直流混合光伏发电系统。独立太阳能光伏发电系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度大，小到0.32W 的太阳能庭院灯，大到
23、兆瓦级的太阳能光伏电站；其应用形式也多种多样，到家用、公交、通信、空间，等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。独立太阳能光伏发电系统由太阳能电池方阵、蓄电池组、控制器、DC/AC 变换器（逆变器）、用电负载等构成。独立太阳能光伏发电系统基本构成如图 2 所示。图 2 独立太阳能光伏发电系统构成1、光伏组件方阵太阳能光伏发电系统中最重要的是太阳能电池，它是收集太阳能光并转换成电能的核心组件。实用中的太阳能电池是将若干单一太阳电池片经串。并联组成的电池系统，称为电池组件（或电池板） ，具有独立电源的功能。目前应用的太阳能电池主要是晶体硅电池，分为单
24、晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池盒非晶硅太阳能电池等几种，其性能如表 1 所示。.表 1 太阳能电池的类型及特点类型 单晶硅 多晶硅 非晶硅光电转换效率 12%-17% 10%-15% 6%-8%使用寿命 15-20 年 15-20 年 5-10 年平均价格 昂贵 较贵 较便宜稳定性 好 好 差（会衰减）颜色 黑色 深蓝色 棕色主要优点光电转换效率高，工作稳定，体积小工作稳定、成本低，使用广泛价低，弱光性好，多用于计数器、电子表等主要缺点 成本高 光电转换效率较低光电转换效率最低，会衰减；相同功率的面积比晶体硅大一倍以上综上因素考虑，我们的光伏路灯电动车充电站的太阳能电池板采用多晶硅。2、蓄电
25、池蓄电池组是太阳能光伏发电系统中的储能装置，由它将太阳电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能储存起来，以供负载使用。由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池才能使负载正常工作。蓄电池容量要受到末端负载需用电量和日照时间（发电时间）的影响。因此，蓄电池的按时容量由预定的负载需用电量和连续无日照时间决定。目前，太阳能光伏发电系统常用的是阀控密封铅酸（VRLA）蓄电池，深放电吸液式铅酸蓄电池等。具体容量由计算分析得出。3、控制器控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池搞笑，安全，可靠的工作，以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命。控制器对蓄电池的充放电进行控制，并按照负载的电
26、源需求控制太阳能电池组件和蓄电池对负载输出电能。控制器是整个太阳能光伏发电系统的核心部分，通过控制器对蓄电池充放电条件加以限制，防止蓄电池反充电、过充电及过放电。.4、逆变器在太阳能光伏发电系统中，如果含有交流负载，那么就要使用 DC/AC 变换器（即逆变器） ，将太阳能电池组件产生的直流电或蓄电池释放的直流电转换为负载需要的交流电。逆变器具有电路短路保护，欠压保护，过流保护，反接保护，过热保护，及雷电保护等功能。5、用电负载太阳能光伏发电系统按负载性质分为直流负载系统和交流负载系统，太阳能光伏发电系统设计时，必须考虑负载的功率，抗阻特性（电阻性，电感性或电容性）等。.四、济南太阳高度角、方位
27、角的计算济南地区太阳高度角、方位角、日照时间的计算济南地区 5 月 19 日中午 12 时和下午 3 时的太阳高度角和方位角，以及该地区夏至日的日出日没时角及全天日照时间。解 济南地区的纬度 =36.885 月 19 日距夏至的时间 n=33，则当日的赤纬角为：=23.27sin(360 )284+n365=23.27sin(360 )284+33365=-17正午 12 时的时角 =0，下午 3 时的时角 =153=45。中午 12 时的太阳高度角由于 ，则h=90-+=90-36.88+(-17)=36.12下午 3 时的太阳高度角sinh=sinsin+coscoscos=sin36.8
28、8sin(-17)+ cos36.88cos(-17)cos45=-0.71h=-45下午 3 时的太阳方位角sin=cossincosh=0.96由此可得 =73.7夏至日的太阳赤纬角 =-23.45，则cos=-tantan=-tan36.88tan(-23.45).=0.325因此，济南地区夏至日的日出时角 出=-71.03，日落时角 没=71.03，全天日照时间T= arcos(-tantan)h215=2 h71.0315=9.47h.五、济南市太阳能资源分析济南市辐射强度分析表 济南市位于北纬 3640，东经 11700 阳光区境内累年平均日照时数的 1401.3 小时，大多数年份
29、 1655.5 小时（1963 年） ，最少年 1153.4 小时（1981 年）济南地区标准年的总日照时数可达 4252 小时，年太阳总辐射强度大于 100 W/m2 的日照时数占到近90%，小时最大总辐射强度为 1051W/m2，年总辐射强度约为 1.4 MW/m2。按照光伏转换效率 10 %计算6 ，每年可获得的电能为 140 kW/m2。济南地区标准年全年太阳总辐射强度频率分析 总辐射强度（W/m2） 频数（h/年） 累积频数（h/年) 频率（%） 累计频率（%）（0，100） 727 727 17.1 17.1100，200 825 1552 19.4 36.5200，300 656
30、 2208 15.43 51.93300，400 562 2770 13.22 65.15400，500 475 3245 11.17 76.32500，600 368 3613 8.65 84.97600，700 272 3885 6.40 91.37700，800 192 4077 4.52 95.89800，900 127 4204 2 .99 98.88900，1000 43 4247 1.01 99.891000，1100 5 4252 0.11 100.00.010020030040050060070080090010001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
31、小 时总辐射(W/m2)济南地区某日的太阳辐射强度曲线峰值日照时数 4、44h系统要求：蓄能天数为 3 天，蓄电池放电深度 50%，转换效率 85%；线损 5%。最佳安装角 4288.用户需求分析太阳能光伏发电系统所要带动的负载包括如下：设备名称 型号 负载 数量（个）工作时间(h)日消耗电量（WH）电流（A）节能灯 T2 超亮全螺旋型 220V/23W 5 4 460 0.10美的空调 KFR-26GW/BP2DN1Y-IA 220V800W 1 2 1600 3.64索尼高清电视机 KDL-26EX550 220V150W 1 4 600 0.68三星全自动滚筒式洗衣机（感性负责）WF60
32、2U2BKSD/SC 220V300W 1 1 300 1.36各种小型充电器 220V10W 4 40 0.05系统配置三个阴雨天用电总功率：PL=1360W总用电量：3000（WH）光伏系统直流电压选用 24V蓄电池容量 Cw=3dQL=333000=27000（WH）蓄电池电压为 12V，其安时容量为：3dQL/U=3000/12=2250Ah太阳电池方阵功率的确定平均峰值日照时数：Tm=4.44h太阳电池方阵功率 Pm=1.5QL/Tm=1.53000/4.44=1013.5W根据计算结果，蓄电池选用 12V/198Ah 的 VRLA 蓄电池 6 个蓄电池组并联（一个电池组由两个同种型
33、号的蓄电池串联）；太阳电池方阵选用 140W(电压 24V,电流5.1A)8 块串并联，采用独立太阳能光伏发电系统。.七、光伏蓄电池的介绍及选型1、光伏蓄电池选型原理铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸 )中，两极间会产生 2V 的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：(阳极) (电解液) (阴极)PbO2 + 2H2SO4 + Pb - PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应)(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅 )PbO2 中 Pb 的化合价降低，被还原，负电荷流动；海绵状铅中 Pb 的化合价升高，正电荷流动。2(阳
34、极) (电解液) (阴极)PbSO4 + 2H2O + PbSO4 - PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应) （必须在通电条件下）(硫酸铅) (水) (硫酸铅)第一个硫酸铅中铅的化合价升高，被氧化，正电荷流入正极；第二个硫酸铅中铅的化合价降低，被还原，负电荷流入负极。 21. 放电中的化学变化蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物硫酸铅。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。2. 充电中的化学变化由于放电时在阳极板，阴极板
35、上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加, 亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之.2、光伏蓄电池型号及参数综合考虑：本系统选用型号: HGY6052 铅酸蓄电池 6 块串并联，电池参数规格如下：【规格】额定电压:12V额定容量:200AH外形尺寸:长：206mm 宽：124mm 高：355mm 总高： 390m
36、m重量：78.0KG【说明】1)安装、使用和维护过程中，电池不得短路，不得倒置使用，应使用绝缘工具，并配带绝缘手套，以防电击和造成短路。2)蓄电池出现异常时，应由专业人员处理或与厂家联系，禁止私自拆卸维修。3)产品应在专用充电系统上充电，充电系统的直流输出电压波动应不大于百分之正负一。4)禁止使用汽油、稀释剂等有机溶剂来清洗电池，否则会损坏电池外壳。5)长时间过高充电（过充电）会缩短电池寿命；长时间过低充电（未充足）会影响负载工作或导致电压异常。充电最好用恒压限流充电器。勿并联充电，否则缩短电池寿命。充电时一定先把充电器的正(红)、负（黑）充电夹对应夹好电池，切勿反接。充好后，先关掉电源开关，
37、再取电池夹。【范围】UPS 电源系统、备用电源、电动童车、电子秤、应急电源、应急灯、草坪灯、玩具车、车位锁、门禁系统、电力系统等，非动力电瓶。【安全】1)采用独特的生产工艺和特殊的结构设计，保证电池使用的安全性和密封性。2)免维护：独特气体再化合系统能将产生的气体再化合成成水，吸附式下班纤维隔板，在寿命期内无需补偿电液。3)自放电低：使用耐腐蚀性好的特殊铅钙合金制成的板栅，把自放电控制在最小，室温 25下储存，可半年之内不需要补充电。4)温度： -10-40.5)安装：可根据用户的要求立放、卧放方式进行安装。6)长寿设计：采用蚀结构的重型铅钙合金极板，保证了电池的浮充寿命。.八、光伏逆变器的介
38、绍及选型光伏逆变器概述将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，完成逆变功能的电路称为逆变电路，而实现逆变过程的装置称为逆变器或逆变装置。1、光伏逆变器的电路构成1.基本构成(1)输入电路输入电路主要是为主逆变电路提供可确保其正常工作的直流工作电压。(2)主逆变电路主逆变电路是逆变器的核心，它的主要作用是通过半导体开关器件的导通和关断完成逆变的功能。逆变电路分为隔离式和非隔离式两大类。(3)输出电路输出电路主要是对主逆变电路输出的交流电的波形、频率、电压、电流的幅 值、相位等进行修正、补偿、调理，使之能满足使用需求。(4)控制电路逆变器的控制电路主要是为主逆变电路提供一系列的控制脉冲来控制逆变开
39、关器件的导通与关断，配合主逆变电路完成逆变功能。(5)辅助电路辅助电路主要是将输入电压变换成适合控制电路工作的直流电压。辅助电路还包含多种检测、显示电路。逆变器的显示功能主要包括：直流输入电压和电流的测量值，交流输出电压和电流的测量值，逆变器的工作状态(运行、故障、停机等)。(6)保护电路逆变器的保护电路主要包括输入过压、欠压保护，输出过压、欠压保护，过载保.护，过流和短路保护，接反保护，过热保护等。2.光伏逆变器的主要元器件目前的逆变器多数采用功率场效应晶体管(VMOSFET)、绝缘栅极晶体管(GBT) 、可关断晶体管(GTO)、MOS 控制晶体管(MGT)、MOS 控制晶闸管(MCT)、静
40、电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH) 以及智能型功率模块(IPM)等多种先进且易于控制的大功率器件。2、光伏逆变器的选型分析额定输出容量 7000W输出电压的调整性能：电压调整率 3。负载调整率6。 离网型光伏发电系统是以蓄电池为储能设备的。整机效率 10KW 级效率为 8590 保护功能：过电压保护、过电流保护、过热保护、短路保护、缺相保护。启动性能：逆变器应保持在额定负载下可靠启动。逆变器的功率=阻性负载功率 （1.21.5）+感性负载功率 （57）=3001.5+10606=6810W3、光伏逆变器的选型由设计计算结果得出：额定输出电压：220V 额定输出容量：7000额定
41、输出电流：5.1A根据计算分析，济南兴能电子限公司自主研发生产经营产品符合我们的要求，具体参数如下综合考虑，选用 HET-7000 的逆变器.九、光伏控制器的介绍及选型1、光伏控制器的选型分析光伏控制器的配置选型要根据整个系统的各项技术指标并参考生产厂家提供的产品样本手册来确定。一般考虑下列几项技术指标。（1） 系统工作电压指太阳能发电系统中蓄电池或蓄电池组的工作电压，这个电压要根据直流负载的工作电压或交流逆变器的配置选型确定。（2） 额定输入电流和输入路数控制器的额定输入电流取决于太阳能电池组件或方阵的输出电流，选型时控制器的额定输入电流应等于或大于太阳能电池板的输出电流。控制器的输入路数要
42、等于或多于太阳能电池方阵的设计输入路数。小功率控制器一般只有一路太阳能电池方阵输入，大功率控制器通常采用多路输入，每路输入的最大电流= 额定输入电流 /输入路数，因此，各路电池方阵的输出电流应小于或等于控制器每路允许输入的最大电流值。（3） 控制器的额定负载电流也就是控制器输出到直流负载或逆变器的直流输出电流，该数据要满足负载或逆变器的输入要求。2、光伏控制器的选型系统电压 24V最大充电电流 5.1A太阳能电池方阵输入路数：单路电路自身损耗 520mA蓄电池过充保护电压 28.229V蓄电池过放电保护电压 21.622.8V蓄电池充电浮充电压 27.4V温度补偿 24mV/工作环境温度-20
43、+50其他保护功能: 控制器输入、输出短路保护功能。防反充保护功能。 防雷击保护.功能。极性反接保护功能。 耐冲击电压和冲击电流保护。型号 HIC-10A额定充电电流 10A额定负载电流 10A系统电压 24V/12V AUTO；过载、短路保护1.25 倍额定电流 60 秒.1.5 倍额定电流 5 秒时过载保护动作.3 倍额定电流短路保护动作空载损耗 6 mA充电回路压降 不大于 0.26V放电回路压降 不大于 0.15V超压保护 17V，2/24V ；工作温度 工业级：-35 至+55 (后缀 I)；提升充电电压14.6V；2/24V ；(维持时间：10min)（仅当出现过放电时调用）直充充
44、电电压 14.4V;2/24V；(维持时间：10min)浮充 13.6V;2/24V；(维持时间：直至降到充电返回电压动作)充电返回电压 13.2v； 2/24V；温度补偿 -5mv/2V（提升、直充、浮充、充电返回电压补偿）;欠压电压 12.0V； 2/24V；过放电压11.1V-放电率补偿修正的初始过放电压（空载电压）； 2/24V；过放返回电压 12.6V；2/24V ；控制方式 充电为 PWM 脉宽调制十、光伏电池板的介绍及选型1、光伏电池板的选型分析太阳能电池组件是太阳能供电系统工作的基础，它的功能是将太阳能辐射转化为电能，其光电转换效率决定了供电系统的工作效率，所以光电转换效率是选
45、择太阳能电池组件需要考虑的一个重要参数。目前，太阳.能电池主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅 3 种。其中单晶硅电池板的光电转换率为15% 20%以上，最高可以达到 24%，使用寿命一般为 15 年左右，最高可达到 25 年。多晶硅电池板的光电转换率为 12%，非晶硅约为 10%。本系统参数如下：济南市平均峰值日照时数：Tm=4.44h太阳电池方阵功率 Pm=1.5QL/Tm=1.53000/4.44=1013.5W光伏电池板的选型综合考虑，本系统的太阳能电池太阳电池方阵选用“山东鑫泰来光电有限公司” 生产的 XTL140-24 的 140W 太阳能电池板 8 块串并联。其参数与安装示意图如下：.
46、十一、光伏发电系统的安装与调试1、安装准备光伏发电系统往往位于偏远地区，因此设计和安装工作都会遇到诸如交通工具，系统安装材料等方面的困难。当设计人员或安装人员在筹划偏远光伏系统的安装时，应该计划和准备好安装所需的工具和材料。在偏远的安装现场附近可能没有专门的电气商店，因此施工前的周密计划是非常必要的。由于每个施工现场具体情况都有不同，安装人员应该在施工前先考察现场，考察时应详细列出所需工具和材料的清单。2、安装太阳电池方阵2.1 安装人员必须懂得如何测量太阳电池组件的开路电压和短路电流。为了判断电池组件是否正常工作，测量时安装人员必须比对厂家的技术手册。开路电压的测量必须在电池组件被日光照热前
47、进行，因为组件的输出电压会随着温度的上升而下降。短路电流的测量直接受日照强度的影响，除非能够准确的测量日照强度，否则只能对太阳电池组件的输出电流特性做一个大约估计。测量时使组件平面垂直正对阳光，大部分太阳电池组件的现场测量结果，与产品说明书给出的数据差别在以内，最好在正午日照最强的条件下测量电池组件。当整个安装工作完成后，安装人员可以在方阵与负荷（蓄电池）连接的情况下，测量方阵的输出。当阳光照射在方阵上时，判断并测量光照的强度并与生产厂家的说明书比较，判断方阵的运行状况。2.2 安装注意事项仔细选择太阳电池方阵的位置，是完成光伏系统安装工作的第一步。电气设备应避免在室外不必要的暴晒，安装电气设
48、备时应考虑到可以便捷地进行系统维护。光伏电池方阵应尽可能的接近蓄电池和电能调节设备, 以尽量缩短引线距离,减少线路损耗。太阳电池方阵价格贵、重量轻、体积小, 容易被偷窃。为此, 可以安装保护装置, 以提高电池方阵的安全性。使用特殊的螺钉安装面板, 可以防止它被迅速的拆除。在通往固定支撑架的通道安装防盗门, 可以提高安全性。应给电池组件的支撑框架提供一种简单、结实、耐用的安装结构。制造安装电池方阵支架的材料, 要能够耐受风吹雨淋的侵蚀及各种腐蚀。电镀铝型材、电镀钢以及不锈钢都是理想的选择。方阵支架重量要轻, 以便于运输和安装。在许多光伏系统的安装中, 木质支架和框架得到很成功的应用。但是, 木质料需要更多的维护, 因此一般不推荐使用木材作为方阵支架的安装材料
