6.2 太阳能光伏电源系统

表6.2.2  我国各地区的太阳能资源分布表

续表6.2.2

注：1类地区为太阳能资源最丰富的地区，2类地区为太阳能资源较丰富地区，3类地区为太阳能资源中等类型地区，4类地区是太阳能资源较差地区，5类地区是太阳能资源最少的地区。

我国是太阳能资源相当丰富的国家，1、2、3类地区约占全国总面积的2／3以上，年太阳辐射总量高于1389kWh／m² ，年日照时数大于2200h，具有利用太阳能的良好条件。特别是1、2类地区，人口稀少、居住分故、交通方便，可考虑采用太阳能资源。
6.2.3 系统组成。
由太阳能光伏电池组件、控制器、蓄电池、逆变器、灯具等组成。
1.太阳能光伏电池组件。
太阳能光伏电池组件由太阳能电池片经串并组合，形成不同规格的电池板，分单晶硅、多晶硅和非晶硅三种，多晶硅的占有量最大，约占80％左右。
太阳能光伏电池组件的功率计算：

2.控制器。
太阳能光伏电源控制器采用最大功率点跟踪(MPPT)和脉宽调制(PWM)技术，控制电路以微处理器或DSP芯片为核心，可以极大地提高太阳能的转换效率，并通过对允放电过程进行智能控制，延长蓄电池的使用寿命，实现长期免维护自动运行。
目前国内生产的控制器类型见表6.2.3-1：

表6.2.3-1  控制器的类型和特性

续表6.2.3-1

3.蓄电池。
蓄电池是光伏电源系统的关键部件，目前我国用于光伏发电系统的蓄电池多数是铅酸蓄电池(其中包括胶体蓄电池)，只在高寒户外系统采用镉镍电池。
  1）蓄电池容量计算方法：

蓄电池容量Ah（A·h）=（照明负载光源功率×每天照明时间×连续阴雨天数×冗余余数）/蓄电池电压

式中冗余系数取1.6～2.0。

蓄电池容量应在满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量在存储下来，并能存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。但若容量过大，使蓄电池处在亏电状态，将影响蓄电池寿命，造成浪费。
  2）铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的分类和技术特性表6.2.3-2。

表6.2.3-2  铅酸蓄电池的分类和技术特性

4.逆变器。
逆变器可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变，按照波形可以分为方波逆变器和正弦波逆变器。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电，经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率、额定电压等匹配的正弦波交流电源，供系统终端用户使用。
逆变器的失效将导致恶性断电事故，逆变效率和可靠性是其关键参数。逆变器的技术指标见表6.2.3-3。

表6.2.3-3  逆变器的技术指标

续表6.2.3-3

6.2.4 应用注意事项。
1.使用地点及负荷情况。
  1)使用地点的日光辐射情况；
  2)系统的负载情况：纯电阻性、电容性还是电感性负载，负载功率，负载启动电流；
  3)系统的输出电压，每天需要工作时问；
  4)阴雨天气，系统需连续供电天数。
2.光伏电池的输出伏安特性具有较强的非线性，与日照强度、环境温度、阴雨、雾等许多气象因素有关，考虑应用系统的实际负载特性，一般只将光伏电池用作电压源，根据系统的电压等级及容量，将光伏电池若干组串并联连接。
3.应从可靠性、性价比、色温和发光效率等方向综合考虑选择光源，目前可选择大功率LED灯，高效节能灯、高压钠灯、低压钠灯、电磁感应灯(无极灯)和小功率金属卤化物灯等。
4.太阳能灯具的设计与使用地区有关。太阳能电池组件额定输出功率和灯具输入功率之比大约是2：1～4：1，具体比例要根据灯具每天工作时间以及对连续阴雨天照明要求决定。太阳能组件的面积与输出功率的对应关系大约为120W／m² 。
5.太阳能电池组件的安装。
太阳能电池组件的输出功率与安装角度和装饰性外罩有关，如水平放置，输出功率将减少15％～20％，再在电池上增加一个装饰性外罩，输出功率又将减少5％左右。在我国，太阳能电池组件的安装方向为正南方时，安装的倾斜角度见表6.2.3-4。

表6.2.3-4  我国30个主要城市纬度及最佳安装倾角

续表6.2.3-4