家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文某家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計陳冬梅班級 07智能電子專業(yè) 電子信息工程技術(shù)（智能）教學(xué)系 機電工程系指導(dǎo)老師 賁禮進完成時間2010年月日目錄TOC\o"1-5"\h\z前言 11設(shè)計的整體思路 22家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)綜述 32.1家用太陽能發(fā)電 32.1.1家用太陽能發(fā)展的歷史 31.2家用太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)缺點 31.3家用太陽能發(fā)電的應(yīng)用 41.4家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)的原理 52太陽能電池板系統(tǒng) 62.2.1太陽能電池板的發(fā)電原理 62.2.2太陽能電池板的分類 62.3蓄電池儲能系統(tǒng) 72.3.1蓄電池的充放電原理 72.3.2蓄電池的充放電特性 82.4關(guān)于控制器 92.4.1控制器的原理 92.4.2控制器的作用 102.5逆變器 112.5.1逆變器的工作原理 115.2逆變器的分類與特點 12家用發(fā)電系統(tǒng)功率匹配設(shè)計 131各項技術(shù)參數(shù) 132鉛酸蓄電池容量的計算 143太陽能電池方陣功率的計算 14實驗過程的說明 15實驗結(jié)果的展示 16結(jié)束語 17參考文獻 18前B隨著常規(guī)能源的大量消耗，使得可再生能源越來越多的受到21世紀人類的關(guān)注。對能源資源消耗所引發(fā)的氣候變化等一系列問題，不僅是對中國提出的挑戰(zhàn),也是對世界提出的挑戰(zhàn),能源短缺使太陽能光伏發(fā)電越來越受青睞。太陽能之所以受到世界各國越來越多的關(guān)注主要是因為其具有以下優(yōu)點：（1）太陽的歷史壽命長，與人類的歷史（約30萬年）相比，太陽具有很長的壽命，所以對人類來講,太陽能兒乎是無限的能源：（2）太陽是十分強大的能源供應(yīng)體，太陽光40min內(nèi)賜予地球的能量如果能夠都為人類所利用的話，估訃就能滿足全世界一年的能源消耗；⑶太陽能不會造成環(huán)境污染、能源損失等社會問題；（4）能量獲取簡單直接，在使用現(xiàn)場就能從太陽光獲得能量。1839年，法圍科學(xué)家貝克靂爾（BCCqUml）發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏打效應(yīng)”簡稱“光伏效應(yīng)”。1954年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾挫在美圈貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。在太陽能的有效利用當(dāng)中，太陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域之，也是其中最受矚Ll的項Ll之一。太陽能光伏發(fā)電具有水電、火電、核電所不能比擬的清潔性、安全性、普與性等優(yōu)點。隨著科學(xué)進步，光伏發(fā)電技術(shù)已可用于任何需要電力且有光照的場合。太陽能家用發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計摘要：太陽能家用發(fā)電系統(tǒng)即離網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。一般來說，離網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有太陽能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成。關(guān)鍵字：太陽能電池蓄電池控制器逆變器1設(shè)計的整體思路本次設(shè)訃是建立在太陽能電池板自身的光電轉(zhuǎn)換特征基礎(chǔ)之上的，整個流程使用到了較多的設(shè)備以輔助，例如蓄電池、電池板以與管理器等等，最終構(gòu)成了整套的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)的最大功能就是能夠?qū)μ柲苓M行接收與轉(zhuǎn)化，成為電能，并儲蓄，以此來為家用電器隨時供電。本次設(shè)計的研究理論涉與較多，就蓄電池來說，就涵蓋了充放電原理、蓄電池負載以與充放電特質(zhì)，另外還研究了管理器自身的功率匹配問題。依據(jù)這些問題與原理的分析，本文最終設(shè)計出了一套相對完整的太陽能發(fā)電體系，并將之應(yīng)用到了實際生活，首先是進行了太陽能電池板的安裝，選擇地點要是光照較好之處，以此來便于太陽能電池板來接收并轉(zhuǎn)化光能，被轉(zhuǎn)化之后的光能成為了新的電能，并可以通過管理器達到蓄電池，蓄電池里存儲的電能可以隨時被家庭使用，例如到了晚上，不再有光照之時，就可以使用管理器來供電，將蓄電池的電能進行傳輸。詳細太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)連接情況如下：CZZJCZZJ撇狄衣機個人電歸圖1.1家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實物連接圖2家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)綜述2.1家用太陽能發(fā)電2.1.1家用太陽能發(fā)展的歷史十九世紀三十年代末期，法國著名科學(xué)家克靂爾首次發(fā)現(xiàn)了光生伏特效應(yīng)，主要效應(yīng)來自于光照之后，半導(dǎo)體材料自身出現(xiàn)的電位差異，后來乂被稱之為光伏效應(yīng)。二十世紀三十年代初期，科學(xué)家布魯若在進行太陽能的研究之時，發(fā)現(xiàn)太陽能可以啟動發(fā)電機，這也是太陽能第一次被使用。在這之后，五十年代中期,美國的科學(xué)家乂制作成功了單晶硅太陽能電池，世界上首次誕生光伏發(fā)電技術(shù)。五十年代末，太陽能多晶硅電池出現(xiàn)，效率為二十分之一。六十年代初期，硅太陽能電池被研發(fā)，并正式投入使用，其能夠?qū)㈦娔軅魉椭岭娋W(wǎng)，以此來為家庭服務(wù)。到七十年代末期，太陽能的優(yōu)勢逐漸被挖掘，并且受到人們重視。七十年代中后期，發(fā)達國家美國創(chuàng)建了太陽能地面光伏站，該站的創(chuàng)建，為較多家庭提供了太陽能電能，在一定程度上保障了能源與環(huán)境。八十年代初期，美國乂成立了IMWP光伏電站，并且使用了冶金硅電池，效率上有了成倍的提升，這也為更多的普通家庭提供了電能，再加上后期光伏電站規(guī)模的擴張與發(fā)展，以與家用光伏產(chǎn)品的研發(fā)和普與，小型太陽能光伏發(fā)電體系得到飛速發(fā)展。九十年代末期，隨著社會科技的不斷發(fā)展，整個光伏發(fā)電在領(lǐng)域之中的作用也越來越明顯。直到新世紀初，全國已經(jīng)創(chuàng)建了十余座的兆瓦級光伏發(fā)電系統(tǒng)，和六個兆瓦級的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。越來越多的國家開始使用這種光伏發(fā)電技術(shù)，并不斷創(chuàng)建新的發(fā)電站。美國作為世界上第一個創(chuàng)建光伏發(fā)電系統(tǒng)的國家，先是在九十年代中后期制定了白萬屋頂計劃，也就是打算在二十一世紀一十年代初期完成一百萬戶的家庭太陽能光伏電池安裝，以此來完善整個系統(tǒng)，并以光照與電池傳輸電能，且不被時間所限制；二十世紀九十年代初期，日本也開始了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的制定，并將之命名為新陽光計劃，準備在二十一世紀一十年代到達之詢?yōu)閲业木用駛儼惭b家用太陽能電池，并以此供電。通過各個國家所制定的光伏計劃與方案能夠看出，現(xiàn)如今，家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)被世界較多地區(qū)所認可且使用，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了該系統(tǒng)的優(yōu)勢與應(yīng)用價值。由于傳統(tǒng)能源的逐漸減少與消失，發(fā)電方式開始面臨種種問題與困難，而本文所提到的這種太陽能發(fā)電技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)現(xiàn)就在一定程度上解決了這些問題，并且保障了環(huán)境。2.1.2家用太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)缺點在最近一段時期之中，太陽能光伏發(fā)電有了迅猛的進步與發(fā)展，之所以會出現(xiàn)這樣的情況，主要原因就是這種發(fā)電方式自身具備的優(yōu)勢與特征。其優(yōu)點主要有以下兒個方面。一，這種太陽能光伏發(fā)電方式由多個電子元器件組合，其中沒有任何機械部件，不會發(fā)生部件的運作與回轉(zhuǎn)，因此無噪音；二，并不需要進行燃燒，因此也就無需燃料，更為便利，成本也較低；三，在整個發(fā)電流程之中是不會產(chǎn)生廢氣的，綠色無污染；四，無論是設(shè)備的安裝還是維修都非常便利，且維修的花費也較低；五，這種發(fā)電有很強的環(huán)境適應(yīng)性，能夠在多種環(huán)境下正常運作，沒有限制；六，就算沒有人看守也可正常運作，十分省事；七，國家或者地區(qū)都可以依據(jù)自身需求來進行調(diào)整與規(guī)模擴張，具有靈活性。然而這種光伏發(fā)電方式的優(yōu)勢雖多，但也并不代表其就沒有問題與不足之處。這些問題主要集中在以下方面：一，光電轉(zhuǎn)化效率很低。存在四分之一的轉(zhuǎn)換效率，在如今看來已經(jīng)是全球最高，因此也難得到再次的突破；二，使用太陽能進行光伏發(fā)電必須使用到較大的地域，因此在面積上會有所要求。在上文中我們提到過，光伏發(fā)電的材料與維修等環(huán)節(jié)成本都較低，然而相應(yīng)的，面積卻完全相反，太陽能電池效率和面積之間存在著緊密聯(lián)系與影響，前者的效率高低都來自于后者，且呈正比，因此，太陽能電池要想存儲足夠的光能，就必須擁有較大面積。三，對于光照的要求較高且繁雜，無論是選擇地，還是光照條件都存在限制。一旦陰天，或者陽光不充足，那么能夠被轉(zhuǎn)換的光能量自然降低；四，整體的發(fā)電成本較高，這種情況一旦維持一段時期不變，那么就不能夠進行大規(guī)模的發(fā)展與普與。2.1.3家用太陽能發(fā)電的應(yīng)用就我國而言，光照充足，因此太陽能資源也十分豐富，一旦對這些資源進行合理的使用，那么不單單可以降低傳統(tǒng)資源的使用率，還能夠在特定地區(qū)完全的使用太陽能資源進行采暖，一舉多得，還十分環(huán)保。當(dāng)前，隨著科技的不斷發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)日漸完善與成熟，且能夠使用到多種場合之中，例如家用電器，例如航天器等等，就是玩具也不例外。再加上光伏發(fā)電的普與與規(guī)模擴張，其的產(chǎn)品已經(jīng)得到了多個領(lǐng)域的使用，主要產(chǎn)品存在三種類型，分別是：一是為無電場合提供電源；二為太陽能日常使用產(chǎn)品，像是太陽能路燈以與充電器等等；三為并網(wǎng)發(fā)電，在世界上的發(fā)達國家之中，已經(jīng)得到了較大的推廣與使用。和我國相比，國外的太陽能光伏電子技術(shù)發(fā)展的更好，且更為完善，應(yīng)用范用與領(lǐng)域也有了極大的擴張。就德國來說，其實行的口萬屋頂計劃不僅解決了許多普通家庭的供電問題，還為一些家庭創(chuàng)建了個人的小型發(fā)電站，能夠不斷的向公共電網(wǎng)進行供電。而在日本，隨著家用光伏發(fā)電的普與與推廣，出于對保護環(huán)境的考量,該國家正在大力普與太陽能光伏體系，并已經(jīng)在多個地區(qū)實現(xiàn)與使用。我國雖然與德國以與日本等發(fā)達國家相比有所差距，但是就太陽能光伏發(fā)電技術(shù)來說，也是得到了飛速進步與發(fā)展得，就我國河北省保定市來說，就普遍使用了太陽能路燈，無論是街道，還是十字路口，都安裝了該系統(tǒng)，除此之外，在一些家庭也都使用到了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，可以說，這種環(huán)保的發(fā)電方式已經(jīng)逐漸深入到了人們的日常生活與工作之中。在我國的一些偏遠地區(qū)與農(nóng)村，因為電力的建設(shè)落后以與需求，也為太陽能光伏發(fā)電帶來了較大潛力與發(fā)展空間。上文中我們有提到過，光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝與維修都十分簡單與方便，無論是屋頂還是墻壁外面都可進行，所以也就在一定程度上解決了一些沒有發(fā)電站地區(qū)的供電問題。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實際應(yīng)用情況如下：圖2.1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用實例2.1.4家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)的原理家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)指的就是一種太陽能光照能源的轉(zhuǎn)換，由光能轉(zhuǎn)化為家用電能，以此為家用電器隨時供電，在該系統(tǒng)之中，涉與到了多項輔助設(shè)備,例如電池組件、管理器以與蓄電池等等。若是口天的光照充足，那么太陽能電池組件就會自動吸收光能，并形成電動勢，然后使用太陽能電池方陣來傳送電壓，利用管理器對蓄電池進行電能傳輸與儲存。等到了夜晚，光照不充足的條件之下,家用電器就能夠通過蓄電池之中所供應(yīng)的電能來進行運作，該流程的控制者就是管理器。另外還需要注意的就是，在光伏發(fā)電站系統(tǒng)之中，還應(yīng)當(dāng)進行防雷裝置以與限荷保護設(shè)備的安裝，這樣才可以令整套設(shè)備避免雷劈現(xiàn)象，以與運行負載情況，最終保障系統(tǒng)的正常運作?？偟膩碚f，在家用太陽能系統(tǒng)之中需要存在著諸多的設(shè)備，例如電池組件、管理器以與蓄電池組等等輔助。詳細發(fā)電系統(tǒng)示意圖如下：

圖2.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖2.2太陽能電池板系統(tǒng)2.2.1太陽能電池板的發(fā)電原理太陽能電池發(fā)電原理是建立于半導(dǎo)體的光電效應(yīng)基礎(chǔ)之上的，換而言之也就是在半導(dǎo)體材料得到光照之時，所產(chǎn)生的載流子數(shù)量，這些載流子能夠提升導(dǎo)電能力，最終形成光電效應(yīng)。血股密Y汽T-I--?*+÷GB'P?圖2.3太陽能電池板發(fā)電原理就結(jié)構(gòu)而言，太陽能電池就是一個規(guī)模十分之大的P-N結(jié)，且為平臺。一旦P型與N型半導(dǎo)體進行了結(jié)合，那么就會在界面之中構(gòu)成一種十分獨特的層面，其中P帶正電，N相反，帶負電。一旦陽光照射于電池之上，然后被界面層所獲取之后，整個界面之中就會出現(xiàn)較多的光子，并從共價鍵中激發(fā)，以致產(chǎn)生電子—空穴對。電子會從正電區(qū)開始移動，并在界面層上產(chǎn)生電荷的分離，最終形成可測試電壓。2.2.2太陽能電池板的分類對于太陽能電池板來說，是存在許多種類型的，這些類型各不相同，且特性也都存在著差異。一般被用的較多的電池類型為：（1）單晶硅太陽能電池。就當(dāng)前來說，這種電池的光能轉(zhuǎn)換效率可以說是電池種類之中較高的一個類型，最高的時候能夠達到五分之一左右，平常則約為六分之一，然而相對的，這種電池的制作成本較高，因此無法被廣泛的應(yīng)用與普與。因為單晶硅通常的封裝都是以鋼化玻璃，或者是防水樹脂來進行的，所以質(zhì)量上十分的堅固，并且能夠使用很長的時間，約為十五年左右，最多的時候，能夠達到二十五年；（2）多晶硅太陽能電池。這種電池相對于單晶硅太陽電池來說，在制作工藝以與流程之上較為相似,兩者的區(qū)別就在電能的轉(zhuǎn)換效率之上，前者效率要比后者小上許多，通常約為白分之十二。而成本方面，則是多晶硅太陽電池更為便宜，無論是材料還是節(jié)約能源上來說，成本花費都較低，所以也就得到了較多的普與與使用。另外，這種太陽能電池的壽命則是沒有單晶硅太陽能電池壽命長，就性能而言，自然是單晶硅太陽能電池好一些。（3）非晶硅太陽能電池。非晶硅太陽電池出現(xiàn)時間為二十世紀七十年代中期，是一種新型的太陽電池，整體較薄，在制作工藝上，和單晶硅與多晶硅都存在著較大差異，整個制作流程也更為簡單，材料與能耗成本都不高,其最大的優(yōu)勢就在于，即使光照并不充足，也能夠正常供電。然而這種電池也并非完美，依舊存在著一定的不足，特別是在光電能源的轉(zhuǎn)換效率方面，最高也僅僅只有白分之十，并且相當(dāng)不穩(wěn)定，壽命也較短；（4）多元化合物太陽電池。這種太陽能電池的構(gòu)成涉與了多種元素的半導(dǎo)體材料，且十分復(fù)雜。就Ll前來說，世界上的太陽能電池研究品種與產(chǎn)品數(shù)□龐大，有不少種類都還沒有正式投入生產(chǎn)，例如：a硫化鎘太陽能電池；b銅鋼硒太陽能電池；C神化鐐太陽能電池等等。2.3蓄電池儲能系統(tǒng)2.3.1蓄電池的充放電原理對于鉛酸蓄電池來說，最為重要的組成部分就是正極板、負極板、電池外殼以與電解液等一些輔助材料。在對蓄電池進行外部電路連接以與供電之時，稀硫酸就會和一些活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，并且組成成為新的物質(zhì)，也就是化合物硫酸鉛。在進行過電硫酸成分的釋放之時，時間持續(xù)的越長，則最終的濃度就會越低，兩者呈反比，而對于消耗成分以與放電量來說，則是呈正比，前者低，則后者低。在對蓄電池供電之時，陰極板上就會產(chǎn)生一種新的物質(zhì)，叫做硫酸鉛，這種鉛會得到分解，然后還原成為最初的過氧化鉛，所以在此時，整個電池之中的電解液濃度是不斷提高的，并且會慢慢的恢復(fù)到最初狀態(tài),這一變化流程就表明了，在蓄電池之中存在的硫酸鉛以與多種活性物質(zhì)，都是能夠得到還原的，一旦全部恢復(fù)，則表明充電已滿，并且結(jié)束。就蓄電池充電的化學(xué)反應(yīng)來說，詳細情況如下：PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4（放電反應(yīng)）

PbSO4+2H2O+PbSO4→Pbo2+2H2SO4+Pb（充電反應(yīng)）2.3.2蓄電池的充放電特性在蓄電池之中，充電特性主要存在三種，其一為充電電流特性；其二為充電電壓特性；其三則是充電容量特性。（1）充電電流特性：該特定發(fā)生的時間一般是充電最初時期，這個時候電流是恒定值，會隨著充電時間的延長而不斷降低，等到充滿電，恒定值就會等于零，或者接近于零。因為就整個放點流程來說，電池之中的電荷會出現(xiàn)不斷的流失與降低，所以，在成為充電狀態(tài)之時，電荷的反應(yīng)也就剛好相反，會不斷的提高，而電流則是降低狀態(tài)，與電荷反應(yīng)呈反比。（2）充電電壓特性：該特定發(fā)生階段是電池恒流充電時期，這個時候電池的電壓是呈現(xiàn)出一個穩(wěn)步提高的，而當(dāng)整個充電環(huán)節(jié)結(jié)束之后，則電壓就會不再變動，維持在一個固定狀態(tài)。在恒壓充電之后，出于對蓄電的維持，電池就會自動轉(zhuǎn)為浮充電狀態(tài)。（3）充電容量特性：該特征通常會出現(xiàn)在恒流充電時期，這個時候電池的容量兒乎就是一條不斷增長的直線，在整個充電流程之中，增長速度會不斷的降低。其主要目的就是保障電池電壓的還原。在蓄電池之中在，整個放電過程之中的特征大致存在兩種類型，分別為：（1）不管電流放電的大小，在最初開始時期，整個電壓會突然降低，在這之后呈現(xiàn)不斷還原之勢。這種情況的出現(xiàn)主要就是因為電池的狀態(tài)有了轉(zhuǎn)變，從充電開始變成了放電，其周圍的電荷被快速放出，所以也就有了如此的變動；（2）同樣是忽略放電電流大小差異，電池端電壓首先會呈現(xiàn)出一個飛速下降的情況，形成一個個拐點，對這些點進行連接的話，所形成的曲線就是終止電壓曲線，代表的就是工作結(jié)束，電池出現(xiàn)永久性時效，換而言之就是電池不可能再次恢復(fù)到最初狀態(tài)。圖2.4電池的充電、放電特性曲線4關(guān)于控制器2.4.1控制器的原理這里所說的控制器通常存在兩種類型，笫一種為方陣投撤型，第二種則是DC-DC變換型。投撤型的原理是：控制器在進行檢測之時，發(fā)電電池電壓數(shù)值達到了設(shè)定值之后，就會自行撤出方陣。DC-DC變換型：對參數(shù)進行固化，放置于控制器之中，并且對整個方針輸出的電壓進行轉(zhuǎn)換，以此來繼續(xù)充電。太陽能電池組件在得到了光照之后，就會自行產(chǎn)生電流，一旦這些電流不經(jīng)過中介而直接進入蓄電池之中，那么必定就會對蓄電池產(chǎn)生損害與不好的影響，令整個系統(tǒng)的壽命出現(xiàn)縮減。因此，在進行電流傳輸之時，應(yīng)當(dāng)先將電流輸送進入控制器，然后在其內(nèi)部進行各種調(diào)節(jié)與數(shù)據(jù)操作，使用特殊的管理技術(shù)，也就是“自適應(yīng)三階段充電模式”，以此來保障整個電池的安全與壽命。就負載供電而言，整個流程進行之時，也是一樣應(yīng)當(dāng)讓電流先進入控制器之中，在一系列的調(diào)解與轉(zhuǎn)變之后，再傳送至負載。下圖是控制器的原理圖：

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-M8::<*>-ID-_I.CnCJNDSl'?|—I—J◎Sβ"05H-,-CnS圖2.6控制器原理圖2.4.2控制器的作用家用太陽能控制器，顧名思義，就是適用于家庭的一種管理器，存在于家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng)之中，主要作用就是對太陽能電池方陣進行管理，在蓄電池進行充電體積負載充電之時，充當(dāng)媒介與轉(zhuǎn)換工具。就整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)而言,存在多種輔助工具都是直接與控制器存在聯(lián)系與關(guān)系的，例如負載、蓄電池以與逆變器等等，特別是到了晚上之后，家庭需要用電就必須通過控制器來進行與調(diào)整。在整個系統(tǒng)之中，控制器有了十分重要的功能，詳細為：（1）能夠使用多種充電模式。一般來說，蓄電池之所以會出現(xiàn)性能的劣態(tài)化，主要原因存在兩個方面，其一為充電之時，電壓的過高而帶來的內(nèi)部失水導(dǎo)致；其二則是因為電壓太低，而產(chǎn)生的充電缺失，最終形成極板硫酸鹽化。因此對于蓄電池的充電來說，是必須進行多方面保障的，以此來避免故障發(fā)生；（2）充電保護。電池在充電流程之中，一旦電壓過多，超出終值充電電壓，則會產(chǎn)生氫氣以與氧氣，形成失水情況。除了電池電壓不能過高之外，電池也并會被充滿，所以電流是不能夠被中途斬斷的。在這個時候，控制器內(nèi)部的調(diào)節(jié)也就能夠發(fā)揮出一定的作用，嚴格控制電壓傳送，避免蓄電池容量出現(xiàn)老化現(xiàn)象；（3）放電保護。電池除了要充電保護之外，也必須存在放電保護，不然的話，必定還是會出現(xiàn)容量老化現(xiàn)象，一旦電壓達到了最低的電壓值，這個時候控制器就會自動切斷負載，以此來保障電池的電量；（4）析氣調(diào)節(jié)。蓄電池一旦在較長時期之中都沒有產(chǎn)生現(xiàn)析氣反應(yīng)，則整個內(nèi)部就會自行出現(xiàn)酸液分層，如此，電池的整個容量就會收到影響。因此，我們需要使用數(shù)字電路來定期的對充電進行保護，令之按時產(chǎn)生析氣反應(yīng)，以此保障電池使用壽命；（5）超壓保護。出于對意外的考量而進行的一種保護措施，可以避免蓄電池的損壞；（6）過流保護。對蓄電池進行保險絲安裝，以此保護電流。2.5逆變器2.5.1逆變器的工作原理逆變器的主要作用就是對電流進行轉(zhuǎn)變，曲最初的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。整個裝置與流程的重點也就在于逆變開關(guān)電路，也叫做是逆變電路。逆變電路的工作是需要使用電力電子開關(guān)來完成的，只有電子開關(guān)進行了導(dǎo)通和關(guān)斷，才能夠完善整個流程。就后者的通斷來說，是離不開驅(qū)動脈沖的，只有有了這些脈沖,才能夠較好的對電壓信號進行調(diào)整與轉(zhuǎn)變，而產(chǎn)生以與調(diào)節(jié)脈沖的電路也有著另外的名稱，也就是控制回路。就逆變器來說，其的組成來自于多種開關(guān)元件，像是晶體管等等，工作起來存在一定的規(guī)律，會不同的進行開關(guān)元件的開關(guān)任務(wù)，以此來控制直流的轉(zhuǎn)變，從輸入轉(zhuǎn)變成為輸出。通常來說，在這個工作流程之中,還必須涉與到高頻脈寬的調(diào)制，以此來變動正弦波附近的電壓，使其寬度出現(xiàn)變動，山寬轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，最終在固定周期之中不斷的重復(fù)動作與方向，構(gòu)成整體的脈沖波列，最終形成正弦波。圖2.7逆變器原理圖2.5.2逆變器的分類與特點就逆變器的種類劃分來說，是存在較多原則以與標(biāo)準的，舉個例子來說，可以依據(jù)逆變器自身的輸出電流相數(shù)來劃分，通常存在兩類，分別為：第一，單向逆變器，第二，三相逆變器；而若是依據(jù)逆變器自身的半導(dǎo)體器件種類劃分的話,則為兩類：第一類為晶體管逆變器，第二類則為晶閘管逆變器?？偟膩碚f，不同的原則與依據(jù)，所劃分出的類型也都存在著一定的差異，所以，出于方便的考量,本文就依據(jù)逆變器輸出交流電壓波形來做出種類的劃分。(a)方波逆變器。這種逆變器之所以會被稱之為是方波，其主要原因就在于，最終輸出的交流電壓形態(tài),呈現(xiàn)出的就是方波形態(tài)。方波逆變器總的來說，使用線路是十分簡單且便利的，功率開關(guān)管數(shù)也并不多。然而由于其自身電壓之中的特征，存在較多的高次諧波,會在整個負載電氣之中產(chǎn)生一定損耗，再加上方波逆變器的調(diào)壓范圍限制，因此往往會出現(xiàn)噪音較大的情況。(b)階梯波逆變器。階梯波逆變器自然與方波一樣,之所以會被稱之為這樣的名字，表明其輸出的交流電壓形態(tài)，呈現(xiàn)的就是階梯波。較之方波來說，階梯波的優(yōu)勢更為明顯，且在各個方面都有著些許調(diào)整與改善，因為其自身高次諧波含量不多，因此在階梯數(shù)Ll達到一定數(shù)值之后，就能夠形成準正弦波。這種逆變器的不足之處就在于，整個線路使用的功率開關(guān)管數(shù)量較多，并且要求也更高。(C)正弦波逆變器。該逆變器最終輸出的交流電壓形態(tài)也就是正弦波，相對其余兩種逆變器來說，這種逆變器的優(yōu)勢較多，綜合技術(shù)性能高，且功能完備。然而其的不足之處也就是線路的復(fù)雜性，在進行維修之時，無論是要求，還是成本都較高。逆變器輸出的波形圖詳細情況如下：圖2.8逆變器輸出波形圖家用發(fā)電系統(tǒng)功率匹配設(shè)計3.1各項技術(shù)參數(shù)就整個實驗來說，在進行之前就必須對所有的環(huán)境條件和狀態(tài)做出了解與調(diào)查，并且掌握各種設(shè)備和技術(shù)的參數(shù)與信息，如此才能夠最終獲得較為理想的結(jié)果。在經(jīng)過各種資料與文獻查閱之后，本文得到了實驗所需要的信息，詳細如下:青島市每天平均日照時間為：春季和秋季為十小時；夏季為十四個小時；冬季為八個小時。太陽輻射：一年輻射總量達到120千卡/平方厘米；六月份的每日平均輻射量為14千卡/平方厘米；年平均日照時數(shù)為2550.7小時；日照百分率達58%。地理位置：青島市地處為東經(jīng)120度30分至121度00分和北緯34度35分至37度09分之間。山于南北坡度之間存在的差異，因此太陽的輻射量也就不一樣，所以必須要針對性的進行系數(shù)與數(shù)據(jù)運算。太陽能電池板技術(shù)參數(shù)：額定功率15W；短路電流0.95A；開路電壓21.5V；最佳工作電壓17.5Vo鉛酸蓄電池的技術(shù)參數(shù)：電壓是直流12V；蓄電池容量為12Aho控制器的技術(shù)參數(shù)：連接蓄電池的電壓為直流12V；連接市電的電壓為交流220V；額定功率為120W；最大工作電壓為17V。逆變器的技術(shù)參數(shù)：輸入為直流12V電壓；輸出為交流220V電壓。因為本文的系統(tǒng)設(shè)計主要針對對象為家庭使用，因此在功率的匹配與制定上也都是和家用電燈功率對應(yīng)的，我們假定每天電燈的運作時間為六十分鐘，青島市的陰雨天數(shù)最長是兩天，則在此條件之下，令蓄電池的功率與負載以與太陽能電池板等等相互匹配與協(xié)作。3.2鉛酸蓄電池容量的計算蓄電池容量BC=A×QL×NL×TO∕CC=1.2×40∕12×l×2×l∕0.75=10.67≈HAlιA代表的是安全系數(shù)，通常為1.1-1.4之間，本本設(shè)計取值是1.2；QL代表負載日平均耗電情況，指的就是丄作電流乘以日工作小時數(shù)得出的數(shù)值，額定電壓通常是直流12V,每天的運作時間1；NL代表最長連續(xù)陰雨天數(shù)，在本設(shè)計之中，假設(shè)為2S;TO代表溫度修正系數(shù)，一般取1；CC代表蓄電池放電深度，通常鉛酸電池數(shù)值皆為太陽能電池方陣功率的計算電池組件串聯(lián)數(shù)NS=(Uf+Ud+UC)/Uoc=(13.5+0.7+3.3)/17.5=1Uf為蓄電池浮充電壓，12V的鉛酸蓄電池取13.5V：UD為二極管壓降，取0.7V：UOC代表太陽能電池組件最理想的運作電圧狀態(tài)，本文設(shè)計所選擇使用的太陽能電池組件，最理想運作電壓值是17.5V；UC為其他因素引起的壓降。在固定的光照條件之下，每天平均輻射時數(shù)為H=Ht×2.778∕10000h,也就是≈39hHt代表安裝地點的太陽能日輻射數(shù)值；2.778∕10000(h?mr7kj)代表對日輻射量進行轉(zhuǎn)化，而形成的新系數(shù)，也就是每日輻射時數(shù)情況，通常光強是IooOW∕m'°電池組件日發(fā)電量QP=IOCXHXKoPXC2=0.86×39×1.06×0.8Ah=2&5AhIOC代表的是太陽能電池組件的最理想運作狀態(tài)電流值，在本文設(shè)計之中所選擇的最理想運作電流數(shù)值是0.86A：KOP代表的是依據(jù)經(jīng)緯度所判定的斜面修正系數(shù)數(shù)值，本設(shè)計選取的數(shù)值為1.063；C2為修正系數(shù)。需補充的蓄電池容量Bcb=AxQLxNL=1.2×40/12×2=6.7Ah電池組件的并聯(lián)數(shù)NP=(BCb+Nw×QL)/(Qp×Nw)=(8+0.159×6.7)/(2&5x0.15)=2太陽能電池方陣功率P=Po×Ns×Np=15×1×2=30W實驗過程的說明實驗進行之初，在沒有光照的地方，檢測了各組數(shù)據(jù)信息，分別是：蓄電池兩端的電壓為11.IV；電池板兩端的電壓為1.8V；控制器的12V電池端的電壓為0.18V；控制器和電池板連接端的電壓數(shù)值為0.17V：控制器的220V市電轉(zhuǎn)換端的電壓等于零；控制器在12V光源輸出端條件下，電壓等于0.02Vo在實驗的相關(guān)設(shè)備全部安裝完成之后，檢測了各組數(shù)據(jù)信息，分別是：蓄電池兩端的電壓為11.3V；電池板兩端的電壓為12V；控制器的12V電池端的電壓為11.33V;控制器和電池板連接端的電壓數(shù)值為12V；控制器的220V市電轉(zhuǎn)換端的電壓等于零，沒有變化；控制器在12V光源輸出端條件下，電壓有了轉(zhuǎn)變，是11.45Vo在實驗進行了六十分鐘的日照之后，檢測了各種數(shù)據(jù)信息，分別是：蓄電池兩端的電壓為11.85V；電池板兩端的電壓為12.5V；控制器的12V電池端的電壓為12V；控制器和電池板連接端的電壓數(shù)值為12.7V；控制器的220V市電轉(zhuǎn)換端的電壓等于零，沒有變化；控制器在12V光源輸出端條件下，電壓有了轉(zhuǎn)變，是12V,有所增加。在實驗進行了兩個小時的日照之后，檢測了各種數(shù)據(jù)信息，分別是：蓄電池兩端的電壓為12.IV；電池板兩端的電壓為12.8V；控制器的12V電池端的電壓為12.03V；控制器和電池板連接端的電壓數(shù)值為12.6V：控制器的220