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太阳能发电站的科普知识
太阳能发电原理
　　太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件、控制器、蓄电池、逆变器、负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。
　　如图所示：
太阳能
电池组件

蓄电池

控制器

逆变器

直流负载

交流负载

　1． 太阳能电池组件
　　太阳能电池组件是发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能直接转换为直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。一般根据用户需要，将若干太阳能电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵（阵列），再配上适当的支架及接线盒组成太阳能电池组件。
　　电池板的种类及特点

类型
　　项目
单晶硅
多晶硅
非晶硅
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
棕
主要优点
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，多数用于计算器，电子表等
主要缺点
成本高
转换效率较低
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。

　2． 充电控制器
　　在太阳能发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。高级的控制器可以同时记录并显示系统各种重要数据，如充电电流、电压等。控制器主要功能如下：
　　1） 过充保护 避免蓄电池因充电电压过高而造成损坏。
　　2） 过放保护 避免蓄电池因放电到过低的电压而损坏。
　　3） 防反接功能 避免蓄电池及太阳能电池板因正负极接反而不能使用甚至酿成事故。
　　4） 防雷击功能 避免因雷击而损坏整个系统。
　　5） 温度补偿 主要针对温差大的地方，保证蓄电池处于最佳的充电效果。
　　6） 定时功能 控制负载的工作时间，避免能源浪费。
　　7） 过流保护 当负载过大或短路时，自动切断负载，保证系统的安全运。
　　8） 过热保护 当系统工作温度过高时，自动停止给负载供电，故障排除后，自动恢复正常工作。
　　9） 自动识别电压 对于不同的系统工作电压，自动识别，无须另外设置。
　　3．蓄电池
　　蓄电池作用是将太阳能电池方阵发出直流电贮存起来, 供负载使用。在光伏发电系统中, 蓄电池处于浮充放电状态。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电,同时方阵还给负载用电,晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此, 要求蓄电池的自放电要小, 而且充电效率要高, 同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。
　　蓄电池的种类及特点

类别
　　项目
锂电池
镍镉电池
镍氢电池
免维护铅酸电池

胶体
普通酸液

充放电特性
无记忆效应,使用时间长,重复充电可达1200次以上。2小时的急速充电
可以重复500次以上充放电,但是记忆效应明显,使用一定时间后,需完全放电后,才可充电。
没有明显的记忆效应,随充随用，可以重复500次以上充电。1.2小时的急速充电。
耐深放电,亏电状态下恢复能为极好,不会因若干次亏电而失去容量.寿命长,可达10年.
若干次亏电而失去容量,易使电池报废.使用寿命一般为2~3年.

容量
同等容量的锂电池重量比镍电池要轻50%,单体电压为3.6V
单体电压为1.2V.容量在
　　200mAh~
　　14000mAh
单体电压为1.2V,容量是同体积的镍镉电池的1.5~2倍
单体电压有2V,6V,12V,容量5.5Ah~180Ah,2V可达3000AH
单体电压有2V,6V,12V,容量5AH~200Ah,2V可达3000Ah

适用范围
移动通信、报警系统、仪器仪表、日用品等。
太阳能系统、UPS、通信设备（2V）电动车、发电、数据工程等

4． 逆变器
　　绝大多数用电器，如日光灯、电视机、电冰箱、电风扇和绝大多数动力机械等都是以交流电工作，要想这类用电器能正常工作，太阳能发电系统需要将直流电变换成交流电，具有这种功能的电力电子设备称作逆变器。逆变器还具有自动稳压功能，可改善光伏发电系统的供电质量。
　　逆变器种类及特点

种类
　　特点
方波逆变器
修正波逆变器
正弦波逆变器
交流电压波形
方波
阶梯波
正弦波
优点
线路简单，价格便宜，维修方便。
比方波有明显改善、高次谐波含量减少，当阶梯达到17个以上时输出波形可实现准正弦波，当采用无变压器输出时，整机效率很高。
输出波形好、失真度很低，对收音机及通信设备干扰小、噪声低，此外还有保护功能齐全，整机性能高等优点
缺点
高次谐波多，损耗大，噪声大，对收音机及通信设备干扰大。
线路比较复杂，对收音机和某些通信设备仍有一些高频干扰。
线路相对复杂、对维修技术要求高、价格较昂贵。

太阳能光电产品计算方法
　　下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法：
　　1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗：
　　若逆变器的转换效率为90％，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90％=111W； 若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。
　　2.计算太阳能电池板：
　　按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70％是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。
　　3.充电控制器的选择：
　　130W的太阳能电池板它的最大输出电流是7.7A。因此应该选取充电电流至少为8A的充电控制器。
　　4.蓄电池的选择：
　　若采用12V的蓄电池，其放电深度为50%，则应使用555Wh/12V/50%=90Ah的蓄电池；若选择24V的蓄电池，则蓄电池的容量应为555Wh/24V/50%=45Ah。
太阳能电池的估算与检测
　　太阳能电池的额定输出功率与转换效率有关，一般来讲，单位面积的电池组件，转换效率越高，其输出功率越大。太阳能电池目前的转换效率一般在14~17%之间，每平方厘米的电池片，其输出功率在14~16mW,每平方米的太阳能电池组件输出功率约120WP.
　　太阳能电池组件的测试，需用专门的检测设备，在标准的条件下检测。由于检测设备非常昂贵，一般的检测方法是：利用碘钨灯或白炽灯，模拟太阳光，比较样品作对比测试，主要检测其开路电压与短路电流，检测的时候注意控制温度，不能超过25℃。
基本计算公式
　　功率=电压X电流 （W=UI） 用电量=功率X时间（Q=Wh）
太阳能光伏发电需注意问题
　　太阳能光伏发电需要综合考虑各种因素，只有掌握了准确的资料后，才能确定电池板的安装方式、最低功率、规格（太阳能电池板每天的有效发电量必须太于负载的用电量）及蓄电池的容量、性能及控制方式。使产品达到最佳性价比。如果对相关因素的估算失误，就会直接影响到独立光伏发电系统性能和造价。
　　（1）现场的地理位置.。
　　包括：地点、纬度、经度、海拔等。
　　（2）安装地点的气象条件。
　　包括：逐月太阳能总辐射量，直接辐射量（或日照百分比），年平均气温，最长连续阴雨天数，最大风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。
　　（3）最大负载量。
　　包括：负载每天工作时间及平均耗电量，连续阴雨天需工作的时间。
　　（4）负载用电特性
　　由于太阳能电池阵列输出的电流是直流，如果负载是交流的话，需要经过逆变器的转换，才能正常工作，这样太阳能最终供给负载的能量损耗就增大，从而所需太阳能电池就会增大，导致太阳能供电系统造价增大。
　　（5）交流负载对电源的要求
　　交流负载除了需要更大的太阳能电池板外，对逆变器的要求也会因负载的不同而不同。一般来讲纯电阻性质的负载例如电热丝，对逆变器要求不高，可用普通的修正波逆变器。而电视、电动机对电源要求相对要高，需要的逆变器功率及输出特性都要高，需用大功率的正弦波的逆变器，才能保证负载能正常工作，不受干扰。负载要求不同，造价也不同。

　　（6）使用限制
　　由于部分国家和地区，对蓄电池有特定的环保要求，特别是镍镉电池在欧美国家受到严格限制，还有铅酸电池在运输方面也会受到限制，这些因素都将导致太阳能光电产品的造价增大。
太阳能光电产品的一般要求
　　（1）防水、防雹、防风。
　　一般太阳能电池板采用钢化玻璃封装，外框用铝合金封装，能有效抵御冰雹袭击，安装用金属支架固定，能抵御10级以上大风。
　　（2）防晒、防冻。
　　一般都有通风、散热窗子，以利于蓄电池散热。对于冬季特别寒冷地区，蓄电池采用防凝固的胶体电池。
　　（3）控制保护
　　为了最大限度延长电池板及蓄电池的使用寿命，一般都有防反充、过充、过放保护电路控制，避免损坏电池板及蓄电池过早的老化。
　　（4）零件选择
　　由于太阳能光电产品使用环境不同，温度相差较大，因此要求零件的工作温度范围要宽。
　　（5）维护
　　太阳电池发电系统没有活动部件，不容易损坏，其维护也非常简便。不过也需做定期维护，否则可能影响正常使用，甚至缩短使用寿命。
　　一般来说，太阳电池板方阵倾角应超过30度，所有灰尘可由雨水冲刷而自行清洁，在风沙较大地区，应当经常清除灰尘，保持方阵表面的干净，以免影响发电量。清洁时可拭去灰尘，有条件时可用清水清洗，再用干净抹布擦干。切勿用腐蚀性溶剂或硬物冲洗擦拭。定期检查所有安装部件的紧固程度。遇到冰雹、狂风、暴雨等异常天气，应及时采用保护措施。经常检查蓄电池的充放电情况，随时观察电极或接线是否有腐蚀或接触不良之处。
　　在一些简单的系统中应根据蓄能情况，控制用电量，防止蓄电池因过放电而损坏。发现有异常情况应当立即检查、维修。
太阳能光电产品应用需明确的问题
　　1．太阳能电池峰值功率
　　普遍存在的一个问题就是：认为只要有阳光就可以输出额定功率， 100WP的峰值功率，如果在普通光照条件下，照射10小时，就可发电1000WH，也就是1度电，其实太阳能峰值功率WP是在标准条件下：辐射强度1000W/m，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。（这个条件大约和我们平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多）按广东地区的光照条件，折算成标准光照时间大约为3.3~3.5小时。在阴雨天，太阳电池也可以产生一定的能量，它的功率大约在额定功率的5-15%
　　2．太阳能发电损耗
　　通常误认为：太阳能电池组件每天输出的电量会被负载全部利用。实际上，太阳能电池组件安装存在相当大的损耗，大约在15~20%，充电、放电过程中，损耗在20%左右，如果有逆变器，损耗在10%以上，总的来说，太阳能发电利用率大约在50%左右。总之，所有能量转换过程中，都必须遵循能量守恒的定律，绝对不会无中生有，也不会百分百利用。
　　3．如何降低太阳能发电损耗
　　一般来讲，为了尽可能降低损耗，常采取如下措施：
　　⑴太阳能电池组件倾斜，与光线成垂直角度，一般广东地区倾斜35~40度。
　　⑵太阳能电池所有组件开路电压、短路电流、工作电压、工作电流等参
　　数尽量一致，连接电缆尽可能粗些、短些。
　　⑶蓄电池如果采用串联，所有的单元内阻尽量一致，尽可能小。
　　⑷为了减少线路间的损耗，条件允许的话，尽可能采用高电压、低电流的方案，这样使线路承受的电流尽可能小，从而降低损耗。在设计控制电路时，尽可能采用集成化高的、稳定性好的元器件。
太阳能灯具与普能灯具效益对比
　　随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓是无处不在。太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全、环保新能源越来越受到重视。这样，太阳能照明产品随着太阳能热水器普及之后应然而生，在这里我们就太阳能灯具和使用市电灯具的效果作实用对比。
　　*对比一
　　市电照明灯具安装复杂：在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。
　　太阳能照明灯安装简便：太阳能灯具安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。
　　*对比二
　　市电照明灯具电费高昂：市电照明灯具工作中有固定高昂的电费，要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。
　　太阳能照明灯具免电费：太阳能照明灯具是一次性投入，长期受益，维护成本低。
　　*对比三
　　市电照明灯具有安全隐患：市电照明灯具由于在施工质量、景观工
　　程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。
　　太阳能照明没有安全隐患：太阳能灯具是超低压产品，运行安全可靠太阳能照明的其它优势：绿色环保，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点；可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。综上对比所述，太阳能照明安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护。