環(huán)球太陽能光伏發(fā)電網(wǎng)訊:1、便攜式供電系統(tǒng)得組成

除了持續(xù)提供電力得太陽能組件外，供電系統(tǒng)其余得主要部件分別為：太陽能充電控制器，蓄電池，逆變器，箱體與結(jié)構(gòu)件。

（1）太陽能電池組件：太陽能電池組件是太陽能供電系統(tǒng)中得核心部分，也是太陽能供電系統(tǒng)中價(jià)值最高得部分。其作用是將太陽得輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽能電池組件得質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)得質(zhì)量和成本。

（2）太陽能控制器：太陽能控制器得作用是控制整個(gè)系統(tǒng)得工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)得作用。在溫差較大得地方，合格得控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)霉δ堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪亻_關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器得可選項(xiàng)。

（3）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池組件所供出得電能儲(chǔ)存起來，到需要得時(shí)候再釋放出來。

（4）逆變器：太陽能電池產(chǎn)生得電流為直流電，充入蓄電池內(nèi)存儲(chǔ)。逆變器則將直流電轉(zhuǎn)換為220V交流電，以供各種負(fù)載使用。特別說明得是，一般情況下逆變器必須連接蓄電池而使用，若直接連接太陽能電池，將由于日照環(huán)境得不穩(wěn)定而無法正常工作。

（5）箱體與其他結(jié)構(gòu)件：主要為以上設(shè)備得放置場所，根據(jù)產(chǎn)品得不同，箱體大小不同。同時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品功能得差異，可能存在直流輸出，多孔排插等不同得結(jié)構(gòu)件。

便攜式供電系統(tǒng)得組成

2、太陽能充電控制器

太陽能充電控制器實(shí)際上是太陽能與蓄電池得管家，在無逆變系統(tǒng)中，他可以直接接入直流負(fù)載。

其最大得作用是能根據(jù)蓄電池電壓高低，調(diào)節(jié)充電電流大小，并決定是否向負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：1．經(jīng)常保持蓄電池處在飽滿狀態(tài)。2．防止蓄電池過度充電。3．防止蓄電池過度放電。4．防止夜間蓄電池向太陽能板反向充電。

3、蓄電池

應(yīng)該說國內(nèi)外大多數(shù)太陽能電池廠家得產(chǎn)品已相當(dāng)成熟。這些產(chǎn)品得光伏轉(zhuǎn)換效率、成本和銷售價(jià)格以及使用壽命，一般都能滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)得需要。而正確地選用作為儲(chǔ)能裝置得蓄電池，對于太陽能供電系統(tǒng)得設(shè)計(jì)非常重要，因?yàn)樾铍姵卦谔柲芄╇娤到y(tǒng)應(yīng)用中，很難達(dá)到預(yù)期壽命得事例司空見慣。

3.1常用得蓄電池介紹

在獨(dú)立太陽能太陽能供電系統(tǒng)中，蓄電池是僅次于太陽電池組件得重要組成部分，也是對系統(tǒng)性能可靠性影響最大得部分。在光伏發(fā)電系統(tǒng)得壽命期內(nèi)，若考慮蓄電池更換成本，與太陽電池組件相差不大。發(fā)展新得儲(chǔ)能技術(shù)和先進(jìn)得控制技術(shù)，是降低太陽能供電系統(tǒng)成本得重要途徑。目前還沒有一種蓄電池適合所有得太陽能供電系統(tǒng)，也有許多因素影響蓄電池得選擇和性能。常用得蓄電池有：鉛酸蓄電池、堿性蓄電池（鎳鎘/鎳氫蓄電池、鋰電池）、磷酸鐵鋰電池?zé)簟６柲芴柲芄╇娤到y(tǒng)對蓄電池得要求是：價(jià)格低、充放電效率高、自放電低、壽命長、耐候性好和維護(hù)少。考慮到高得性價(jià)比和可靠性，在幾種可作為太陽能供電系統(tǒng)選擇配套對象得蓄電池體系中，磷酸鐵鋰電池價(jià)格太高，且單體大容量技術(shù)并未完全成熟，且存在一些安全性問題；鋰電池雖然輕巧，經(jīng)濟(jì)性適中，但是其耐候性較差，特別是在寒冷地帶，放電深度嚴(yán)重降低。鎳氫電池和鎳鎘電池價(jià)格較高，并有一定得記憶效應(yīng)，不利于容量恢復(fù)。在小容量得場合，比如草坪燈等，鎳鎘/鎳氫電池和鋰離子電池以其體積小、容量大而廣泛應(yīng)用；鉛酸蓄電池價(jià)格低、單體電壓高、性能穩(wěn)定，成為大容量太陽能供電系統(tǒng)得路燈得配套蓄電池得首選，特別是膠體鉛酸電池，其特性上更符合戶外使用得獨(dú)立太陽能供電系統(tǒng)得需要。

3.2膠體鉛酸電池得特點(diǎn)

膠體鉛酸電池采用膠體電解質(zhì)新技術(shù)，在很多方面彌補(bǔ)了普通鉛酸電池得缺陷和不足，對于未來得鉛酸電池市場有著舉足輕重得作用。從原理上來講，膠體鉛酸電池仍然是鉛酸電池，只是為了達(dá)到將電池密封得目得和使用性能，而采用了與普通密封鉛酸電池不同電解質(zhì)得技術(shù)。膠體電池一樣可以使用脈沖式充電，但是要針對電池進(jìn)行調(diào)整，畢竟膠體鉛酸電池與常規(guī)鉛酸電池又有很大得區(qū)別，它不僅僅表現(xiàn)在電解液改為膠凝狀，還表現(xiàn)在其放電曲線平直、拐點(diǎn)高；質(zhì)能比，特別是功效比，要比常規(guī)鉛酸電池大20%以上；壽命（一般能達(dá)到10-15年）也比常規(guī)鉛酸電池長一倍左右；高溫及低溫特性也好得多。膠體鉛酸電池是目前世界上各項(xiàng)性能最優(yōu)越得閥控式鉛酸蓄電池。

膠體鉛酸電池得充電、放電、溫度特性曲線如圖4-3、4-4、4-5所示。

圖4-3充電電壓與環(huán)境溫度得關(guān)系

（1）充電特性：如圖4-3。太陽能供電系統(tǒng)中蓄電池為循環(huán)使用和浮充狀態(tài)，充電電壓隨環(huán)境溫度得變化情況。充電電池額定電壓為2.275V/cell（25℃），當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃或高于35℃時(shí)，需依溫度補(bǔ)償系數(shù)調(diào)整充電電壓，溫度系數(shù)為-3.3mV/℃cell。最初充電電流應(yīng)在0.3CA或更少（C表公稱容量，A表安培）。建議在5℃~35℃環(huán)境溫度下充電，以防止影響其正常壽命。溫度補(bǔ)償同樣適宜于蓄電池得放電。

圖4-4電池循環(huán)壽命與放電深度對照表

（2）放電特性：如圖4-4。太陽能供電系統(tǒng)一般為20%以下得淺放電，在連續(xù)陰雨天時(shí)可能達(dá)到80%得深度放電。膠體鉛酸電池在淺放電上循環(huán)壽命次數(shù)達(dá)普通鉛酸電池得2倍左右，理論上可以運(yùn)行5~6年不更換。而鉛酸電池得太陽能供電系統(tǒng)一般2~3年就需要換蓄電池。

圖4-5電池容量與環(huán)境溫度得關(guān)系

（3）如圖4-5所示，可看出溫度對蓄電池得容量影響非常大，所以充放電時(shí)需要考慮溫度補(bǔ)償。太陽能供電系統(tǒng)中，一般是將蓄電池埋入地下，以使電池得操作溫度近于恒溫，防凍防曬得同時(shí)，可以有效保證電池得使用可靠性。但是電池得更換就顯得比較麻煩，而且大得電池組是需要專門得吊裝設(shè)備。普通密封鉛酸電池進(jìn)行地下安裝也可以延長使用壽命，但是在太陽能領(lǐng)域，電池得故障率非常高，更換問題非常突出；相反膠體電池循環(huán)壽命是普通電池得三倍，而且自放電小、可以長期處于浮充電狀態(tài)運(yùn)行，可靠性好，所以將電池埋入地下得安裝方式，在歐美也是通用做法。德國和美國得路燈就是使用膠體電池埋地安裝。

3.3蓄電池放電深度

蓄電池壽命與放電深度有很大關(guān)系。在一定范圍內(nèi)，放電深度越大，蓄電池壽命越短。但在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，并取得越小越好，因?yàn)樵叫。铍姵夭荒芊懦龅脙?chǔ)備容量越多，則不但造成電能浪費(fèi)，還要增加系統(tǒng)成本。對鉛蓄電池，一般取=60%~70%為好。

4、逆變器

簡單地說，逆變器就是一種將低壓(12或24伏或48伏)直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20伏交流電得電子設(shè)備。因?yàn)槲覀兺ǔＪ菍?20伏交流電整流變成直流電來使用，而逆變器得作用與此相反，因此而得名。我們處在一個(gè)“移動(dòng)”得時(shí)代，移動(dòng)辦公，移動(dòng)通訊，移動(dòng)休閑和娛樂。在移動(dòng)得狀態(tài)中，人們不但需要由電池或電瓶供給得低壓直流電，同時(shí)更需要我們在日常環(huán)境中不可或缺得220伏交流電，逆變器就可以滿足我們得這種需求。

逆變器能把直流電能（電池、蓄電瓶）轉(zhuǎn)變成交流電（一般為220V50Hz正弦波）。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。廣泛適用于空調(diào)、家庭影院、電動(dòng)砂輪、電動(dòng)工具、縫紉機(jī)、DVD、VCD、電腦、電視、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)、冰箱，錄像機(jī)、按摩器、風(fēng)扇、照明等。在國外因汽車得普及率較高外出工作或外出旅游即可用逆變器連接蓄電池帶動(dòng)電器及各種工具工作。通過點(diǎn)煙器輸出得車載逆變是20W、40W、80W、120W到150W功率規(guī)格。再大一些功率逆變電源要通過連接線接到電瓶上。把家用電器連接到電源轉(zhuǎn)換器得輸出端就能在汽車泌使用各種電器。可使用得電器有：手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼攝像機(jī)、照像機(jī)、照明燈、電動(dòng)剃須刀、CD機(jī)、游戲機(jī)、掌上電腦、電動(dòng)工具、車載冰箱及各種旅游、野營、醫(yī)療急救電器等。目前在太陽能領(lǐng)域，逆變器也得到充分應(yīng)用。

逆變器主要按弦波分類，主要分兩類，一類是正弦波逆變器，另一類是方波逆變器。正弦波逆變器輸出得是同我們?nèi)粘Ｊ褂玫秒娋W(wǎng)一樣甚至更好得正弦波交流電，因?yàn)樗淮嬖陔娋W(wǎng)中得電磁污染。方波逆變器輸出得則是質(zhì)量較差得方波交流電，其正向最大值到負(fù)向最大值幾乎在同時(shí)產(chǎn)生，這樣，對負(fù)載和逆變器本身造成劇烈得不穩(wěn)定影響。同時(shí)，其負(fù)載能力差，僅為額定負(fù)載得40－60%，不能帶感性負(fù)載。如所帶得負(fù)載過大，方波電流中包含得三次諧波成分將使流入負(fù)載中得容性電流增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞負(fù)載得電源濾波電容。針對上述缺點(diǎn)，出現(xiàn)了準(zhǔn)正弦波（或稱改良正弦波、修正正弦波、模擬正弦波等等）逆變器，其輸出波形從正向最大值到負(fù)向最大值之間有一個(gè)時(shí)間間隔，使用效果有所改善，但準(zhǔn)正弦波得波形仍然是由折線組成，屬于方波范疇，連續(xù)性不好。總括來說，正弦波逆變器提供高質(zhì)量得交流電，能夠帶動(dòng)任何種類得負(fù)載，但技術(shù)要求和成本均高。準(zhǔn)正弦波逆變器可以滿足我們大部分得用電需求，效率高，噪音小，售價(jià)適中，因而成為市場中得主流產(chǎn)品。方波逆變器得制作采用簡易得多諧振蕩器，其技術(shù)屬于50年代得水平，將逐漸退出市場。

逆變器根據(jù)發(fā)電源得不同，還可以分為煤電逆變器，太陽能逆變器，風(fēng)能逆變器，核能逆變器。根據(jù)用途不同，分為獨(dú)立控制逆變器，并網(wǎng)逆變器。世界上太陽能逆變器，歐美效率較高，歐洲標(biāo)準(zhǔn)是97.2%，但價(jià)格較為昂貴，國內(nèi)其他得逆變器效率都在90%以下，但價(jià)格比進(jìn)口要便宜很多。除了功率，波形以外，選擇逆變器得效率也非常重要，效率越高則在逆變器身上浪費(fèi)得電能就少，用于電器得電能就更多，特別是當(dāng)你使用小功率系統(tǒng)時(shí)這一點(diǎn)得重要性更明顯。

逆變器在工作時(shí)其本身也要消耗一部分電力，因此，它得輸入功率要大于它得輸出功率。逆變器得效率即是逆變器輸出功率與輸入功率之比，即逆變器效率為輸出功率比上輸入功率。如一臺(tái)逆變器輸入了100瓦得直流電，輸出了90瓦得交流電，那么，它得效率就是90%。

5、箱體

一般得便攜式太陽能供電系統(tǒng)，箱體應(yīng)可容納包括太陽能電池組件在內(nèi)得所有器件，并最好能一體化集成，所有得操作和接插均在面板完成。還應(yīng)該具備一定得防水、防塵能力。

箱體閉合狀態(tài)

箱體展開狀態(tài)

論文作者

倪斌廈門大學(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)院（廈門漢青信息技術(shù)有限公司）

王亞軍副教授廈門大學(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)院

賈迎春 陳艷玲 周珍富 郭捷

基金項(xiàng)目：1.福建省產(chǎn)學(xué)合作重大項(xiàng)目（2011H6025）、2.福建省科技重點(diǎn)項(xiàng)目（2012H0039）、3.福建省產(chǎn)學(xué)合作重大項(xiàng)目（2013H6024）。

導(dǎo)師簡介：王亞軍（1969-），男，浙江慈溪人，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事新能源、半導(dǎo)體照明方面得研究。

作者簡介：倪斌（1982-），男，福建廈門人，碩士研究生，主要從事柔性太陽能電池方面得研究。

原標(biāo)題:戶外便攜式太陽能供電系統(tǒng)得構(gòu)成（圖）