離網型光伏光源控制儲能一體化研究設計

周艷杰，何少茜，于躍英利能源（中國）有限公司

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離網型光伏光源控制儲能一體化研究設計

周艷杰，何少茜，于躍
英利能源（中國）有限公司

摘要：太陽能發電技術日益成熟，其應用領域范圍來越廣泛。本文通過分析現有光伏離網光伏的特點與不足，設計了一款新型離網型光伏光源。本文詳細介紹了新型產品的技術方案、結構設計和優點，有良好的應用前景。

關鍵詞：離網；光伏；控制；研究

引言

隨著傳統能源的逐漸枯竭，新能源應用越來越廣泛。太陽能發電技術日益成熟，其應用被各國所重視。太陽能發電應用主要有并網發電和離網發電兩種，并網發電需要市電電網，在一些偏遠地區電力比較缺乏，或發生自然、人為災害時，大部分電力系統會破壞，這時并網系統不能夠正常使用。離網型光伏發電系統利用太陽能電池組件在有光照的情況下將太陽能轉換為電能，通過太陽能充放電控制器給負載供電，同時給蓄電池充電；在陰天氣或者無光照時，通過太陽能充放電控制器由蓄電池組給直流負載供電，同時蓄電池還要直接給獨立逆變器供電，通過獨立逆變器逆變成交流電，給交流負載供電。太陽能離網發電電源因為有儲能功能，可以廣泛應用于偏僻山區、無電區、海島、通訊基站等應用場所。

1、技術背景

傳統的離網型太陽能光伏光源產品基本都是以太陽能電池組件、光源、控制系統、蓄電池儲能裝置分別安裝在不同的地點，利用導線將各部分進行連接。

由于離網型太陽能光伏光源基本是在小功率的發電狀態下使用，過多的導線和連接件會增加線路損耗，造成光伏發電利用率低。另外，傳統系統的分散性較易形成比較龐大和復雜的結構，給用戶增加了使用安裝難度，阻礙了離網型太陽能光伏光源在應急情況下的使用，影響了綠色節能環保產品的提高，不利用太陽能光伏發電全部功率的輸出使用。因此開發一款便攜式光伏離網光源亟不可待。

2、現有技術分析

現有太陽能光源基本是將組件安裝的燈桿的頂部、光源在組件的下方，蓄電池及控制器安裝的燈桿的底部。還有統一將組件聚集到一起發電，然后通過線路將光伏電能傳輸到各個分散的光源位置。

現有技術中各獨立設備之間的距離較遠，這樣在相互連接時需要大量的導線，造成線路損耗過大。增加了故障的隱患，另外，這種分散式結構方式在安裝使用和維修時不方便，增加了系統安裝時間和工作量，不利于在應急條件下應用。

3、新型光伏光源設計

本文將通過采用整體組合式設計方法，使離網型太陽能供電光源形成一個模塊化產品。通過結構設計、選擇合適光源，解決線路走線、散熱等難題。

3.1結構設計

我們通過將光伏系統和光源集成，通過合理的結構和缺陷彌補，實現一種新產品的設計。本設計由太陽能電池組件、蓄電池、控制器、LED光源、萬向節、連接螺栓、散熱片等幾部分組成。蓄電池、控制器及LED光源固定在一個整體箱體內，蓄電池、逆變器位于LED光源上方。太陽能電池組件固定在箱體上方，箱體和太陽能電池組件通過萬向節連接，太陽能電池組件可以通過萬向節進行方向及角度調整，以適應不同地區光照角度的差異，提高了光電轉換效率。

太陽能電池組件和蓄電池、控制器的連接線通過萬向節中心孔進入，減少外部裸露導線，降低因外部因素造成的損壞率，同時提高了美觀效果。箱體側面有連接螺栓，在使用安裝時通過此螺栓和燈桿固定支架進行連接即可。

本設計采用LED光源，LED的發光效率相對白熾燈、汞燈較高，而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發出有色可見光。LED燈采用直流驅動，減少了整套系統的交直流逆變環節，降低能量損耗。LED燈具使用壽命可達5～10年，可以大大降低燈具的維護費用，避免經常換燈之苦。LED燈發熱量低，無熱輻射性，冷光源，可以安全抵摸，能精確控制光型及發光角度，光色柔和，無眩光，不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質。LED為全固體發光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒有污染。光源體積小，可以隨意組合，易開發成輕便薄短小型照明產品，也便于安裝和維護。箱體外圍設有散熱片，以增大散熱面積，能夠快速有效的將系統產生熱量散發出去。

3.2優點

本設計有以下幾點優點：

1)本產品模塊化，系統一體化成型，安裝使用方便快捷。

2)太陽能電池組件可通過萬向節進行方向及角度調整，以適應不同地區光照角度的差異，提高光電轉換效率。

3)縮短了導線用長度，降低了線路損耗，提高光伏發電利用率。

4)結構簡單，降低故障率，為后期維護和維修提供了方便。

5)通過和LED光源結合使用，可以縮小模塊的幾何尺寸，降低了重量，減輕燈桿的承載負載，降低了綜合成本。

4、結束語

本文將太陽能光伏組件、光源、控制系統、蓄電池儲能裝置進行一個整體組合式設計，使離網型太陽能供電光源形成一個模塊化產品。本產品可根據光照角度進行方向調整，不受地域限制。用戶采用該產品后直接安裝使用，杜絕了接線、調試等復雜的工作，便于在應急條件下快速安裝使用，有較大的市場應用前景。