太阳能光伏发电实用技术摘要：本文通过介绍光伏建筑一体化，以引起业界人士对太阳能利用的广泛关注。文中分别对光伏屋顶和光伏幕墙铺设太阳电池板发电形式和特点进行分析，以期不断扩大太阳能的应用范畴。 巨大能源的太阳东升西落，成为匆匆过客未被人们充分利用。若在世界陆地的0.5面积（恰为中国城镇占地之和）上安装太阳电池，将能供应全球所需能源，所以找宇宙要效益索取太阳能是当务之急。我国太阳能资源的数量、分布的普遍性、供应的清洁性、技术的可靠性都优越于风能、水能和生物质能等可再生能源。目前大量能源消耗难以面对，专家估计，再过50年，全世界可再生能源比例将50的总一次能源，其中太阳能可占到1315十分可观。所以加大光伏发电力度刻不容缓。1 光伏发电利用范畴1.1 充分利用太阳光目前国内外许多建筑光学工作者指出，首先应掌握太阳能日照量三要素：季节，夏季日照量最高，冬季最低。天气，正午日照量最高，晴、阴雨天则相应降低。方位，以正南向效率为100，则东西向为82，北向为50的输出量。但在实际应用中，太阳电池方阵输出降低的原因很多，如日照量的多少，太阳电池镜面污垢产生的程度，温度上升及转换器损失等。加上太阳能控制器损失的5，总发电容量为设置容量的8595；其次是发电量估算：太阳电池容量=太阳电池最大输出设置数量。如以最大输出功率50W太阳电池为例，设置20片时，则其输出容量=50W20=1kWp，表1示某市7月底的光伏发电量。表1夏季南向日发电量时间/h067891011121314151617181920024发电量/kWh00.30.911.622.11.91.81.510.70.2015.11.2 太阳能应用多样化从收集到的有关资料来看，历年的成果涵盖许多方面。近年来涉及的领域又有了发展。分别为太阳能光伏建筑一体化、光伏电站、光伏照明和光伏设施等方面的设计及应用。2太阳能光伏建筑一体化2.1基本概念2.1.1定义光伏幕墙（屋顶）是将传统幕墙（屋顶）与光电转换技术相结合的一种新型建筑。换句话说，主要是利用太阳能发电的一种新型、绿色的能源技术。光伏与建筑相结合的进一步目标，是将光伏器件与建筑材料集成化。通常建筑物墙面多采用马赛克、涂料等材质，为了美观，还以价格较高的玻璃幕墙达到保护和装饰的双重目的。若能将屋顶、向阳的外墙、窗户都由光伏器件取代，则既能作为建材使用又能发电，可谓一举两得。当然，对太阳电池组件来讲，还需具有绝热保温、电气绝缘、防水防潮、强度、刚度和不易破裂等性能。2.1.1.1光伏幕墙（屋顶）设计除了需要考虑太阳电池、光组件、导线、逆变器和整流器等因素以外，还必须保证对建筑幕墙（屋顶）安全等功能的落实。其性能指标参数在满足有关的国家规范和行业标准的前提下，并使其具备上佳使用效果，还要注重其安装朝向。一般来说，太阳电池板应装在楼群中接受光照时间长的那些部位，如女儿墙、墙楣（屋顶）等；通常选择幕墙面朝南、东南和西南之间，在一定条件下亦可东向和西向。太阳电池板还可作为固定的遮阳板（顶棚）之类的材料。既可得光能，又易散热，可谓最佳组合。特别值得注意的是，要把光伏和传统建筑有机地结合在一起，合理选择其结构形式和布局，使其最终达到既利用了太阳能，又能满足性能要求及人们的感观满意程度。2.1.1.2光伏建筑特点（表2）是一种集发电、隔音、隔热、安全和装饰功能为一身的新型功能性建筑，它不但突破了传统建筑以消极的办法减少能量损失，而是积极利用光伏技术，把以往被当作有害因素被屏蔽掉的太阳光，转化为被人们利用的电能，而且还是一种洁净能源。还充分考虑了太阳电池板的电能转化工艺、结构和安装的电气绝缘性，将幕墙和光伏技术有机地结合。如将接线端子排装在幕墙横、竖缝的不可见内腔，便于拆卸维护，电路布线的稳固、快捷。即使遇到雨雪等恶劣天气，也不致于出现漏电、短路等问题，让指标达到国家规范标准。表2光伏建筑一体化特点序号优势备注1太阳电池组件是一种固态装置，能将太阳光直接转换成电能勿需转动零件、燃料，不会产生污染2已经证实太阳电池组件的预期寿命长可达30年3太阳能光伏系统已被成功地应用于成千上万栋建筑上含小型、中型、大型等案例4太阳电池组件呈模块化，是一种分散式的电力生产装置不是大型集中式的发电厂5偏远地区的太阳电池是一种符合改善成本的现实选择传统的供电系统输配电线路价格昂贵6建筑屋顶（幕墙）可以为光伏系统提供大量面积，尤其在人口密集地指不要占用额外昂贵的土地7安装在建筑物上的太阳电池方阵，省去各类支撑构件无需多余的基础设施8直接向电网输送电力，省去一系列输配电费用减少各级别传输线路的电压损失9能够在供电尖峰时刻提供足够的电力以适时降低该紧急时段的电量需求10完全可能取代传统的建筑材料使光伏系统担负起双重角色11有效地减轻对环境的光污染造福于人类12以多种创新的方式，渲染独具魅力的建筑外观使建筑物更加完美、洁净13配备蓄电池后，太阳能光伏发电系统确保自身用电还能够满足用电设施的不间断供电要求注：利用太阳能，不仅可以满足建筑能源供应的需求，实现建筑物的0排放，而且可以使每栋建筑都成为小型分散的网络电力生产者。光伏系统中蓄电池充放电控制方案的探讨 目前光伏系统大多采用蓄电池作为贮能元件。而能够与光伏电池配套使用的蓄电池种类有很多，目前广泛使用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池等。目前常使用的是铅酸免维护蓄电池，因其维护方便，性能可靠，且对环境污染较小，特别是用于无人值守的光伏电站时如图，有着其他蓄电池所无法比拟的优越性。 本文以光伏系统中的铅酸免维护蓄电池，为例进行实验比较不同的充电检测方法。 关于蓄电池的充放电蓄电池充放电是根据化学反应进行的，即电池主要组件的结构和化学成分发生连续和深度的变化。所以与一般电子零部件相比，蓄电池对温度变化更为敏感。此外，反应速率，即充电电流或放电电流，影响反应参数并由此影响蓄电池的性能。 光伏系统中的蓄电池的工作条件与蓄电池在其他场合的工作条件不同，其充电率和放电率都非常小，且充电时间受到限制，即只有在日照时才能充电，所以不能按一固定的充电规律对其进行充电。由于蓄电池应用在这个特殊的环境下，致使其寿命比所预定的短，成为整个光伏系统中最易损坏的部分，其损坏的原因主要为“过充”与“过放”。 免维护铅酸蓄电池的充放电电池反应为： 过充是指蓄电池单格电压超过某一水平一般为单格单格，此时蓄电池无法使产生的氧气充分再化合。充电电压过高，在负极上生成的氢很难在电池内部被吸收，在电池中因积累而产生压力并且导致水份损失。严重过充时，水分解，产生氢气和氧气，使得蓄电池底部浓度比其他地方高出许多，导致负极板底部硫酸盐化，正极板腐蚀和膨胀，造成容量损失。 过放是指蓄电池放电超过了规定的放电终止电压如图，蓄电池放出了过量的容量。在铅酸蓄电池中，两个电极对过放都是敏感的。在溶解再沉积机理中，当铅和二氧化铅分别溶解在电解液中并作为新的化合物硫酸铅沉淀出来时，活性物质发生了彻底的转变并且失去原有的结构。负电极由于有反极的危险，对过放也是敏感的。活性物质中的膨胀剂可能会因氧化而失去作用，而铅酸蓄电池在随后再充电时枝晶增长的危险会大大增加。 在设计光伏系统时需要对蓄电池的容量进行检测以判断是否应继续充电或放电。目前大部分采用电压单环的在线式检测方案。 在线式检测方案在线式检测，即在充电过程中不断地对蓄电池的端电压进行监测，当蓄电池的端电压大于某个限定值时，就视为已充满，停止太阳电池向蓄电池充电。 由于这种电路结构简单，价格低廉。目前应用最为广泛。它的电路结构可以基于比较控制器建立蓄电池检测电路如图。 此电路可以用比较器来控制电池组的充电电流。 蓄电池电压分别经分压后输入比较器：当时，比较器被触发，太阳电池经防反二极管向蓄电池充电；当时，停止充电。 门限电压可设定文中所用与为经验所得值。 此电路结构简单，成本低，且易于维护，其在光伏应用初期曾得到广泛运用。但它不能实现涓流充电，造成了能源的极大浪费，使得本来效率就不高的光伏系统性价比更低。 随着集成电路的广泛使用，如今市场上的光伏产品中普遍采取基于专业芯片的检测电路，而主控电路采用型，充电专用中常用的类型。铅酸电池在充电时，电压随充电时间的增长而上升，但充足电后端电压开始下降。设计主控电路时，利用该特性监测电池电压出现峰值之后的微量下降，以控制充电结束，达到自动充电的目的，这也称为法。 以下列出芯片功能实现框图图。 它能有效地防止蓄电池的“过充”与“过放”，并能实现涓流充电，有利于光伏系统效率的提高，是当前运用最为广泛的蓄电池检测电路。 离线式检测方案 蓄电池的电压受很多因素的影响，例如温度、湿度等，特别是在充电过程中，蓄电池的端电压并不能很好地反映其容量。上述在线式检测方案中蓄电池都与太阳电池直接相连，其端电压受太阳电池端电压制约，并不能准确地反映蓄电池的容量。这突出表现为当系统所处温度较高时，由于太阳电池板和蓄电池的端电压均受温度影响严重，太阳能板端电压随温度升高而降低，而蓄电池端电压则刚好相反，容易出现蓄电池容量未满却已不能充入的现象常称之为“虚满”。这在很大程度上影响了蓄电池容量检测的准确性，进而阻碍了整个系统的正常工作，造成能源的极大浪费。 针对这一问题，我们在这里提出一种新颖的蓄电池容量检测方案离线式检测。 虽然蓄电池的电压在充电过程中其端电压并不能很好地反映其容量，但在断开充电回路一段时间后，其端压会自动下降，下降后的端压能很好地引导我们对蓄电池充电情况作出正确的判断。我们利用蓄电池端压的这一特性，设计一个太阳电池对多个蓄电池模块轮换进行充电，每个蓄电池的端压在充电电路断开后都有足够的时间恢复正常，使测得电压值能更加准确地反映蓄电池容量。现仅以双模块为例说明本方案如图。 检测电路原理如下：太阳电池同时对两蓄电池模块充电，同时对它们的端电压进行监测。设定一个比实际过充电压略低的过充电压值，并据之对两模块粗略地进行过压检测，当其端压高于时，切断其中一个蓄电池模块的充电回路，而对另一个模块进行涓流充电，与此同时启动定时器。当过一段时间，模块的端电压有所降低并能准确地反映电池容量时，再对的端压进行检测，即精确过压检测。若还未充满，则可接通其充电回路，使继续充电；若已充满，控制其进行涓流充电。当定时器达到设定时间后，重新启动定时并自动切换开关，使模块的充电回路断开而对模块进行涓流充电，静置一段时间后，再对模块重复以上对模块的操作，如此不断循环。 这种电路虽会造成蓄电池总容量的增加，但它能较准确地判断蓄电池的充电情况，减小了蓄电池老化损坏的可能性，使光伏系统的寿命得到延长；两个蓄电池的轮流充放电充分地利用了太阳能源，提高了光伏系统的效率。但要具体实现上述方案并不容易，还需要克服许多理论和技术问题。如一个蓄电池的端压稳定时间与蓄电池本身的性能有关，该实验中使用的为铅酸免维护蓄电池