家用太阳能发电系统特点

一般来说，家庭式太阳能发电系统主要包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池组和逆变器等部分。下面我们一起来看看家用太阳能发电系统。

    家用太阳能发电系统

    家庭式太阳能发电系统—发电原理

    光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地，光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。

    家用发电系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、直流负载和交流负载等构成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。

    家庭式太阳能发电系统—系统分类

    国产晶体硅电池效率在10至13%左右，国外同类产品效率约18至23%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电还未起步，不过，2008年北京奥运会部分用电由太阳能发电和风力发电提供。

    随着经济的发展和社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有3种，即火电、水电和核电，太阳能作为最环保最理想的新型材料，现在已开始被广泛使用。

    太阳能电池方阵

    通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨等的能力，广泛应用于各个领域和系统。太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为2cm2cm到15cm15cm不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.45～1.5V，工作电流约为20～25mA/cm2,一般不能单独作为电源使用。将太阳能单体进行串并联并封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几百瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联并装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率[4]。

    （1）太阳能电池简介

    一个太阳能电池只能产生大约0.45V电压，远低于实际应用所需要的电压。为了满足实际应用的需要，须把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。一个组件上，太阳能电池组件的标准数量是36或40个（10cm×10cm），这意味着一个太阳能电池组件大约能产生16V的电压，正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效的充电。

    （2）太阳能电池的封装类型

    太阳能电池的可靠性在很大程度上取决于防腐、防风、防雹、防雨等的能力。其潜在的质量问题是边沿的密封以及组件背面的接线盒。太阳能电池的封装方式主要有以下两种：①双面玻璃密封。太阳能电池组件的正反两面均是玻璃板，太阳能电池被镶嵌在一层聚合物中。这种密封方式存在的一个主要问题是玻璃板与接线盒之间的连接。这种连接不得不通过玻璃板的边沿，因为在这种玻璃板上打孔是很昂贵的。②玻璃合金层叠密封。这种组件的前面是玻璃板，背面是一层合金薄片。合金薄片的主要功能是防潮、防污。太阳能电池组件中，电池与接线盒之间可用导线连接[5]。

    （3）太阳能电池的电气特性。

    组件的电气特性主要是指电压—电流特性，也称为V-I曲线，如图2-2所示。V-I曲线显示了通过太阳能电池组件传送的电流Im与电压Vm在特定的太阳辐照度下的关系。

    如果太阳能电池组件电路短路即V=0，此时的电流称为短路电流Isc；如果电路开路即I=0，此时的电压称为开路电压Voc.太阳能电池组件的输出功率等于流经该组件的电流与电压的乘积，即P=VI。

    当太阳能电池组件的电压上升时，例如通过增加负载的电阻值或组件的电压从0（短路条件下）开始增加时，组件的输出功率亦从0开始增加；当电压达到一定值时，（I－电流；Isc－短路电流；Im－最大工作电流；V－电压；Voc－开路电压；Vm－最大工作电压；Pm－最大功率；）

    功率可达到最大，这时当阻值继续增加时，功率将跃过最大点，并逐渐减少至0，即电压达到开路电压Voc。在组件的输出功率达到最大的点，称为最大功率点；该点所对应的电压，称为最大功率点电压Vm（又称为最大工作电压）；该点所对应的电流，称为最大功率点电流Im（又称为最大工作电流）；该点的功率，称为最大功率Pm。

    （4）性能测试

    由于太阳能电池组件的输出功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和太阳能电池温度，因此太阳能电池组件的测量在标准条件下（STC）进行，测量条件被欧洲委员会定义为101号标准，其条件是：光谱辐照度，1000W/m2；光谱，AM1.5；电池温度，25℃。在该条件下，太阳能电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率，表示为Wp。在很多情况下，组件的峰值功率通常用太阳能模拟器测定并与国际认证机构的标准化的太阳能电池进行比较。在户外测量太阳能电池组件的峰值功率是很困难的，因为太阳能电池组件所接受到的太阳光的实际光谱取决于大气条件及太阳的位置；此外，在测量的过程中，太阳能电池的温度也是不断变化的。在户外测量的误差很容易达到10%或更大[6]。

    （5）热斑效应和旁路二极管

    在一定的条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件将被当作负载，消耗其他被光照的太阳能电池组件所产生的能量。被遮挡的太阳能电池组件此时将会发热，这就是热斑效应。这种效应能很严重地破坏太阳能电池。有光照的太阳能电池所产生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的太阳能电池所消耗。为了防止太阳能电池由于热斑效应而被破坏，需要在太阳能电池组件正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所消耗。

    （6）连接盒

    连接盒是一个很重要的元件，它保护太阳能电池与外界的交界面及各组件内部连接的导线和其他系统元件。它包含1个接线盒和1只或2只旁路二极管。