离网型光伏光源控制储能一体化研究设计

周艳杰，何少茜，于跃英利能源（中国）有限公司



离网型光伏光源控制储能一体化研究设计

周艳杰，何少茜，于跃
英利能源（中国）有限公司

摘要：太阳能发电技术日益成熟，其应用领域范围来越广泛。本文通过分析现有光伏离网光伏的特点与不足，设计了一款新型离网型光伏光源。本文详细介绍了新型产品的技术方案、结构设计和优点，有良好的应用前景。

关键词：离网；光伏；控制；研究

引言

随着传统能源的逐渐枯竭，新能源应用越来越广泛。太阳能发电技术日益成熟，其应用被各国所重视。太阳能发电应用主要有并网发电和离网发电两种，并网发电需要市电电网，在一些偏远地区电力比较缺乏，或发生自然、人为灾害时，大部分电力系统会破坏，这时并网系统不能够正常使用。离网型光伏发电系统利用太阳能电池组件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，同时给蓄电池充电；在阴天气或者无光照时，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。太阳能离网发电电源因为有储能功能，可以广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站等应用场所。

1、技术背景

传统的离网型太阳能光伏光源产品基本都是以太阳能电池组件、光源、控制系统、蓄电池储能装置分别安装在不同的地点，利用导线将各部分进行连接。

由于离网型太阳能光伏光源基本是在小功率的发电状态下使用，过多的导线和连接件会增加线路损耗，造成光伏发电利用率低。另外，传统系统的分散性较易形成比较庞大和复杂的结构，给用户增加了使用安装难度，阻碍了离网型太阳能光伏光源在应急情况下的使用，影响了绿色节能环保产品的提高，不利用太阳能光伏发电全部功率的输出使用。因此开发一款便携式光伏离网光源亟不可待。

2、现有技术分析

现有太阳能光源基本是将组件安装的灯杆的顶部、光源在组件的下方，蓄电池及控制器安装的灯杆的底部。还有统一将组件聚集到一起发电，然后通过线路将光伏电能传输到各个分散的光源位置。

现有技术中各独立设备之间的距离较远，这样在相互连接时需要大量的导线，造成线路损耗过大。增加了故障的隐患，另外，这种分散式结构方式在安装使用和维修时不方便，增加了系统安装时间和工作量，不利于在应急条件下应用。

3、新型光伏光源设计

本文将通过采用整体组合式设计方法，使离网型太阳能供电光源形成一个模块化产品。通过结构设计、选择合适光源，解决线路走线、散热等难题。

3.1结构设计

我们通过将光伏系统和光源集成，通过合理的结构和缺陷弥补，实现一种新产品的设计。本设计由太阳能电池组件、蓄电池、控制器、LED光源、万向节、连接螺栓、散热片等几部分组成。蓄电池、控制器及LED光源固定在一个整体箱体内，蓄电池、逆变器位于LED光源上方。太阳能电池组件固定在箱体上方，箱体和太阳能电池组件通过万向节连接，太阳能电池组件可以通过万向节进行方向及角度调整，以适应不同地区光照角度的差异，提高了光电转换效率。

太阳能电池组件和蓄电池、控制器的连接线通过万向节中心孔进入，减少外部裸露导线，降低因外部因素造成的损坏率，同时提高了美观效果。箱体侧面有连接螺栓，在使用安装时通过此螺栓和灯杆固定支架进行连接即可。

本设计采用LED光源，LED的发光效率相对白炽灯、汞灯较高，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。LED灯采用直流驱动，减少了整套系统的交直流逆变环节，降低能量损耗。LED灯具使用寿命可达5～10年，可以大大降低灯具的维护费用，避免经常换灯之苦。LED灯发热量低，无热辐射性，冷光源，可以安全抵摸，能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光，不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。箱体外围设有散热片，以增大散热面积，能够快速有效的将系统产生热量散发出去。

3.2优点

本设计有以下几点优点：

1)本产品模块化，系统一体化成型，安装使用方便快捷。

2)太阳能电池组件可通过万向节进行方向及角度调整，以适应不同地区光照角度的差异，提高光电转换效率。

3)缩短了导线用长度，降低了线路损耗，提高光伏发电利用率。

4)结构简单，降低故障率，为后期维护和维修提供了方便。

5)通过和LED光源结合使用，可以缩小模块的几何尺寸，降低了重量，减轻灯杆的承载负载，降低了综合成本。

4、结束语

本文将太阳能光伏组件、光源、控制系统、蓄电池储能装置进行一个整体组合式设计，使离网型太阳能供电光源形成一个模块化产品。本产品可根据光照角度进行方向调整，不受地域限制。用户采用该产品后直接安装使用，杜绝了接线、调试等复杂的工作，便于在应急条件下快速安装使用，有较大的市场应用前景。