离网光伏发电与市电互补自动切换系统设计

科技创新导报2018 NO.35Science and Technology Innovation Herald工程技术

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald62①作者简介：张光雷（1982，5—），男，汉族，山东菏泽人，硕士，初级实验师，研究方向：仪器科学与技术。DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.35.062离网光伏发电与市电互补自动切换系统设计①张光雷(吉林医药学院 吉林吉林 132013)摘 要：本文设计了一套离网光伏发电与市电互补自动切换的系统。系统包括离网式光伏发电系统和自动切换系统两部分。控制系统通过实时检测储能系统两端的电压，把其电压作为系统切换的条件，当电压小于设置的电压阀值时，切换选择电网给负载供电；当电压大于设置的电压阀值时选择使用离网光伏发电系统给负载供电。通过养生壶加热模拟实验验证此自动切换系统的可行性。关键词：离网式 光伏发电 切换系统中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)12(b)-0062-02传统能源的大量使用对环境造成很大污染，还有其不可再生性使其面临资源枯竭，迫切需要使用太阳能光伏能源来解决当前面临的各种问题。太阳能光伏系统利用光伏板发电，可以减少对环境的污染，实现绿色节能的目的，也实现了能源的可持续利用，缓解能源枯竭对国家发展造成的影响。当前由于太阳能光伏系统的大量接入电网，造成电网出现很大波动，为了缓解其造成的影响，大力推广离网式光伏发电系统。本文利用实验室购置的设备，搭建整套离网式光伏发电系统，并配合控制器的使用实现电网供电和光伏发电系统供电的有机结合，达到最大效率利用太阳能这种新能源的目的，并通过实验验证了此控制策略的可行性。1 自动切换系统设计原则自动切换系统可以实现离网式光伏发电系统和电网交流的自动切换，可以达到节能环保的目的，有效利用太阳能光伏新能源；也可以将光伏发电系统作为电网停电时的应急电源使用，保证系统负载的不间断工作，从而起到保护设备的安全可靠运行。切换系统以储能电池组两端的电压作为切换条件，当储能电池组两端的电压超过48V时，离网式光伏发电系统给负载供电，多余的电量储存在储能电池组中；当储能电池组两端的电压低于44V时，电网交流电给负载供电，电网和光伏阵列给储能电池组充电。离网式光伏发电系统是独立光伏发电系统，不回馈电网，整套系统的基准电压是DC48V，光伏控制器、储能电池组和正弦波逆变器均是基于DC48V进行选型和配置的，整套离网式光伏发电系统的负载是交流充电桩，系统要保证交流充电桩正常工作，维持电动汽车充电过程的连续性，最终实现交流充电桩的正常使用。2 自动切换系统配置离网式发电系统包括光伏阵列、光伏控制器、储能电池组、正弦波逆变器、电压控制器、计算机和交流充电桩。光伏阵列是由6块功率为250W的单晶硅太阳能光伏板采用两串三并的形式组合成的。光伏控制器的系统电压为48V，最大光伏输入功率为3.2kW。储能系统是由8块容量为120Ah的铅酸电池组成的。正弦波逆变器额定功率是5kW，输入电压为直流48V，输出电压为交流220V。光伏控制器是整套系统中的关键部件，它可以保证光伏板最大功率发电，通过与计算机进行通讯实时显示发电相关参数比如光伏发电功率，储能电池组两端的电压和储能电池组单体电池温度。储能电池组两端的电压和光伏阵列输出的均为直流电，需要通过正弦波逆变器将直流电逆变为220V交流电，再供给交流充电桩使用。整个系统的配置示意图如图1所示。3 自动切换系统的设计3.1 系统控制电路设计系统控制采用电池充放电控制器，控制器的端子与储光伏阵列光伏控制器储能电池组计算机正弦波逆变器交流充电桩电动汽车电压控制器电网

3KW家庭光伏离网发电系统方案

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家庭光伏离网发电3KW运行方案

1.光伏离网发电

光伏离网系统所需主要器件由光伏电池板和光伏逆变器及蓄电池构成。其工作模式为 光伏电池产生的直流电能通过光伏逆变器 SMB 转换成优质交流为负载供电，多余电能自动储存在蓄电池里;当光伏不足时，由蓄电池和光伏一起向负载供电;没有光伏时，由蓄电池或市电向负载供电。通常用于电网供应不足的地区，可替代柴油发电机的可靠的、清洁和成本低廉的有效解决方案。

2.系统主要组件

1)光伏组件

光伏组件是将太阳光能直接转变为直流电能的发电装置，根据用户对功率和电压的需求，通过串并量得到适合的太阳能电池组件阵列，满足用电需求

250Wp太阳能电池组件基本参数

序号 项目 单位 技术参数 备注

1 太阳电池种类 多晶硅

1650×992×52 mm 光伏组件尺寸结构 0 3 kg 19.5 光伏组件重量

电参数

1 最大输出功率 Wp 250

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250Wp太阳能电池组件基本参数

序号 项目 单位 技术参数 备注 2 最大功率偏差 ?3% 3 开路电压(Voc) V

37.2 4 短路电流(Isc) A 8.8 5 最佳工作电压 V 31.7 6 最佳工作电流 A 7.92 7

组件全面积光电转换效率 % 14.66 8 反向电流能力或组串直流保险规格 A 15 9

填充因素FF 0.76 11 开路电压温度系数 %/K -0.37 12 %/K +0.06 短路电流温度系数

13 功率衰降 (1) 第1 年功率衰降 % ?2 (2) % ?10 前10年功率衰降

(3) 25年功率衰降 % ?20 极限参数

1 工作温度范围 ? -40,+85

2)逆变器

逆变器是将直流电变换为交流电的设备，并网型逆变器是光伏发电系统中的重要部件之

一。

摘 要

随着社会生产的日益发展，对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。地球中的化石能源是有限的，总有一天会被消耗尽。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。可再生能源是满足世界能源需求的一种重要资源，特别是对于我们这个人口大国来讲更加重要。其中太阳能资源在我国非常丰富，其应用具有很好的前景。

光伏并网发电系统是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过并网逆变器将直流电变为与市电同频同相的交流电，并回馈电网。

光伏并网发电系统的核心技术是并网逆变器，在本文中对于单相并网逆变器硬件进行了建摸及设计。给出了硬件主回路并对各部分的功能进行了分析，同时选用TI公司的DSP芯片TMS320F2812作为控制CPU，阐述了芯片特点及选择的原因。并对并网逆变器的控制及软件实现进行了研究。文中对于光伏电池的最大功率跟踪(MPPT)技术作了阐述并提出了针对本设计的实现方法。最后对安全并网的相关问题进行了分析探讨。文章的主要内容如下:

1.目前国内外光伏发电的现状和发展前景，并对光伏并网发电系统的功能、分类和特点作了简单介绍，对光伏并网发电系统建立了一个总体认识。

2.研究了光伏电池的基本发电原理和输出特性。重点研究了光伏电池的输出特性和其影响因素，并得出相应的结论。

3.并网逆变器主要包括DC/DC及DC/AC两部分，文中分析了各部分设计重点，明确了选用TI公司的DSP芯片TMS320F2812作为控制CPU的原因及优点，同时给出了控制及软件实现方法。

4.光伏电池发电输出是非线性的，存在输出最大功率(CMPPT)跟踪问题。本文阐述了常用的最大功率点跟踪方法，并结合本设计提出了改进方法。使光伏电池工作于最大输出功率点上，获得高效功率输出。

5.在实际太阳能并网发电系统中，太阳能电池的输出及电网的电压是不断波

（敬请用户使用前应详细阅读此使用说明）

深圳市普顿电力设备有限公司

使

用

说

明

书 1

请严格依照以下说明使用或安装：

1、安装逆变电源时要专业人员操作或当地经销商协助完成。

2、确认输入直流电压范围是否符合要求即+15% ，电源极性是否正确。

3、确认负载设备电压等级，功率应不大于逆变电源额定输出功率。

4、勿将液体流入逆变电源内部，或用湿布擦机器外壳。机器运行时人体不能直接接触逆变电源输入输出端子，尤其是湿手，否则造成触电伤害。

5、正常运行的逆变电源如需变动其工作环境，不可自行改变其连线，应由专业人员或经销商确认操作。

6、逆变电源运行环境应在通风良好、温度范围-20至45度环境使用，应远离明火源以及日光直射的位置。不能在结露，灰尘环境下运行。在使用过程中有一定的发热量属正常现象、但要保持安装环境的通风散热、干净清洁，特别不能阻塞通风孔。

7、未成年人不得使用本产品。

8、确认逆变电源地线可靠连接，火线和零线不能接反，线径应符合安全使用条件，连接线尽可能缩短。

9、请不要自行打开逆变电源机箱，否则我方将不承担保修事宜。

10、请保存好本说明书，作为日后参阅。

注意:

A、未经许可本产品不可以用于维持生命的设备。

B、本逆变电源不适宜用于超高精密电子设备，需先经专业技术人员确认方可投入运行。

C、如果用于计算机负载，计算机的内置电源应选用品牌电源。

警告！

严禁蓄电池反接，严禁火线和零线接反。

严禁在有易燃性、易爆性气体的环境下使用，谨防火花！

连接顺序，务必是先接蓄电池，后接电池板；严禁颠倒顺序。

2

一、普顿PD系列太阳能逆变电源介绍

本系列逆变电源结合目前逆变电源的优点和缺点进行升级优化、全面改进，并且采用最新的工频逆变电路方案而设计，具备高转换效率、高稳定性、超低损耗、超强带载能力、超强抗干扰能力的特性；可为商业、工业、民用、军用、电信设备等提供可靠的正弦波交流电源。适用于直流电压为DC12V，DC24V，DC48V，DC72V的光伏离网发电场合，主要用于空调、电视、收银机、冰箱、洗衣机、电脑、电动工具、照明、工业设备、电信设备等各类负载。