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光伏充电系统设计

作者:博马会官方网站    发布时间:2020-08-06 06:06    

  光伏充电系统设计 关键词:太阳能 光伏发电 蓄电池 充电 1 绪 论 太阳光是一种可再生资源,具有分散的特性,很容易获取,太阳能电池发电系 统被广泛的使用,很适合作为独立的能源。太阳能充电器拥有很高的使用价值。它 的永久性、分散性、环保性等特性让新能源的开发拥有能广阔的创新空间。 本次设计使用的是太阳能电池,一块太阳能电池通常只能产生大约 0.5V 电压, 可实际应用所需要的电压远远不止这点。通过把太阳能电池连接成组件,可以实现 实际应用的需求。太阳能电池组件是由一定数量的太阳能电池组成的,通过导线连 接。在每一个太阳能电池组件上,太阳能电池的标准数量是 36 片(10cm×10cm), 这也就是说一个太阳能电池组件能产生 17V 左右的电压,刚好能实现为一个额定电 压为 12V 的蓄电池有效的充电。 常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。市面上常用的三种硅太阳能电池:单 晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。为了降低生产成本,现 在地面上通常采用的是太阳能级的单晶硅棒,材料性能容易达到指标。产品的单晶 体硅太阳能电池的光电转换效率为 13 - 15%。实验室结果已超过 20%。 光伏充电系统主要是为了实现太阳能转化为电能,利用单片机控制指示灯,太 阳能电池给蓄电池充电的过程的目标。 2 1 1.1 设计要求 设计一个由光伏电池(电压 12V 电的充电电路[2,5]。 系统方案 电流 1A)向蓄电池(电压 12V 容量 3Ah)充 (1) 光伏电池(强光下)输出电压大于 12V,直接向蓄电池充电; (2) 光伏电池(弱光下)输出电压小于 12V 会自动转换,由升压电路向蓄电池 充电。 1.2 1.2.1 关于太阳能电池 太阳能电池的原理 太阳能电池能够直接把光能转化成电能是通过光电效应或者光化学效应。 太阳能电池光电效应的工作原理是通过太阳光直射在半导体 p-n 结上,构成新 的空穴-电子对,在 p-n 结电场的作用下,电子由 p→n,空穴由 n→p,接通电路后 就会通过电流。太阳能发电方式方式有两种, 1.光—热—电转换方式,2.光—电。 1.2.2 太阳能电池组件 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,可以 防腐、防风、防雹、防雨等,被广泛使用在很多领域 [3,4]。在使用领域需要较高不能 满足要求时(通常需要较高的电压和电流)。用多个组件来组装成太阳能电池方阵, 这样就能得到所需要的电压和电流。组件的电气特性主要是指电流电压输出特性, 又称为伏安特性曲线 所示。由 V-I 特性曲线我们可以看出通过太阳能电 池组件传送的电流 Im 与电压 Vm 的关系。 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=V×I。 当太阳能电池组件的电压升高,输出功率亦从 0 开始增加;当电压达到一定值 时,功率可达到最大,这是当耐药性的不断增加,电力将跃过最大点,并逐渐减少 到零,电压达到 VOC。太阳能电池组件的输出功率达到最大点,称为最大功率点; 该点为最大功率 Pm;对应的电压称为最大功率点电压 Vm(又称为最大工作电压); 该点对应的电流称为最大功率点电流 Im(又称为最大工作电流)。 太阳能电池温度上升,对应的开路电压减少,每升高 1℃对应的每片电池的电 3 压减少 5mV,相当于再最大功率点的典型温度系数为 -0.4%/°C。也就是说,如果太 阳能电池温度每升高 1°C,则最大功率减少 0.4%。综上所述,温度会影响输出功 率,即便太阳辐射量大,如果不通风导致温度上升,也不能输出很大功率。 内辐照度、太阳能光谱的分布和太阳能电池的温度三种因素共同决定了太阳能 电池组件的输出功率。太阳能电池组件的测量标准条件其是: 光谱福照度 大气质量系数 太阳电池温度 1000W/㎡ AM1.5 25°C 1.2.3 硅太阳能电池 根据设计要求,根据设计要求,光伏电池( 12V/1A ),向蓄电池(12V/3AH ) 充电。相关资料显示:蓄电池为 12V,太阳能电池板为 15—18V。单晶硅太阳能电 池的最大功率有 5W、10W、15W、20W、25W、30W 等。由于单晶硅太阳能电池的最大 功率在 20W 以下的电流都小于 1A。一个组件上的太阳能电池的标准数量是 36 片 (10cm×10cm),也就是说一个太阳能电池组件大约能产生电压大约为 17V,刚好能 为蓄电池(额定电压为 12V)进行有效充电。因此最合适的是 20W 的单晶硅太阳能 电池。表 1-1 为太阳能电池性征比较: 表 1-1 太阳能电池性征比较 单晶体硅 初级生产过程 特征 损耗量 厚度 生产周期时间 光电转换率 总成本/每 10 兆瓦 在高温环境下的性 能 在低光环境下性能 差 长形薄片状 圆形芯片 需要循环 200 微米 长 15~18% $35—45mn 差 多晶硅 铸成薄片 方形芯片 废弃物少 240 微米 中 13~16% $30—40mn 差 差 非晶硅薄膜 喷涂 在惰性基质物料上 加上涂层 废弃物有限 3 微米 短 6~8% $15—30mn 好 好 4 图 1-1 为 V-I 特性曲线V 图 1-1 V-I 特性曲线W 单晶硅太阳能电池组件参数: 工作温度:-45~+80°C 相对湿度:100% 组件尺寸 L ? W ? H:621 ? 281 ? 28(mm) 孔径尺寸:4-Φ 6.4(mm) 重量:~2.2(Kg) 标称功率 Wp:20(W) 最佳工作电压 Vmp:18(V) 最佳工作电流 Imp:1.1(A) 短路电流 Isc:1.18(A) 开路电压 Voc:21.6(V) 1.3 蓄电池的概述[7] 蓄电池的作用是能把有限的电能储存起或者向用电设备供电,它的工作原 理就是把化学能转化为电能。太阳能电池充


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