太阳能光伏应用：离网型光伏系统

离网型光伏系统与公共电网没有直接的联系，其规模小至几百瓦的照明电源，大致上百千瓦的独立光伏电站。这种系统特别适用于岛屿、深山、荒漠、大草原等偏远无电地区，也适用于城市中铺设线路困难且成本高的场所用电，如书报亭、岗亭、高速公路的路灯及指示灯和沿途休息场所的用电等。零售的太阳能草坪灯、太阳能计算器中的电源也是该系统技术的应用。由于离网型光伏系统除了太阳能外在没有必要的情况下无需外界能源支持，因此它还可用作空间站电源。

离网型光伏系统在我国早已有应用，1976年建于华山气象站的600Wp小型离网型光伏系统就是一个典型的应用案例，如图11．6所示。

离网型光伏系统可分为直流和交流两种类型。

1）直流离网型光伏系统

直流离网型光伏系统大多数用于照明，如草坪灯、路灯、航标灯、交通警示灯等，并且多数与直流灯具结合采用直流供电形式，如图11．7和图11．8所示。这种系统比较简单，通常由太阳电池、蓄电池和充放电控制器或简单的控制电路构成。

图11．7　太阳能草坪灯

图11．8　太阳能路灯

草坪灯属于观赏性照明器具，一般不太注重照明要求和寿命，考虑到成本，通常不配备专用的充放电控制器而是采用简单的控制电路，照明控制则代之以光敏开关。其工作原理如图11．9所示。

图11．9　太阳能草坪灯的主要构成和原理

图11．10　太阳能路灯的主要构成和原理(www.xing528.com)

太阳能路灯工作原理与太阳能草坪灯有相似之处，但是由于路灯照明对照明时间长短、时间段、照度以及照明安全都有着比较严格的要求，而且往往需要根据用户的要求，解决连续阴雨天的情况下不间断供电的问题，因此需选用优质长寿的蓄电池，并配以充放电控制器，以防蓄电池过放电后影响寿命。通常在设计上还需考虑照明控制电路。其工作原理如图11．10所示。

用于航标灯、交通警示灯的离网型光伏系统其构成与太阳能路灯相似，只是在控制方面需根据各自的特点和使用要求进行设计。

2）交流离网型光伏系统

交流离网型光伏系统对应于交流负载，一般适用于无电地区的生活用电，西部光明工程几乎都采用了这种系统，如图11．11所示。

图11．11　西藏30kWp离网型光伏电站的太阳电池方阵

该系统主要由太阳电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、配电柜等组成，由于系统功率基本上都在几十千瓦至上百千瓦之间，太阳电池串联组数较多，因此还需要配置直流汇流箱，而逆变器通常要采用1台大功率的，从而可省略交流汇流装置。其主要构成和原理如图11．12所示。通过技术改进，目前多数把充放电控制和逆变做成控制逆变一体机。

图11．12　交流离网型光伏系统的主要构成和原理

交流离网型光伏系统的重要课题是如何根据用户的要求解决连续阴雨天的情况下不间断供电的问题。因此，当太阳电池功率规模确定后，蓄电池的配置容量往往成为设计人员的主要课题，设计过大则成本太高，设计过小则蓄电不足。由于对环境保护日益重视，在设计中还要考虑尽量采用长寿命、无二次污染、可再生利用的蓄电池。蓄电池在充放电过程中还要消耗相当一部分电能，包括其自放电的损耗，蓄电系统的总体效率一般为75%～80%，导致离网型光伏系统总体效率下降到65%甚至更低，因此在能采用辅助电源的情况下，一般应避免采用由大量蓄电池支持的离网系统，而是采用由辅助发电设备与适量蓄电池配合的形式，如图11．13所示。

图11．13　带辅助电源的交流离网型光伏系统的主要构成和原理

西藏自治区定日县扎果乡30kWp独立光伏电站是典型的离网型光伏系统技术的应用案例。该系统由30．24kWp太阳电池、220V×1 000Ah×3组蓄电池、33kW充放电控制器1台、35kW逆变器1台、35kW交流配电柜1台构成。太阳电池方阵采用了240块126Wp的太阳电池，每16块组成1串，共15串，通过汇流箱汇流后接入到充放电控制器和逆变器，逆变器输出的220V低压交流电通过交流配电柜提供给负载。