50kW太陽能光伏發電供電系統優化設計研究

摘 要：科學技術向清潔能源轉向，是新型的可再生能源被發現并應用于社會各個領域中。太陽能電源作為取之不盡的新型清潔能源正逐漸推廣應用。為提高本太陽能的使用效率，論文針對50kW太陽能光伏發電供電系統的優化設計展開研究。

關鍵詞：太陽能；50kW；太陽能光伏發電供電系統；蓄電池；優化設計

為了促進人與自然的協調可持續發展，科技領域開始致力于可再生的清潔能源利用。太陽能是源自于太陽的天體能源，屬于是用之不竭的能源，利用太陽能發電，不僅具有可再生性，而且還不會污染生態環境。50kW太陽能光伏發電供電系統就是將太陽能轉化為電能的系統，針對其優化設計進行研究，有助于提高太陽能的利用率。

1 50kW太陽能光伏發電供電系統

50kW太陽能光伏發電供電系統的設計包括硬件系統的設計和容量系統的設計。硬件系統的設計是太陽能組件設備的設計，包括支架、控制測量系統、防雷設備以及配電設備的設計，還要考慮到逆變器以及電纜的選擇。容量系統設計為蓄電池以及電池組件的應用，基于全年內能源使用情況而設計。

50kW太陽能光伏發電供電系統是運用光伏太陽能發電，系統利用半導體界吸收面光能，光能發生光生伏特效應而轉變為電能。這個將光能轉變為電能的技術是對太陽所釋放的能源的充分利用。為提高系統的發電供電效率，就要注重充放電控制器以優化設計，使得蓄電池能夠持續穩定地運行。對50kW太陽能光伏發電供電系統要做到有效控制充電脈沖，才能夠延長蓄電池的使用壽命。

2 太陽能便攜式電源的工作原理

太陽能便攜式電源是一種被研制出來的新型電源，技術原理上，是將電能儲存器中所儲存的電能轉換為電參數，使得電源的應用范圍得以擴大。（太陽能便攜式電源的工作原理見圖1。

從太陽能便攜式電源的工作原理圖來看，打開按鍵K1后，電能儲存器通過轉換器的電壓輸出模塊輸出8.4伏的電壓，且電壓和經過轉換之后，成為5伏電壓，1.5安培的電流從輸出模塊中輸出；閉合按鍵K1后，電能儲存器所輸出的8.4伏電壓經過轉換器轉換之后，成為電參數，經過輸出模塊轉換成22伏電壓、輸出電流為5安培，擴寬了太陽能便攜式電源的輸出范圍。應用領域中，太陽能便攜式電源將電能的轉換范圍擴寬，使其應用范圍也得以擴寬。

3 蓄電池組的設計

50kW太陽能光伏發電供電系統使用蓄電池儲存能源。蓄電池通常都處于浮沖的狀態之下，電壓隨著太陽能電池的發電量以及電量使用情況而有所變化。蓄電池要處于正常的工作狀態，要求所容納的電量要高于負載所需要的電量。目前中國的50kW太陽能光伏發電供電系統普遍會選擇VRLA 蓄電池，由于這種蓄電池具有免維護性且在運行中幾乎不會釋放出環境污染物，因此而在50kW太陽能光伏發電供電系統中使用。

50kW太陽能光伏發電供電系統所使用的蓄電池為串聯的蓄電池，以使蓄電池轉換的電能達到負載所需要的標稱工作電壓。關于所需要串聯的蓄電池個數，則是根據負載所需要的電壓來決定。蓄電池串聯的個數為負載的標稱電壓除以每一個蓄電池的標稱電壓，公式如下表示：串聯蓄電池數=負載的標稱電壓/每一個蓄電池的標稱電壓

串聯蓄電池數確定之后，還要確定并聯單體蓄電池的數量。在具體應用中，應該盡量選擇串聯單體蓄電池，并聯蓄電池的數量要盡量減少，通常小于4組蓄電池為宜。

4 50kW太陽能光伏發電供電系統的檢測設計

4.1 太陽能電池板的開路電壓檢測設計 太陽能電池板的開路電壓的檢測通過太陽光照和溫度的變化就可以做出判斷。當太陽能的蓄電池處于負極斷開狀態的時候，就可以與控制器建立連接，檢測沒有建立連接的電壓問題。檢測中需要將電壓信號轉換為電頻信號，選用v/F信號轉換芯片就可以實現這一轉換功能。信號轉換中，所輸出的電頻信號會在光耦的作用下轉換為頻率信號從輸入端口輸入，控制器可以在這里對轉換進行采集。

4.2 太陽能蓄電池的電壓檢測設計 太陽能蓄電池的額定電壓為220伏。在對電壓進行檢測的時候，要將電壓的額度界定在5伏以內。在處理電壓信號的時候，電壓的采集可以通過輸入端口獲得，當電壓信號在控制器的端口進行數字化轉換的時候，就可以進行采集工作了。

4.3 太陽能負載的短路過流檢測設計 如果負載在獲得電力的過程中出現了過流，就要使用控制器對電流進行控制，主要的方法是關斷軟件或者是硬件，切斷負載電路。正常工作狀態環境下，負載的負極連接蓄電池負極。隨著負載電流的提升，當額定電流達到原有負載電流的1倍的時候，如果持續時間超過半分鐘，電壓信號就會經過I/D端口而形成低頻信號。如果額定電流得到了原有電壓的1.2～1.5倍，如果持續時間超過10秒鐘，也會達到同樣的效果。發揮控制作用的設備為MOS管，可以在額定電流超過規定的電壓額度的時候，就會切斷負載。如果信號傳輸的過程中處于電壓不穩定狀態，就會出現額定電流短時間內提升2倍之多的瞬間電流而導致負載短路。因此，要使用MOS管快速斷開負載，以對負載實施必要的保護。

5 總結

綜上所述，50kW太陽能光伏發電供電系統的設計需要考慮到多方面的因素，以確保系統所輸出的電能能夠充分滿足負載的需求。50kW太陽能光伏發電供電系統目前的新型系統設計可以選用便攜式電源，可以提高發電供電效率。但是在系統具體運行中，則要考慮到蓄電池組的設計以及系統檢測設計工作，以確保系統穩定運行。

參考文獻：

[1]縣永平.常用3kW太陽能光伏發電系統設計方案[J].甘肅科技，2011，27（09：69-70、73.

作者簡介：張少佩（1980-），女，河北保定人，供職于英利能源（中國）有限公司，大專，技術主管，主要負責太陽能發供電電站設計，太陽能戶用系統設計等。