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无线电电子与电气工程百科全书 >带电池的家用光伏系统。 无线电电子电气工程百科全书
带电池的太阳能系统可以为许多电器供电，前提是它们的能耗不超过发电机的功率。 因此，有必要正确确定系统的功率。 这个方向的第一步是规范，即系统的技术描述。
能量计算 在设计家庭光伏系统时，首先需要列出家里所有电器的清单，找出它们的耗电量并将其添加到清单中。 下表列出了部分电器的平均耗电量，供参考。 然而，必须记住，这些只是粗略的估计。 要计算逆变器系统（对于交流电器）的功耗 (E)，必须进行修正（将平均功耗乘以系数 C 以获得总功率）。
用于操作其他电器 - 冰箱、熨斗、风扇、电炉等。 您将需要一个更大、更昂贵的系统。 由于这些系统没有统一的标准，而是取决于消费者的具体需求，因此必须由专家进行计算。 其次，有必要估算一天中使用某些电器的时间有多少。 例如，客厅的灯泡每天燃烧 10 小时，而食品储藏室的灯泡则仅燃烧 10 分钟。 将此数据记录在下表的第二列中。 然后创建第三栏，在其中输入每日能量需求。 要确定它，您需要将设备的功率乘以其运行时间，例如：27 W x 4 小时 = 108 Wh。 将结果数字写在第三列中 - 这是您每天的总能量消耗。
接下来，您需要确定给定区域内可以依靠的太阳能量。 这些数据通常可以从当地的太阳能电池板供应商或水文气象站获得。 重要的是要考虑两个因素：年平均太阳辐射及其在最恶劣天气条件下的月平均值（请参阅“太阳辐射”一章中的一般信息）。 借助第一个值，光伏系统可以根据年平均太阳辐射进行调整，即在某些月份会出现超出所需的能量，而在其他月份则会出现较少的能量。 如果您采用第二个数字，则除了极长的恶劣天气之外，您将始终至少有足够的能量来满足您的需求。 现在您可以计算出光伏组件的标称功率。 将能耗值（瓦时/天）乘以 1,7 倍以校正系统中的能量损失，然后除以太阳辐射量（瓦时/天），例如 280（瓦时/天）x 1,7 .5 / 96,2（瓦时/天）= 50 瓦。 不幸的是，光伏组件标称功率的选择是有限的。 使用50W模块，您可以构建100W、150W、95W发电机等。 如果功率要求为 XNUMXW，则两模块系统最适合。 如果模块的总功率与您的计算值相差很大，则您将不得不使用功率不足或功率太大的发电机。 在第一种情况下，光电池将无法满足总能量需求。 由您决定部分满足您的需求是否适合您。 在第二种情况下，您的电力将会过剩。 电池尺寸取决于能量需求和光伏模块的数量。 在所示示例中，最小电池容量为 60 Ah，最佳电池容量为 100 Ah。 这样的电池在1200V电压下可以储存12Wh的电量。在上述情况下，当每日能耗为280Wh时，这足以供电。
恒压 过去，几乎所有光伏系统都采用12V恒压。直接由电池供电的12V设备被广泛使用。 现在，随着高效可靠逆变器的出现，电池越来越多地使用 24 V。如今，电气系统的电压由白天的每日能量输入决定。 每天产生和使用少于 2000 Wh 电量的系统最好与 12 V 结合使用。每天产生 2000-6000 Wh 电量的系统通常使用 24 V。每天产生超过 6000 Wh 电量的系统则使用 48 V。 电源电压是影响逆变器、控制器、充电器和接线参数的一个非常重要的因素。 一旦购买，所有这些组件都很难更换。 系统的某些组件（例如光伏模块）可以从 12V 切换到更高电压，而其他组件（逆变器、接线和控制装置）则针对特定电压而设计，并且只能在此范围内工作。 电池组 电池储存太阳能模块产生的能量。 电池可以补偿恶劣天气或过度功耗（中期存储）的情况。
最常用的是汽车电池，其价格实惠且在世界各地都有供应。 然而，它们被设计为在短时间内承载大电流。 它们无法承受太阳能系统典型的长充放电周期。 工业产生所谓的。 满足这些要求的太阳能电池。 它们的主要特点是对循环操作的敏感性低。 不幸的是，只有少数发展中国家生产这种电池，而且由于运输成本和关税，进口电池价格太贵。 在这种情况下，您可以使用强大的卡车电池 - 这是一个更实惠的选择，尽管必须更频繁地更换电池。 对于大型光伏系统来说，一节电池的容量可能不够。 然后，您可以通过将所有正极和所有负极相互连接来并联多个电池。 连接时需要使用粗铜线，长度最好不要超过30厘米，充电时电池会释放出潜在的爆炸性气体。 因此，您需要提防明火。 然而，析气可以忽略不计，特别是在使用电荷调节器的情况下； 因此风险不会超过与在汽车中使用电池相关的通常风险。 尽管如此，电池仍需要良好的通风。 因此，不要覆盖它们并将它们藏在盒子里。 电池容量以安培小时表示。 例如，100Ah、12V 电池可存储 1200Wh（12V x 100Ah）。 然而，容量取决于充电或放电过程的持续时间。 充电周期以容量指数C表示，例如“C100”表示100小时。 请注意，制造商可以生产不同基期的电池。 当能量存储在电池中时，在存储过程中会损失一定量的能量。 汽车电池的效率约为 75%，而太阳能电池的效率稍好一些。 每次充电-放电循环都会损失电池的部分容量，直到容量减少到必须更换为止。 太阳能电池的使用寿命比强大的汽车电池更长，后者可持续 2-3 年。 电池尺寸 重要的是，电池的大小可以让您存储至少 4 天的能量。 想象一下一个每天消耗 2480 Wh 电量的系统。 将此数字除以 12 伏电压，我们得到每日消耗电量 206 安时。 因此，4 天的存储等于：4 天 x 每天 206 Ah，等于 824 Ah。 如果使用铅电池，则必须在此数字上添加 20%，以便电池永远不会完全放电。 这意味着我们理想的铅蓄电池的容量是989Ah。 如果使用镉镍或铁镍电池，则不需要额外的20%容量，因为定期完全放电不会对碱性电池造成损害。 充电调节器 只有与保护电池免遭过度充电和深度放电的优质充电调节器配合使用，电池才能持续使用数年。 如果电池充满电，调节器会将太阳能模块产生的电流水平降低到补偿自然电量损失的值。 相反，当电池放电至临界水平时，调节器会中断向消费设备供电。 因此，供电突然中断可能不是系统故障造成的，而是这种保护机制的结果。
充电调节器是电子设备，也可能因系统故障或不当处理而受到影响。 更先进的型号配备了保险丝，以防止损坏调节器和其他系统组件。 其中包括防止短路和极性反转（当+/-极反转时）的保险丝、防止电池在夜间放电的阻塞二极管。 许多型号都配备了 LED，用于指示操作状态和系统故障。 在某些型号中，甚至会注明电池电量，尽管很难准确确定。
Инвертор 逆变器将低压直流电转换为标准交流电（120 或 240 V，50 或 60 Hz）。 逆变器的功率范围从 250 瓦（约 300 美元）到超过 8000 瓦（约 6 美元）。 当今的正弦波逆变器产生的电力比当地电网提供给您家的电力质量更好。
还有“改良的”正弦波逆变器 - 它们并不昂贵，但适合大多数家庭任务。 它们会对电子设备和电话产生轻微的干扰，即“噪音”。 逆变器可以充当家庭和公用电网之间的“缓冲器”，允许将多余的电力出售给公共电网。
电缆 避免不必要损失的最佳方法是使用正确的电缆并将其正确连接到设备。 电缆必须尽可能短。 连接不同电器的电线横截面积必须至少为1,6 mm2。 为确保压降不超过3%，太阳能电池组件和电池之间的电缆横截面积必须为每个组件每米0,35mm2（12V系统）或0,17mm2（24V）。 也就是说，两个模块的 1 m 电缆不应更细：10 x 10 x 2 mm0,35 = 2 mm7。 由于大于 2mm10 的电缆难以处理，甚至更难找到，因此有时不得不接受更高的损耗。 如果部分电缆在室外布线，则必须能够抵抗恶劣的天气条件。 它的抗紫外线辐射能力也非常重要。 太阳追踪器 当光伏电池垂直于太阳光线时，光伏组件的工作效果最佳。 与固定光伏组件相比，跟踪太阳可以使冬季年发电量增加 10%，夏季增加 40%。 “跟踪”是通过在太阳后面旋转的移动平台上安装太阳能模块来实现的。 首先，您需要权衡通过跟踪太阳获得的额外能量的好处与安装和维护跟踪系统的成本。 跟踪设备并不便宜。 在许多国家，为少于八块太阳能电池板安装太阳能跟踪没有经济意义（例如在美国）。 当使用八个光伏组件时，如果我们花钱增加电池板的数量，而不是安装跟踪装置，我们将获得更多的电力。 只有八个或更多面板才能使跟踪设备发挥作用。 此规则也有例外：例如，当光伏板直接为水泵供电而不使用电池时，跟踪太阳对于两个或更多模块是有利的。 这是由于技术规格所致，例如为泵电机供电所需的最大电压。 台灯 由于节能灯效率高、使用寿命长，建议在光伏系统中使用节能灯。 荧光灯或新型紧凑型荧光灯 (CFL) 适用于许多应用。 18 瓦 CFL 取代了传统的 100 瓦白炽灯泡。 如果这些灯由直流系统供电，则需要电子镇流器。 镇流器的质量可能相差很大，甚至不能令人满意。 质量差的镇流器会因不断更换灯泡而产生额外成本。 镇流器必须高效、提供大量启动、在低温和低电压 (10,5 V) 下可靠点火，以及针对短路、开路、极性反转和无线电干扰的保护。 尽管大多数紧凑型荧光灯仅使用交流电工作，但一些公司提供由直流电供电的此类灯。 使用寿命和组件定价 经济分析中一个非常重要的因素是光伏系统的寿命。 太阳能电源各部件的寿命是根据近年来获得的经验计算得出的。
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