智能电源设计说明：太阳能系统

安装光伏系统可以减少电力消耗，并有助于减少二氧化碳排放到环境中。

到达地球的太阳辐射源于太阳中所含氢的聚变过程，这样的能量并不总是到达地球的表面。在一天中，随着季节的变化，其数量取决于：云量、入射角、现场位置、障碍物、气候条件和表面反射。一平方米的水平面所受到的辐射称为全球辐射，是直接辐射和扩散辐射之和的结果。

最大辐射之和是在倾角约为30°的朝南表面上获得的。倾斜45°且朝向东南或西南的覆盖层记录的年平均全球辐射减少不到百分之五（5%）。

图1：光伏发电潜力（来源：世界银行集团）

光伏板

当光线照射到构成光伏电池的半导体材料薄层（PN结）上时，光子，即构成太阳光的能量粒子，将能量传递给电子。材料立即开始向特定方向移动，产生直流电；其他模块或电池的其他电流可以加入，直到它们达到特定用途所需的功率。

光伏电池是薄的，平坦的层连接，或者可以通过制造一个均匀的薄膜来获得，这种薄膜是通过将粉碎的材料直接分布在支架上而获得的。

太阳能电池是光伏系统的主要组成部分。每个电池可以产生三（3）到六（6）瓦的功率。更多的太阳能电池形成一个模块，更多的模块形成一个光伏板。

图2：光伏组件和电气连接

在组件中，由于不可避免的制造差异，光伏电池并非全部相同，因此并联的两块电池可能没有相同的电压。因此，循环电流从高电压单元块产生到低电压单元块。因此，模块产生的一部分功率会在其中消失（失配损耗）。

太阳能电池板的功率用峰值瓦特（Wp）表示。这是太阳能电池板在25°C时提供的电力，其光线与太阳相似，功率为每平方米1000瓦。

这个标准尺寸允许你将几个面板相互比较：那些峰值功率更高的面板显然会产生更多的电能。最后，可以根据安装地点来评估光伏系统的年产量。

设计特点

与配电网相连的光伏系统的能量尺寸确定除考虑经济可用性外，还应考虑以下方面：安装光伏系统的空间可用性、太阳能的可用性、形态和环境因素（阴影）。

光伏系统的设计原则是最大限度地捕捉可用的年太阳辐射。设计光伏系统的第一步是选择光伏板。它取决于各个制造商提供的规格，例如性能、尺寸、功率和成本，在选择使用哪种型号之前，必须对市场上不同型号的产品进行比较。另一步是定义必须并联以产生所需电流的此类面板的数量，以及串联以产生所需电压的面板的数量。

此外，方向也是需要考虑的另一个方面：光伏板必须安装在与水平方向相关的固定角度（倾斜角度为+/-15°，因为该地点的纬度在冬季或夏季增加了能量生产），或安装在太阳跟踪系统上，以使产量最大化。

在大多数情况下，光伏发电机必须最佳地暴露在阳光下，优先选择朝向南方的方向，并避免阴影现象。根据封装发电机本身的结构约束，采用不同的角度以获得最佳效率。

除了面板，还需要选择逆变器，这是一个对系统性能和成本有很大影响的部件。它还将面板的直流电压转换为交流电。逆变器的选择基于许多参数，如转换效率（输出和输入功率之比）、输入电压、标称和峰值功率、电压调节和保护、电流频率、模块化、功率因数等。

如果光伏系统是一个独立的系统-即隔离的，没有连接到电网-也有必要选择合适的电池或储能和充电控制器，以防止它们过度充电或放电。光伏电池中最常用的蓄电池是铅酸电池，它价格便宜，需要很少的维护。

通常，所使用的系统是并网的，也就是说，它们通过将多余的能量送入智能电网来共享。当光伏系统无法产生能量时，电网系统会有所帮助。在这种情况下，不需要电池。

图3：单相逆变器原理图

修改发电机以适应系统产生的负载，以优化能源。因此，工作点始终对应于最大功率点。为此，在逆变器中使用了称为最大功率点跟踪（MPPT）的受控斩波器，该斩波器会瞬间识别出所提供功率最大的发电机电压和电流值的转矩。