光伏儲能系統(tǒng)基本工作原理：

如果光線照射在太陽能電池上并且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā)，以致產(chǎn)生電子－空穴對。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，將通過空間電荷的電場作用被相互分離。電子向帶正電的N區(qū)和空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運(yùn)動。通過界面層的電荷分離，將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生一個向外的可測試的電壓。此時可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數(shù)值為0.5～0.6V。通過光照在界面層產(chǎn)生的電子－空穴對越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流也越大。

（一）太陽能電池板:

太陽能板目前主流分為單晶和多晶技術(shù)，原多晶硅太陽能板光電轉(zhuǎn)換效率雖稍低，但成本低運(yùn)用比較多。但目前單晶太陽板大大降低了制造成本，因此單晶太陽板成為了主流，大概占總出貨量的98%。繼單晶取代多晶后,光伏行業(yè)又一次走到技術(shù)變革的路口。HJT異質(zhì)結(jié)電池,全稱為“晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池”，HJT單晶硅太陽能的光電轉(zhuǎn)換效率目前可高達(dá)28%，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，單晶硅的目前主流代表技術(shù)為隆基綠能、通威的P型TOPCon、N型HJT電池、P型HJT電池，現(xiàn)中國對太陽能板領(lǐng)域已12次刷新電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄。

太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池板、充電MPPT控制器、逆變器和蓄電池共同組成；為了使太陽能發(fā)電系統(tǒng)能為負(fù)載提供足夠的電源，就要根據(jù)用電器的功率，合理選擇的部件。下面以1000W負(fù)載功率，每天使用4.5個小時為例，介紹一下電池板計(jì)算方法：

1、首先應(yīng)計(jì)算出每天消耗的瓦時數(shù)（包括逆變器的損耗）：若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為90%，則當(dāng)電器功率為1000W時，則逆變器需要輸出功率應(yīng)為1000W/90%=1111W；若每天使用4.5小時，則輸出功率為1111W*4.5小時=5000Wh。  

2、太陽能電池板功率：按每日有效日照時間為5小時計(jì)算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應(yīng)為5000Wh/5h/70%=1200W。其中70%是充電過程中太陽能電池板的實(shí)際效率，算出的功率就是所需配套的太陽能電池板功率。

3、2021年開始，太陽能組件尺寸以2平米以上為主（薄、大趨勢），2.556平米得光伏板峰值功率550瓦左右。計(jì)算得到每平米功率約200多瓦。也就是1平方光伏板是200多瓦左右，100平米光伏板20KW以上。隨著單晶雙面電池板技術(shù)的不斷迭代更新，每平方光伏板輸出功率會來越高。

（二）充電MPPT控制器：

MPPT，即Maximum Power Point Tracking的簡稱，中文為“最大功率點(diǎn)跟蹤”控制器。在一樣的光照條件下，光伏組件在不同的工作電壓會有不同的輸出電流。當(dāng)光伏組件在某個特定電壓工作時，該特定電壓與輸出電流的乘積（即功率）達(dá)到最大值，這個工作點(diǎn)就是最大功率點(diǎn)，也是光伏組件發(fā)電效率最高的時候。

通常情況下，光伏發(fā)電功率會被多種因素影響，比如日照越強(qiáng)，光伏組件輸出功率越大；又如光伏電池溫度越高，光伏組件輸出功率越小。因此，在不同環(huán)境中，光伏組件的最大功率點(diǎn)會隨著實(shí)際情況隨時在變化。MPPT相當(dāng)于光伏組件的大腦，是一個自動尋優(yōu)的過程，能夠?qū)崟r偵測光伏組件的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值，使光伏電站能在不同的日照和溫度環(huán)境下跟蹤最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)輸出最大功率而節(jié)省光伏成本。如下圖，綠色陰影部分為MPPT跟蹤后增加的充電功率。

（三）蓄電池：

電池（Battery）指盛有電解質(zhì)溶液或金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間，能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。具有正極、負(fù)極之分，電池的性能參數(shù)主要有電動勢、容量、體積比能量和電阻。利用電池作為能量來源，可以得到具有穩(wěn)定電壓，穩(wěn)定電流。當(dāng)電池使用一段時間后電壓下降時，可以給他通以反向電流，使電池電壓回升。因?yàn)檫@種電池能充電，可以反復(fù)使用，所以稱它為“蓄電池”。

1、蓄電池的分類：

電池儲能大功率場合一般采用鉛酸蓄電池，主要用于應(yīng)急電源UPS、電瓶車、電廠富余能量的儲存，家用儲能小功率場合采用可反復(fù)充電的干電池：如鎳氫電池，鋰離子電池等。下面我們就來看看儲能電池目前主流是哪些，分別有什么優(yōu)缺點(diǎn)，不同的儲能電池發(fā)揮的作用，下表可以供大家參考和選擇。

	鉛酸電	三元鋰	磷酸鐵鋰
單芯輸出電壓（V）	2	3.6	3.2
充電截止電壓（V)	2.7-2.8V	4.2~4.3V	3.6~3.65V
能量密度（Wh/Kg）	30~40	110~180	80~120
體積比能量（Wh/L）	80	300	260
充放電循環(huán)壽命（次）	300~400	800	>2000
放電率（%/m）	7~8	6~9	1.5~3
快充能力	壞	好	好
抗過充能力	好	壞	壞
安全性	腐蝕性強(qiáng)	壞	好
記憶效應(yīng)	有	沒有	沒有

2、BMS簡介：

從上表可以看出鋰電池抗過充能力較差，成本也比較貴，故對鋰電池安全性能要求較高，所以所有的鋰電池組都有保護(hù)板，這個保護(hù)板即為電池管理系統(tǒng)BMS（Battery Management System），BMS就好似電池的腦部，能夠?qū)崟r收發(fā)電池和外部每個端口的信息,深入分析和加工處理信息后,并傳出執(zhí)行工作命令。

電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)(BMS)的主要功能是監(jiān)控電池的工作狀態(tài)(電池的電壓、電流和溫度)、預(yù)測動力電池的電池容量(SOC)和相應(yīng)的剩余容量，進(jìn)行電池管理以避免出現(xiàn)過放電、過充、過熱和單體電池之間電壓嚴(yán)重不平衡現(xiàn)象，最大限度地利用電池存儲能力和循環(huán)壽命。

如下圖所示:保護(hù)板可以看作是兩個背對背并聯(lián)的二極管，可以單獨(dú)或同時斷開輸入和輸出。

過充：當(dāng)鋰電池電壓超過保護(hù)板過壓保護(hù)電壓時，BMS板斷開充電輸入，在電池電壓降低時恢復(fù)充電輸入；

過放：當(dāng)鋰電池在電壓過低時斷開電池輸出，但可以繼續(xù)充電，并在電壓恢復(fù)時打開輸出。

過熱、溫度低:電池過熱時BMS保護(hù)板斷開輸入輸出，溫度過低時斷開充放電保護(hù)鋰電池。

 

3、電池容量AH：

電池的容量表示電池儲存的電能量多少，它表示在一定條件下（放電率、溫度、終止電壓等）電池放出的電量，即電池的容量，通常以安培*小時為單位（以AH表示），比如：“20AH”是電池容量，“A”是電流（安），“H”是1小時，電池容量如果按20安的電流放電，可以用一小時；如按1安的電流放電，可以放電使用20小時。

 

1. 平常我們說的“48V”是電池組的標(biāo)稱電壓,新電池的電壓略比標(biāo)稱電壓高5%—10%左右。

2. 電芯串聯(lián)升高電壓，并聯(lián)才提升電組池容量；

3. 蓄電池容量換算WH（KWH 或“度電”）：

蓄電池容量AH×電壓V=瓦時（WH）

 

1000WH = 1KWH = 1度電

 

譬如我們公司2500W家儲使用的電池PACK規(guī)格為：

48V/52AH電池PACK換算 = 48V×52AH=2496Wh≈2.5KWh =2.5度電

60V/100AH電池PACK換算 = 60V×100AH=6000Wh= 6 KWh= 6  度電

 

舉例電池選型：蓄電池容量AH×電壓48V= 逆變器功率輸出功率P×(10～12H)，例如帶500W電器工作10小時所需蓄電池容量=500W×10H/48V ×2(電池容量利用系數(shù))=208Ah≈200Ah，該電池容量換算成WH即為：200Ah*48V=9600WH=9.6KWH≈10度電 （1KWH=1度電）

 

4、電池放電速率：

電池額定容量為C，平常所說2C,1C,0.5C,0.2C是電池放電速率：表示放電快慢的一種量度。電池容量1小時放電完畢，稱為1C放電；5小時放電完畢，則稱為1/5=0.2C放電。一般可以通過不同的放電電流來檢測電池的容量。對于容量為24AH電池來說，2C放電電流為2*24（電池容量）=48A，放電時長只能0.5小時 ；0.5C放電電流為24AH×0.5=12A，可放電2小時。

一般來說，鋰電池的放電速率超過原來規(guī)定的放電速率，會影響電池的壽命，極端情況下會造成電池?fù)p壞的危險(xiǎn)。一般根據(jù)不同的電池類型或電池使用要求，放電率為0.5C、1C、2C、5C、10C等，放電速度越快電池容量衰減會越快，使用壽命也更短。

（四）光伏并網(wǎng)逆變器工作原理

太陽電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電之后，直接進(jìn)入公共電網(wǎng)，光伏電池方陣所產(chǎn)生的電力除了供給自用的交流負(fù)載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)。在陰雨天或夜晚，太陽電池組件沒有產(chǎn)生電能或者電能不能滿足負(fù)載需求時，就由電網(wǎng)供電。由于太陽能發(fā)電直接供入電網(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，減少了能量的損耗，并降低了系統(tǒng)的成本。

 

當(dāng)然，單獨(dú)運(yùn)行的前提是太陽能電池陣列在當(dāng)時能夠提供足夠的功率。若負(fù)載太大或日照條件較差，則逆變器無法輸出足夠的功率，太陽能電池陣列的輸出電壓即會下降，從而使輸出交流電壓降低而進(jìn)入低壓保護(hù)狀態(tài)。

 

光伏并網(wǎng)逆變器的作用

逆變器不僅具有直交流變換功能，還具有最大限度地發(fā)揮太陽電池性能的功能和系統(tǒng)故障保護(hù)功能。歸納起來有自動運(yùn)行和停機(jī)功能、最大功率跟蹤控制功能、防孤島運(yùn)行功能、自動電壓調(diào)整功能、電流檢測功能等。

 

1、自動運(yùn)行和停機(jī)功能

早晨日出后，太陽輻射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，太陽電池的輸出也隨之增大，當(dāng)達(dá)到逆變器工作所需的輸出功率后，逆變器即自動開始運(yùn)行。進(jìn)入運(yùn)行后，逆變器便時時刻刻監(jiān)視太陽電池組件的輸出，只要太陽電池組件的輸出功率大于逆變器工作所需的輸出功率，逆變器就持續(xù)運(yùn)行；直到日落停機(jī)。

 

2、最大功率跟蹤控制功能

太陽電池組件的輸出是隨太陽輻射強(qiáng)度和太陽電池組件自身溫度（芯片溫度）而變化的。另外由于太陽電池組件具有電壓隨電流增大而下降的特性，因此存在能獲取最大功率的最佳工作點(diǎn)。太陽輻射強(qiáng)度是變化著的，顯然最佳工作點(diǎn)也是在變化的。相對于這些變化，始終讓太陽電池組件的工作點(diǎn)處于最大功率點(diǎn)，系統(tǒng)始終從太陽電池組件獲取最大功率輸出，這種控制就是最大功率跟蹤控制。太陽能發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器的最大特點(diǎn)就是包括了最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）這一功能。

 

3、電網(wǎng)檢測及并網(wǎng)功能

并網(wǎng)逆變器在并網(wǎng)發(fā)電之前，需要從電網(wǎng)上取電，檢測電網(wǎng)送電的電壓、頻率、相序等等參數(shù)，然后調(diào)整自身發(fā)電的參數(shù)，與電網(wǎng)電參數(shù)同步一致，完成之后才會并網(wǎng)發(fā)電。

 

4、零（低）電壓穿越功能

當(dāng)電力系統(tǒng)事故或擾動，引起光伏發(fā)電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓出現(xiàn)電壓暫降，在一定的電壓跌落范圍內(nèi)和時間間隔內(nèi)，光伏發(fā)電站能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。

 

5、孤島效應(yīng)的檢測及控制

在正常發(fā)電時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)連接在大電網(wǎng)上，向電網(wǎng)輸送有功功率，但是，當(dāng)公用電網(wǎng)斷電時，電網(wǎng)側(cè)相當(dāng)于短路狀態(tài)，此時并網(wǎng)運(yùn)行的逆變器將由于過載而自動保護(hù)。當(dāng)MCU檢測到過載時，除封鎖SPWM信號外，還將斷開與電網(wǎng)連接的斷路器。逆變器出現(xiàn)孤島效應(yīng)時，會對人身安全，電網(wǎng)運(yùn)行，逆變器本身造成極大的安全隱患，因此逆變器入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，光伏并網(wǎng)逆變器必須有孤島效應(yīng)的檢測及控制功能。

 

6、防逆流控制：

在電力系統(tǒng)中，一般都是由配電變壓器向電網(wǎng)內(nèi)各負(fù)載送電，稱為正向電流。安裝光伏電站后，當(dāng)光伏系統(tǒng)功率大于自用負(fù)載的功率時，消納不完的電力要送入電網(wǎng)，由于電流方向和常規(guī)電網(wǎng)電流相反，即稱為“逆流”。正常光伏發(fā)電系統(tǒng)是將光伏組件直流電轉(zhuǎn)變成交流電并入電網(wǎng)；帶防逆流的光伏系統(tǒng)是光伏發(fā)的電僅供給本地負(fù)載使用，防止光伏系統(tǒng)發(fā)出的電送入電網(wǎng)。電流互感器采樣電網(wǎng)中的電流信號送給逆變器，結(jié)合逆變器原有的電網(wǎng)電壓采樣(幅值和相位)判斷和計(jì)算出光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)前的功率大小和流向再做出具體的調(diào)整措施，做到對光伏發(fā)電系統(tǒng)的當(dāng)前輸出功率進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)。由于調(diào)節(jié)是實(shí)時的，故可以保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能不饋入公共電網(wǎng)的同時實(shí)現(xiàn)最大可能的自發(fā)自用，不浪費(fèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能。