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离网太阳能系统设计中的电源电子解决方案

上网日期: 2012年11月20日 ?? 作者: Stephen Stella ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:电源电子系统? MPPT? 电源轨?

光伏太阳能安装成本的迅速下降使此技术逐渐成为支持离网应用的实际解决方案。美国国家可再生能源实验室(NREL)在2010年计算的太阳能系统安装成本略高于7美元/瓦,而SolarBuzz表示系统定价正向每千瓦时15.50美元发展。这是整个系统的定价,包括太阳能电池、能量存储设备以及充电器和逆变器电源电子装置。

从便携式公路施工标志和闪光指示灯,到偏远的泵站和通信网络,离网应用看起来有无尽的机遇。成本过高正是此类项目实施的主要障碍,而不断降低的价格正逐步打破这样的屏障,使项目的实施变得切实可行。

本文将着重介绍电源电子系统,以及在设计离网太阳能系统时需要牢记的一些关键机遇和权衡利弊。在解决大多数系统级问题时,最简单的方式通常是从最终应用要求开始,然后回过头来确定和定义整个系统,并确定系统的规模。

负载

负载几乎可以是任何设备,但离网应用之所以离网是有原因的。应用可能需要是便携式的,如施工信息标志或简单的危险报警闪光灯。考虑到其便携性,将每个负载都接入电网明显不可行。或者,也许应用位于偏远地点,如蜂窝通信塔或偏远泵站。

我们首先应该确定在开发离网太阳能解决方案时需要考虑的一些关键因素。图1给出了高阶系统框图。使用能量平衡方法时,关键是了解负载,包括其类型和随时间表现出的特性。

离网太阳能系统设计中的电源电子解决方案(电子工程专辑)
图1:高阶系统框图


首先要确定负载类型和所有特殊要求。是恒定负载还是可变负载?是仅在白天使用还是仅在夜晚使用?是间断使用还是持续使用?了解负载类型及其特性有助于确定系统的实现方案。例如,施工危险报警闪光器通常是恒定脉动负载,可能仅需要在夜晚使用。因此,我们应该在白天对这些负载充电并确定电池的容量,然后在夜晚运行这些负载。信息标志可能是脉动负载,但在白天和夜晚都需要运行。在这种情况下,系统需要确定为在白天支持恒定负载运行,同时对电池组充电以支持整晚连续运行。同样,泵负载需要日夜工作,而且不一定是恒定负载。这里,系统需要能应对最坏情况,或者需要备用系统来解决最坏情况。例如,用于排除雨水的泵站可能并不非常适合离网太阳能应用,因为下雨时没有多少阳光可对电池充电。很明显,能采用的负载类型几乎无穷无尽,图2仅列举了上面讨论过的一些负载类型。

离网太阳能系统设计中的电源电子解决方案(电子工程专辑)
图2:常见负载类型


在给定幅值和频率以及工作特性的情况下,关键是了解平均日负载。当充分了解负载和工作条件之后,指定能量存储要求就变得简单直接了。


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