蔡靜薇 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司清遠供電局

一、光伏發(fā)電原理與并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成

從技術(shù)層面來看，太陽能發(fā)電技術(shù)的原理主要是利用光生符打效應(yīng)，通過太陽能組件部分實現(xiàn)直流電的發(fā)出，若是并網(wǎng)系統(tǒng)就是利用并網(wǎng)逆變器來把這些電能并入到電網(wǎng)中。若是離網(wǎng)系統(tǒng)則是利用太陽能控制器來實現(xiàn)為蓄電池與負載進行充電。值得注意的是，在構(gòu)成并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要是通過太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和普通的電網(wǎng)進行相連，兩者一起進行供電工作。在出現(xiàn)陽光的過程中，逆變器就會把光伏系統(tǒng)中所發(fā)出的直流電逆變?yōu)檎医涣麟?，其中所形成的交流電能夠為交流負載進行供給，并將這些剩余下來的電能輸入至電網(wǎng)系統(tǒng)中，或者把所有的電能全部并入到電網(wǎng)中。在無太陽光的條件下，負載部分的用電均由電網(wǎng)負責(zé)供給。而安裝用戶和國家電網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)并網(wǎng)之后，就可以直接獲得國政策性的相關(guān)補貼，現(xiàn)在國家很多貧困地區(qū)都在研發(fā)光伏扶貧的路徑，也正是基于這種政策的大力支持與大面積推廣。并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)流程如圖1所見。

二、光伏發(fā)電原理何離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成概述

如上述，太陽能發(fā)電技術(shù)的原理主要是利用光生符打效應(yīng)，通過太陽能組件部分實現(xiàn)直流電的發(fā)出，若是離網(wǎng)系統(tǒng)就是利用太陽能控制器為蓄電池與負載部分來實現(xiàn)充電的。在現(xiàn)階段，離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)在構(gòu)成時，離網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)則是通過利用太陽能組件、太陽能控制器、蓄電池所組織構(gòu)成的。在這種情況下，若輸出電源是220V，就要加入逆變器的配置。其主要是通過電子元器件來組成的，不需要應(yīng)用到任何的機械部件。因此，從技術(shù)層面來看，目前的光伏發(fā)電設(shè)備具有極度精煉、壽命長、可靠、安裝維護相對方便等特征。該設(shè)備主要在太陽能建筑、電臺、高速公路、微波通訊、基站等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，同時也可以應(yīng)用在村莊、無電山區(qū)或者海島等領(lǐng)域。離網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體流程如圖2所見。

三、智能停電抄表裝置方案的概述

研發(fā)的智能停電抄表裝置采用離網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，主要包含以下三個部分，太陽能電池，集控制器、蓄電池、逆變器為一體的太陽能控制系統(tǒng)和停電檢測切換控制器。

（一）太陽能電池

在目前的技術(shù)階段，太陽電池作為能夠?qū)⒛芰窟M行轉(zhuǎn)換的光電元件，主要是通過P型、N型半導(dǎo)體接合等組織而構(gòu)成的。半導(dǎo)體的基礎(chǔ)材料通常都是“硅”這種非導(dǎo)電材料，但值得注意的是，若這種半導(dǎo)體材料中摻入了雜質(zhì)，就能夠制作P型和N型半導(dǎo)體，同時通過充分利用P型半導(dǎo)體中的空穴（P型半導(dǎo)體中少了1個帶負電荷的電子則視為增多1個正電荷），和N型半導(dǎo)體增加1個自由電子的電位差來促進電流的產(chǎn)生，因此，在得到太陽光照射的過程中，光能能夠把硅原子中的電子充分激發(fā)出來，從而形成電子與空穴的對流現(xiàn)象，電子與空穴兩者同時由于內(nèi)建電位的具體影響，因此分別被N型、P型半導(dǎo)體吸引，最終聚集在兩端的位置中。在這種情況下，若外部用電極進行連接，則呈現(xiàn)出一個回路，即為太陽電池發(fā)電的技術(shù)原理。本方案采取晶體硅太陽能板，目前該領(lǐng)域的技術(shù)成熟、單位面積轉(zhuǎn)換效率高達（15%—18%）。

（二）太陽能控制系統(tǒng)

太陽能控制系統(tǒng)主要包含控制器、逆變器、蓄電池和各種開關(guān)，指示燈等?？刂破魇枪夥l(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的部分。主要作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過沖、過放保護。但不同的配置控制器的種類和參數(shù)也不相同。通常按電壓電流型號或者是控制類型分類。控制器按控制類型分為PWM類型和MPPT類型，不管什么類型都可以設(shè)計成大功率或小功率?？刂破靼措妷弘娏鞣诸惖燃壢绫?所見。本方案選擇PWM型12V/20A控制器。

圖1 并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖

圖2 離網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖

表1 控制器按電壓電流分類示意表

蓄電池是離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)的重要部件。蓄電池將光伏發(fā)電方陣發(fā)出的直流電貯存起來供負載使用。在新能源的供電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充狀態(tài)。白天太陽能板給蓄電池充電，晚上或者陰雨天負載用電由蓄電池供給。本方案采樣的蓄電池為膠體電池，高低溫特性好，充放電次數(shù)在300-500次。逆變器主要就是將蓄電池提供的直流電轉(zhuǎn)換成供終端、電表使用的交流電。辦方案采用的300W的逆變器。

（三）停電檢測切換控制器

檢測停電切換裝置主要包含了實時時鐘單元、MCU單元、停電檢測單元、切換單元。在設(shè)定的時間內(nèi)去檢測市電，當(dāng)市電停電時，由mcu控制切換開關(guān)切換到由太陽能供電。時間結(jié)束后，斷開太陽能供電，以節(jié)省蓄電池電量。本方案研發(fā)的停電抄表裝置只提供單相電輸出，默認情況下，開關(guān)接市電最終到終端。在設(shè)定的時間內(nèi)，如果檢測到市電掉電，將控制開關(guān)切換到由逆變器轉(zhuǎn)換的交流電上。市電與太陽能供電是完全隔離的，這樣保證在由太陽能供電時候不會向電網(wǎng)反向供電。考慮到太陽能板的面積，電池容量對于成本要求，施工難度，所以選擇在指定的時間段內(nèi)供電，可以節(jié)省蓄電池電量。首先計算每天消耗的瓦時數(shù)（包括逆變器的損耗）。另一方面，該方案充分地將終端和三相電能表和我們的停電切換裝置以及一些損耗最大功耗約為20W等方面的因素考慮了進去。在一般情況下，通常當(dāng)逆變器的效率為90%的狀態(tài)下，代表著實際需求的輸出功率20w/0.9=23W；若每天運行時間為4小時的范圍中，則需要消耗電量為23W*4h=92Wh的幅度。本方案選用的是12V/50AH的電池，在充滿電的情況下能持續(xù)工作27小時。每天工作4小時能工作6天，可以應(yīng)對連續(xù)陰雨天氣的持續(xù)性影響。按照計算充滿電時間的情況下，根據(jù)廣東省地區(qū)平均每天有效日照4小時來進行計算，在考慮到充電效率和充電過程中的損耗，本方案選用的100W的太陽能板，需要600Wh/100*0.7=8.5h（其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率），取得了良好的成效。

四、結(jié)束語

綜上所述，利用研發(fā)的智能停電抄表裝置采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，存儲在蓄電池中。在設(shè)定的時間點去檢測市電220V，當(dāng)檢測到停電后，將蓄電池電能轉(zhuǎn)換成220V提供給終端，使終端能正常抄讀并上報數(shù)據(jù)。等設(shè)定的時間結(jié)束后，關(guān)斷太陽能供電。這種技術(shù)途徑不但有效地降低了人力與物力等方面的成本，同時也進一步提升了運行效率，能夠保障供電企業(yè)抄表結(jié)算的實時實際需求，具備良好的市場經(jīng)濟價值。