农用便携式多用途光伏发电系统关键问题研究

　　摘要：通过研究农用便携式多用途光伏发电系统的组成原理，分析出关键问题，给出光伏组件最佳方位角的两种计算公式，给出铅酸蓄电池组容量的计算办法，给出光伏组件最佳倾角的选择原则，给出控制器和逆变器的选择原则和连接电路。

　　关键词：光伏发电;最佳方位角;最佳倾角

　　0引言

　　随着社会的发展，现代社会各方面都离不开电能。但是在很多情况下，现在的电网还不能辐射全部的区域，尤其是偏远地区和草原农牧地区。光伏发电将太阳能直接转变为电能，清洁环保[1]。

　　同时太阳能发电具有安全可靠、无需消耗燃料、无机械转动部件、故障率低、维护方便等独特优点，因此太阳能发电已经成为世界范围内一个非常重要的研究和应用领域。中国西部地区地广人稀，许多偏远地区家庭和草原牧民家庭没有通电，而西部大部分地区又是太阳能光照资源最丰富的一类地区，这为农用便携式多用途光伏发电系统在西部的应用提供了有利的、必要的物质条件。

　　农用便携式多用途光伏发电系统作为一种便携式供电系统，可以为偏远无电地区家庭和草原牧民家庭照明系统供电、小家电的供电，可为野外施工照明和小功率设备供电，可为户外小功率农业排灌系统和农机具供电，也可以作为家用的备用电源。

　　因其性价比高，使用方便，应用范围遍布各种场所和地点，对提高偏远无电地区家庭和草原牧民家庭生活水平有积极的意义。随着应用的普及，农用便携式多用途光伏发电装置相应的也将会越来越多，农用便携式光伏发电装置既要满足用户的需求，又要有可靠性和安全性。基于此，本文就农用便携式多用途光伏发电系统关键问题进行研究。

　　1农用便携式

　　多用途光伏发电系统组成原理农用便携式多用途光伏发电系统作为安全可靠的绿色能源，主要由单晶硅太阳能电池组件，光伏控制器，铅酸蓄电池组，逆变器，AC220V交流负载输出系统，DC12V/DC24V直流负载输出系统等组成的多种功能为一体的组合式发电系统。

　　太阳能电池和蓄电池连接的时候，要用一个光伏充电控制器，这个可以控制太阳能电池的输出电压，也可以保护电池不被过充，同时，也保证了太阳能电池不发电时，防止蓄电池的电倒流。蓄电池的电为直流电，但农业家庭中设备大都为220V交流设备，如电视机、风扇、小功率农机、小型便携式灌溉机等，因此要通过逆变器将直流电变为交流电。现在可以采用直流节能灯照明，直流节能灯可以直接通过蓄电池供电不用逆变器。

　　2农用便携式多用途光伏发电系统关键问题

　　2.1光伏组件最佳方位角的选择

　　2.1.1太阳时我国采用东经120。经圈上的平太阳时作为全国的标准时间，即“北京时间”，太阳时计算时采用24h制_2]，如上午10点太阳时t一10，下午2点太阳时t一14。2.1.2时角时角叫以正午l2点为O。开始计算，上午为负，下午为正。如11点和13点分别为～15。和15。，9点和15点分别为一45。和45。。

　　2.2光伏组件最佳倾角的选择

　　农用便携式多用途光伏发电系统在西部地区应用时，光伏组件最佳安装倾角的选择。最佳倾角选择可不考虑积雪和灰尘影响，农用便携式多用途光伏发电系统一般用的太阳能电池板不多，面积较小，随时都可以除雪和除灰。农用便携式多用途光伏发电系统要具有良好的多功能性，能够依据太阳最大辐射量便携调整光伏组件倾角，以获得最佳发电效率。

　　系统又要求控制操作简单，低文化用户易学易懂，又要安全可靠。系统要求既能满足各种照明和小功率负载供电要求，又要符合便携式、易拆装、易搬用要求，既能方便地实现组件最佳倾角调整，达到光伏组件对太阳辐射量最大利用率，又操控简单适合农牧家庭使用。

　　农用便携式多用途光伏发电系统底座支架、光伏电池板支架、支撑杆等要结实耐用，机械强度要高，在户外空地安装时底座支架上可压沙袋来提高底座支架负重。底座支架、光伏电池板支架、支撑杆之间的连接要可调，以便于任意调整光伏组件最佳倾角，实现接收到的太阳辐射量最大，以获得最佳发电效率。

　　3控制器和逆变器的选择

　　3.1逆变器的选择

　　农用便携式多用途光伏发电系统发的电，一般有DCI2V/Dc24V，铅酸蓄电池中储存的也是直流电，但用户家中主要用电设备都是AC220V的，如小功率农机具、便携式灌溉机等都是交流电，这就需要将光伏组件发出的直流电变换成交流电。直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路。逆变器有多种类型，因此在选择型号和容量时需特别注意。

　　尤其在太阳能发电系统中，逆变器效率的高低是决定太阳能电池容量和蓄电池容量大小的重要因素。农用便携式多用途光伏发电系统选配逆变器时可选配输入电压为IX;12v/DC24V，输出电压为AC220V，持续输出功率为2kw，输出频率为50Hz，并带有短路保护、过载保护、低压保护、过压保护等保护功能，选择时还可以选配有USB输出端口的设备，因为现代社会使用USB接口的数码设备，包括照明设备已很普及。选配逆变器时交流负载端插座要能够支持两孔和三口插头，以适配用户各种用电器。

　　3.2控制器的选择

　　太阳能板接收太阳光线照射后发生光电效应产生电流，由于光伏材料和光线的属性和局限性，它生成的电流也是有波动性的曲线。在独立光伏发电系统中，对蓄电池的充电控制受外界因素(光照强度、温度等)的影响，其输出电压和电流都是时刻变化的，影响蓄电池充电效率和寿命的主要因素是其充放电电流的大小和对蓄电池的过充[5]。

　　为解决这一问题可以让光伏组件发的电通过太阳能控制器调节后再输入到蓄电池里。在向负载提供电的同时，也是让蓄电池的电流先进入到太阳能控制器里，经过它的调节后再到负载。这样做有三个好处：一是为了能更好地稳定放电电流;二是为了确保蓄电池不会被过放电;三是可对负载和蓄电池进行更好的监测与保护。

　　现在一般控制器都有保护电路功能，主要起到蓄电池过充、过放、输出过载、过压、温度过高保护功能。农用便携式多用途光伏发电系统选配控制器时可选配额定充电电流1OA/15A;系统电压DC12v/DC24V;充电方式为多级PWM;带载能力为10A/15A的型号。

　　小型便携式光伏发电系统在选择控制器时要和所选逆变器保持电压的一致性、负载输出功率的一致性，还一定要有很强的保护电路功能和防雷、接地保护功能，系统要安全可靠。

　　4结论

　　由于地域特点，农用便携式多用途光伏发电系统在西部的应用将有很大的市场，本文就系统的组成原理、光伏组件最佳方位角的选择、铅酸蓄电池组容量计算、光伏组件最佳倾角的选择、控制器和逆变器的选择等关键问题进行研究。

　　给出光伏组件最佳方位角A的计算公式，光伏组件最佳倾角的选择原则，给出控制器和逆变器的选择原则和连接电路。相信未来，农用便携式多用途光伏发电系统在西部偏远地区和农牧地区的应用将越来越广，对提高偏远无电地区家庭和草原牧民家庭生活水平和推动农牧业机械化、电气化有积极的意义。

　　参考文献：

　　[1]郭雨薇，李友杰.光伏扶贫的战略意义及推广措施[J].湖北农业科学，2016，55(16)：4327—4329.GuoYuwei，LiYo~ie.Strategicsignificanceandpopularizationmeasuresofpovertyalleviationbyphotovoltaicenergy[J].HubeiAgriculturalSciences，2016，55(16)：4327—4329.

　　[2]王七斤，李崇亮.太阳能应用技术[M].北京：中国社会出版社，2005.

　　农业方向刊物推荐：《湖北农业科学》是湖北省农业科学院、华中农业大学、长江大学和黄冈师范学院主管主办的农业科技期刊，国内刊号CN：42-1255/S;国际刊号ISSN：0439-8114。