光伏儲能系統基本工作原理：

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鍵中激發，以致產生電子－空穴對。界面層附近的電子和空穴在復合之前，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區和空穴向帶負電的P區運動。通過界面層的電荷分離，將在P區和N區之間產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，開路電壓的典型數值為0.5～0.6V。通過光照在界面層產生的電子－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，原多晶硅太陽能板光電轉換效率雖稍低，但成本低運用比較多。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,光伏行業又一次走到技術變革的路口。HJT異質結電池,全稱為“晶體硅異質結太陽能電池”，HJT單晶硅太陽能的光電轉換效率目前可高達28%，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，單晶硅的目前主流代表技術為隆基綠能、通威的P型TOPCon、N型HJT電池、P型HJT電池，現中國對太陽能板領域已12次刷新電池轉換效率世界紀錄。

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

1、首先應計算出每天消耗的瓦時數（包括逆變器的損耗）：若逆變器的轉換效率為90%，則當電器功率為1000W時，則逆變器需要輸出功率應為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為5000Wh/5h/70%=1200W。其中70%是充電過程中太陽能電池板的實際效率，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）達到最大值，這個工作點就是最大功率點，也是光伏組件發電效率最高的時候。

通常情況下，光伏發電功率會被多種因素影響，比如日照越強，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，在不同環境中，光伏組件的最大功率點會隨著實際情況隨時在變化。MPPT相當于光伏組件的大腦，是一個自動尋優的過程，能夠實時偵測光伏組件的發電電壓，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境下跟蹤最大功率點，使系統輸出最大功率而節省光伏成本。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）指盛有電解質溶液或金屬電極以產生電流的杯、槽或其他容器或復合容器的部分空間，能將化學能轉化成電能的裝置。具有正極、負極之分，電池的性能參數主要有電動勢、容量、體積比能量和電阻。利用電池作為能量來源，可以得到具有穩定電壓，穩定電流。當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。因為這種電池能充電，可以反復使用，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，分別有什么優缺點，不同的儲能電池發揮的作用，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	壞	好
記憶效應	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板，這個保護板即為電池管理系統BMS（Battery Management System），BMS就好似電池的腦部，能夠實時收發電池和外部每個端口的信息,深入分析和加工處理信息后,并傳出執行工作命令。

電池管理系統系統(BMS)的主要功能是監控電池的工作狀態(電池的電壓、電流和溫度)、預測動力電池的電池容量(SOC)和相應的剩余容量，進行電池管理以避免出現過放電、過充、過熱和單體電池之間電壓嚴重不平衡現象，最大限度地利用電池存儲能力和循環壽命。

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

過充：當鋰電池電壓超過保護板過壓保護電壓時，BMS板斷開充電輸入，在電池電壓降低時恢復充電輸入；

過放：當鋰電池在電壓過低時斷開電池輸出，但可以繼續充電，并在電壓恢復時打開輸出。

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

 

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”是電池組的標稱電壓,新電池的電壓略比標稱電壓高5%—10%左右。

2. 電芯串聯升高電壓，并聯才提升電組池容量；

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)=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定的放電速率，會影響電池的壽命，極端情況下會造成電池損壞的危險。一般根據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）光伏并網逆變器工作原理

太陽電池組件產生的直流電經并網逆變器轉換成符合電網要求的交流電之后，直接進入公共電網，光伏電池方陣所產生的電力除了供給自用的交流負載外，多余的電力反饋給電網。在陰雨天或夜晚，太陽電池組件沒有產生電能或者電能不能滿足負載需求時，就由電網供電。由于太陽能發電直接供入電網，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，并降低了系統的成本。

 

當然，單獨運行的前提是太陽能電池陣列在當時能夠提供足夠的功率。若負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入低壓保護狀態。

 

光伏并網逆變器的作用

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

 

1、自動運行和停機功能

早晨日出后，太陽輻射強度逐漸增強，太陽電池的輸出也隨之增大，當達到逆變器工作所需的輸出功率后，逆變器即自動開始運行。進入運行后，逆變器便時時刻刻監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，逆變器就持續運行；直到日落停機。

 

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。太陽輻射強度是變化著的，顯然最佳工作點也是在變化的。相對于這些變化，始終讓太陽電池組件的工作點處于最大功率點，系統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。太陽能發電系統用的逆變器的最大特點就是包括了最大功率點跟蹤（MPPT）這一功能。

 

3、電網檢測及并網功能

并網逆變器在并網發電之前，需要從電網上取電，檢測電網送電的電壓、頻率、相序等等參數，然后調整自身發電的參數，與電網電參數同步一致，完成之后才會并網發電。

 

4、零（低）電壓穿越功能

當電力系統事故或擾動，引起光伏發電站并網點電壓出現電壓暫降，在一定的電壓跌落范圍內和時間間隔內，光伏發電站能夠保證不脫網連續運行。

 

5、孤島效應的檢測及控制

在正常發電時，光伏并網發電系統連接在大電網上，向電網輸送有功功率，但是，當公用電網斷電時，電網側相當于短路狀態，此時并網運行的逆變器將由于過載而自動保護。當MCU檢測到過載時，除封鎖SPWM信號外，還將斷開與電網連接的斷路器。逆變器出現孤島效應時，會對人身安全，電網運行，逆變器本身造成極大的安全隱患，因此逆變器入網標準規定，光伏并網逆變器必須有孤島效應的檢測及控制功能。

 

6、防逆流控制：

在電力系統中，一般都是由配電變壓器向電網內各負載送電，稱為正向電流。安裝光伏電站后，當光伏系統功率大于自用負載的功率時，消納不完的電力要送入電網，由于電流方向和常規電網電流相反，即稱為“逆流”。正常光伏發電系統是將光伏組件直流電轉變成交流電并入電網；帶防逆流的光伏系統是光伏發的電僅供給本地負載使用，防止光伏系統發出的電送入電網。電流互感器采樣電網中的電流信號送給逆變器，結合逆變器原有的電網電壓采樣(幅值和相位)判斷和計算出光伏發電系統當前的功率大小和流向再做出具體的調整措施，做到對光伏發電系統的當前輸出功率進行實時調節。由于調節是實時的，故可以保證光伏發電系統的電能不饋入公共電網的同時實現最大可能的自發自用，不浪費光伏發電系統的電能。