独立光伏系统或离网太阳能发电厂

独立光伏系统的描述

图中显示了独立光伏系统的框图。独立的光伏系统由以下主要组件组成

充电控制器，电池组，逆变器统称为功率调节单元。功率调节单元构成了系统的 平衡。根据负载的类型（直流还是交流），可以直接向负载供电，也可以通过直流到交流转换器（逆变器）向负载供电。电池组的设计方式可以满足负载需求，而与太阳辐射无关。

光伏发电机

光伏发电机由连接在一起的大量光伏电池组成。PV发电机中的模块性从阵列开始，将阵列细分为模块，每个模块具有预定义数量的串联或并联连接的光伏电池。电池采用各种材料封装，以保护它们免受环境影响

当两个光伏电池串联时，电压相加，如果并联，则电流相加。选择太阳能电池的工作点，以使传递到负载的功率最大。真正的太阳能电池的特征在于以下参数

可以基于模块的电流和电压额定值完成模块中太阳能电池的互连。例如，如果太阳能电池在2伏特和1安培的工作点产生最佳功率。我们需要有一个可产生4伏特和1安培的模块，两个类似的太阳能电池串联连接，这样每个模块产生的电压将相加（2 V + 2 V = 4 V），并且流经它们的电流保持不变在1安培。

电池组

电池组是独立光伏系统最重要的组件之一。电池组由一个或多个电池组成。白天产生的多余能量将存储在电池中，以满足夜间无法使用白昼的负载需求。没有电池，系统将无法满足日光下的负载需求。因此，它是独立光伏系统的生命线。

太阳能电池实际上是深循环电池，能够承受长时间，反复和深度放电，这在独立的太阳能系统（离网）中很常见。

以下是电池的一些重要参数：

独立光伏系统中一些常用的电池是

凝胶型和AGM型电池一起称为VRLA电池。VRLA代表阀控铅酸蓄电池。由于降低了维护成本并消除了放气，所以与铅酸蓄电池相比，VRLA蓄电池更为可取。但是只要需要成本因素，坚固性，耐用性，都可以使用满液铅酸蓄电池。

充电控制器

充电控制器的功能是对电池充满电，而又不允许过充或逆流（通常在夜间）。在独立的PV系统中，充电控制器是一个控制元件，它通过收集有关电池电压的信息并知道电池电压可接受的最大值和最小值来管理流向PV系统，电池和负载的能量。

充电控制器主要有三种

普通的ON，OFF控制是最简单的充电控制器，只有两个操作状态打开或关闭从PV发电机到电池的连接。当达到某个预设的高电压或低电压时，它将打开，并且仅在这些水平提高到超过某些阈值之后才重新打开。

PWM充电控制器由于其高性能和高性价比而成为行业标准。随着电池越来越接近充满电，它会慢慢降低施加到电池的电量。它分为三个充电阶段，如下所示：

与其他两个充电控制器相比，最大功率点跟踪（MPPT）控制器具有更高的电源效率。它们使太阳能电池板的输出与电池电压匹配，以确保最大电量（安培）。但是与PWM控制器相比，MPPT更昂贵且尺寸更大。

逆变器

光伏阵列以直流形式发电。因此，当独立的光伏系统包含交流负载时，需要进行直流/交流转换。逆变器是一种DC / AC转换器，其功率流从DC到AC端，即具有DC电压作为输入，它产生所需的AC电压作为输出

有几种类型的逆变器，例如

逆变器的特征在于与功率有关的效率η，因此可以基于效率和成本之间的最佳组合进行选择。 

Beschreibung der unabhängigen Photovoltaik-Anlage
Die Abbildung zeigt ein Blockdiagramm einer unabhängigen Photovoltaik-Anlage. Die unabhängige Photovoltaik-Anlage besteht aus folgenden Hauptkomponenten:
Photovoltaik-Generator mit Photovoltaik-Zellen-Array ausgestattet
Steuerung der Aufladung
Akku Pack
Wechselrichter
Laderegler, Batteriepack und Wechselrichter werden kollektiv als Leistungsregler bezeichnet. Die Leistungsregelung stellt das Gleichgewicht des Systems dar. Abhängig von der Lastart (Gleichstrom oder Wechselstrom) kann die Leistung direkt oder über Gleichstrom-Wechselrichter (Wechselrichter) an die Last geliefert werden. Das Batteriepack ist konzipiert, um den Lastbedarf unabhängig von Sonneneinstrahlung zu decken.
Generator der Photovoltaik
Der Photovoltaik-Generator besteht aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Photovoltaikzellen. Die Modularität in PV-Generatoren beginnt mit dem Array, das in Module unterteilt ist, und jedes Modul hat eine vordefinierte Anzahl von Photovoltaik-Zellen, die in Serie oder parallel miteinander verbunden sind. Batterien sind in verschiedenen Materialien eingeschlossen, um sie vor der Umwelt zu schützen
Wenn zwei Photovoltaikzellen serienmäßig miteinander verbunden sind, wird die Spannung addiert, und wenn sie parallel angeschlossen sind, wird der Strom addiert. Wählen Sie den Betriebspunkt der Solarzelle aus, um die auf die Last übertragene Leistung zu maximieren. Echte Solarzellen zeichnen sich durch folgende Parameter aus:
Spannung der offenen Schaltung
Strom des Kurzschlusses
Eigenschaften von Materialien für Solarzellen
Maximale Leistung, die erzeugt werden kann (P max)
ffizienz der Umwandlung
Faktor der Füllung
Die Verbindung von Solarzellen im Modul kann auf der Grundlage der Strom- und Spannungsbewertung des Moduls abgeschlossen werden. Zum Beispiel, wenn die Solarzelle am Betriebspunkt von 2-Volt und 1-Ampere die beste Leistung produziert. Wir brauchen ein Modul, das 4-Volts und 1-Ampere erzeugen kann. Zwei ähnliche Solarzellen sind serienmäßig miteinander verbunden, so dass die von jedem Modul erzeugte Spannung hinzugefügt wird (2 V + 2 v = 4 V) und der Strom, der durch sie fließt, bei 1 Ampere unverändert bleibt.
Akku Pack
Batteriepack ist einer der wichtigsten Komponenten der unabhängigen Photovoltaik-Anlage. Das Batteriepack besteht aus einem oder mehreren Batterien. Die überschüssige Energie, die während des Tages erzeugt wird, wird in der Batterie gespeichert, um den Ladebedarf zu decken, wenn der Tag nachts nicht genutzt werden kann. Ohne Batterien ist das System nicht in der Lage, die Lastanforderungen unter Sonnenlicht zu erfüllen. Deshalb ist es die Lebensader einer unabhängigen Photovoltaik-Anlage.
Solarzellen sind eigentlich Tiefkreiszellen, die langer, wiederholter und tiefer Entladung standhalten können, was in unabhängigen Solarsystemen (außerhalb des Netzes) sehr häufig vorkommt.
Hier sind einige wichtige Parameter der Batterie:
Nominale Kapazität
State of charge SOC
Lademodus (oder Entladen)
Wirkungsgrad der Batterie
Lebensdauer der Batterie
Einige häufig verwendete Batterien in Stand-Alone Photovoltaik-Anlagen sind
Bleisäurebatterie (Blei)
eschlossene Gel-Batterie
Verschlossene AGM (Absorptionsglas-Matte-Batterie)
Gel-Typ und AGM-Typ-Batterien werden zusammen VRLA-Batterien genannt. VRLA steht für Ventilreglementierte Blei-Säure-Batterie. Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien sind VRLA-Batterien wegen der geringeren Wartungskosten und der Eliminierung von Blutungen vorzuziehen. Jedoch können volle flüssige Blei-Säure-Batterien verwendet werden, solange Kostenfaktoren, Robustheit und Haltbarkeit erforderlich sind.
Steuerung der Aufladung
Die Funktion des Ladereglers besteht darin, die Batterie vollständig zu laden, ohne zu viel oder gegenwärtig (in der Regel nachts). In einer unabhängigen PV-Anlage ist der Laderegler ein Steuerelement. Er steuert die Energie, die in die PV-Anlage, Batterie und Last fließt, indem er Informationen über die Batteriespannung sammelt und die akzeptablen maximalen und minimalen Werte der Batteriespannung kennt.
Es gibt drei Hauptladeregler
Regelmäßige Ein- oder Ausschaltkontrolle 1 oder 2
Ebene 3 und /oder PWM
MPPT (Maximum Power Point Tracking)
Normale Ein- und Ausschaltkontrolle ist die einfachste Ladesteuerung. Es gibt nur zwei Betriebszustände, um die Verbindung vom PV-Generator zur Batterie zu öffnen oder zu schließen. Wenn eine voreingestellte Hochspannung oder Niederspannung erreicht wird, öffnet sie sich und öffnet sich erst wieder, wenn diese Werte über bestimmte Schwellen steigen.
PWM Laderegler ist aufgrund seiner hohen Leistung und hohen Kosteneffizienz zu einem Industriestandard geworden. Wenn der Akku näher an die volle Ladung herankommt, verringert er langsam die Leistung, die auf die Batterie aufgebracht wird. Es gliedert sich wie folgt in drei Ladestufen:
Charge (Charge)
Ladung absorbiert
Schwimmende Ladung
Im Vergleich zu den beiden anderen Ladereglern hat die maximale Leistungspunktverfolgung (MPPT) eine höhere Leistungseffizienz. Sie passen die Leistung des Solarpanels an die Batteriespannung an, um maximale Leistung (AMPS) zu gewährleisten. MPPT ist jedoch teurer und größer als der PWM-Controller.
Wechselrichter
Photovoltaik-Arrays erzeugen Strom in Form von DC. Wenn also die unabhängige Photovoltaik-Anlage Wechselstrom-Last enthält, ist eine DC-Wandlung erforderlich. Inverter ist ein DC-AC-Konverter, dessen Stromfluss von DC nach AC ist, d.h. er hat DC-Spannung als Eingang und erzeugt die benötigte AC-Spannung als Ausgang
Es gibt mehrere Arten von Wechselrichtern, wie z.B.
Rechter Welleninverter
Modifizierter Sinuswelleninverter
Wechselrichter von Sinenwellen mit Oszillator
Der Wechselrichter zeichnet sich durch leistungsbezogene Effizienz aus η， Es kann daher auf der besten Kombination von Effizienz und Kosten ausgewählt werden.