一、发展现状

近年来，随着世界人口和经济的持续增长，全球一次能源消费量平均年增长率不断提高,化石能源面临枯竭的危机^[1]。同时由于化石能源燃烧带来的污染，对人类生态环境造成的巨大破坏，迫切需要新型能源逐渐取代化石能源在日常生产活动中的地位，太阳能作为一种取之不尽、无污染的新型能源，在各个国家21世纪的总能源结构中都占有相当大的比例^[2]。在太阳能的有效利用中^[3]，将太阳能转换为电能是近些年最具活力的研究领域^[4]。太阳能发电有两种方式：一种是光#8212;热#8212;电转换方式^[5]，另一种是光#8212;电直接转换技术^[6]。太阳能热发电效率很低而成本很高，故目前多是利用光电效应直接将太阳辐射能转换成电能，即光伏发电。太阳能光伏发电原理如图所示。当光线照射半导体的PN结时，产生光生电子#8212;空穴对，在内建电场作用下，光生电子和空穴分离，太阳能电池两端出现异性电荷的积累，即产生”光生电压”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有”光生电流”通过，从而获得电功率输出。

太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池组件和其他辅助设备将太阳能转换为电能的系统。一般将太阳能光伏发电系统分为离网系统、并网系统和混合系统^[7][8]。离网太阳能光伏发电系统^[9][10]由太阳能电池方阵、蓄电池组、控制器、逆变器、用电负载构成，在自己的闭路系统内部形成电路，是通过太阳能电池将接受来的太阳能辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。太阳能电池方阵^[11]是收集太阳光的核心部件，即使满足同样的负载耗电量，不同光照条件的地区选用太阳能电池的容量也是不同的。影响光伏方阵发电量的还有方阵安装的倾斜角和方位角。蓄电池组^[12]是太阳能光伏发电系统中的储能装置，由它将太阳能电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能储存起来，以供负载应用。蓄电池容量要受到末端负载需用电量和日照时间（发电时间）的影响。因此，蓄电池选型时必须考虑以下因素：使用寿命长、充放电效率高、自放电率低、深放电能力强、少维护或免维护、工作温度范围宽、价格低廉。目前，光伏发电系统主要使用密封胶体免维护铅酸蓄电池。控制器^[13]的作用是使太阳能电池和蓄电池高效、安全、可靠地工作，以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命。控制器对蓄电池的充放电控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池组件和蓄电池对负载输出电能^[14]。在太阳能光伏发电系统中，如果含有交流负载，那么就要使用逆变器^[15][16]，将太阳能电池组件产生的直流电或蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。

二、离网光伏系统设计原则

光伏发电系统的设计是否合理主要取决于设计理论容量和负载实际需求之间是否有偏差。若设计容量大于实际容量，势必导致系统成本过高和不必要的资源浪费；若设计容量小于实际容量，则会使系统实用性和可靠性降低。如何设计一个合理的家用离网型光伏发电系统，需要考虑的因素很多，包括地理条件、气象因素、建筑物结构、负载用电需求、连续阴雨天气等等，设计之初主要以”光伏发电量满足负载用电量”为原则。离网型光伏发电系统设计一是光伏发电系统的容量设计，主要是计算出满足系统用电要求及可靠工作的光伏方阵和蓄电池组容量；二是系统的配置设计，目的是选出适合系统的配置、设施及材料等，并与前期的容量设计相匹配^[17][18]。

三、拟完成任务

根据如图所示的离网太阳能光伏系统结构简图，对具有一定空间用电特点的小型家

庭进行分析，选择合适的太阳能光伏方阵、控制器、蓄电池组以及逆变器，使设计出来

系统具有合理性。即在满足最大的负载要求的同时，又尽可能的减少太阳能电池组件，降低成本。