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电能是社会发展和经济建设的重要保障，它和高科技的紧密结合创造了丰富多彩的人类生活，同时电能的广泛应用也导致全球范围内的电力供应不足现象频繁出现。从世界范围内来看，火力发电是目前发电的最主要形式，但是由于石油、天然气、煤炭等化石燃料的大量燃烧，不仅带来了能源枯竭问题，也使环境污染，尤其是大气污染问题日益严重。从2013年年初开始，PM2.5这个词汇不断被人们所关注，恶劣的雾霾天气已经影响到我国的绝大多数城市，而且在2014年又有加重的趋势。为了缓解经济增长、能源短缺以及环境污染之间的矛盾，我国政府相关部门出台了很多政策，比如提高能源利用率、搬迁高污染行业、完善各区域间大气污染联控机制等。但是从实施效果上来看，这些措施都是治标不治本，只有转变目前能源的使用方式，大力发展和普及太阳能、风能等清洁能源，彻底改变以化石能源为主的能源结构，才能从根源上缓解能源短缺和环境污染问题，进而消除电力供应不足和大气雾霾等现象
光伏装机容量的迅猛发展离不开光伏发电技术的发展。现在国际上对光伏发电技术的研究侧重于高效稳定且成本低廉的光伏直流变换器、光伏并网逆变器以及分布式光伏发电应用技术等方面。依托于光伏屋顶计划和国家法规的支持，许多欧美发达国家相继成功研发了针对不同场合的光伏发电装置。与世界光伏产业的蓬勃发展相比，我国的光伏产业才起步不久，而且相关政策的不健全使得我国的光伏发电工程存在应用面窄、技术不规范和闲置率高等问题。另外，我国的光伏板制造产业从2012年开始进入冬天，欧美对我国光伏厂商制定的双反政策使得国内生产的大部分光伏电池都无法出口，而此时国内滞后的光伏发电市场又不能消化如此高的产能。因此，为了促进我国光伏产业的发展，我国一方面要完善光伏发电政策来扩大国内市场，另一方面要大力推进光伏应用技术研发来保证光伏发电项目的顺利开展。
目前的光伏发电系统主要有并网和离网两种形式。从长远发展来看光伏并网发电形式是光伏发电应用的趋势，但是目前光伏并网发电成本过高，而且电网对光伏电能的收购政策还不完善，使得并网发电无法大规模推广。相比之下，离网发电形式因具有安装方便、不受电网政策限制、成本相对较低等特点而同样具有广阔的应用前景。
离网光伏发电系统对家庭用户和远离公共电网的无电区以及一些特殊场所有极其特殊的意义，本文将要研究的离网型光伏发电装置首先可以为不在电网供电范围内的居民解决用电问题，从而改善他们的生活条件、提高生活品质。其次，有电网覆盖的区域也可以采用此系统来缓解用电高峰时的电网压力，做到绿色能源的良好利用。在产品创新方面，本论文将蓄电池充电技术与正弦波逆变功能相结合，并引入能量管理策略设计了离网型光伏发电系统，目前市场上同类产品较少，有一定的市场潜力
本文主要对光伏发电装置中蓄电池充放电控制模块和逆变器模块进行了细致科学的设计，此外，论文内容对CPU最小系统设计、DCDC及DCAC转换电路设计、指示电路部分的设计也进行了详细说明。具体内容如下： 1) 控制器总体方案：利用结构框图说明系统组成 2) 太阳能电池板充电接口设计 3) DCDC及DCAC转换电路设计：逆变功率达到2kW。 4) 蓄电池充放电保护电路设计：防止蓄电池过充、过放影响其使用寿命。 5) CPU最小系统设计：采用单片机、或嵌入式控制器进行充放电管理。 6) 指示电路：利用液晶屏和少量发光二极管指示蓄电池充、放电的电流电压状 态。 7) 软件设计：系统各部分控制流程图和具体程序的编写。
离网型光伏发电系统整体结构
太阳能光伏电源系统的设计计算主要依据现场实际情况，为满足符合能量的需求,在系统设置地点的日照条件和环境温度等情况下，优选出合适的太阳能电池方阵和蓄电池容量，并使系统中所有设备相互匹配，保证系统的合理性和适用性。一个完善的太阳能光伏电源系统需要考虑多种因素进行设计，如电气性能设计、热力设计、机械结构设计等，对地面应用的独立电源系统来说，最主要的是根据使用要求，决定太阳能电池方阵和蓄电池规模，以满足正常工作的需求。 太阳能离网发电系统包括： （1）太阳能控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。 （2）太阳能蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。 （3）太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。 太阳能离网发电系统主要产品分类 A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、光伏发电控制与逆变器一体化电源。 离网光伏蓄电系统是一种常见的太阳能应用方式，一般来说，太阳能离网型光伏发电系统主要包括太阳能电池阵列、控制器、蓄电池组和逆变器等部分。太阳能电池阵列是整个系统能源的来源，它把照射到其表面的太阳能转化为电能;控制器是整个系统的核心部件之一，其运行状态决定着系统的运行状态，系统在控制器的管理下运行；蓄电池的功能在于储存太阳能电池阵列受光照时所发出的电能并在无光照时向负载供电;逆变器是将直流电变换为交流电的设备，由于太阳能电池阵列和蓄电池发出的是直流电，因此当系统向交流负载供电时，逆变器是不可缺少的。常用的太阳能离网型光伏发电系统如图2.1所示。
太阳能光伏电源系统总体设计原则是在保证满足负载用电量需要的前提下，确定最少的太阳能电池组件和蓄电池容量。通过技术经济分析，合理确定太阳能电池组件数量和蓄电池容量、包括安全性、可靠性等诸多方面的要求。 系统配置的设计主要考虑两种因素： （1）根据负荷需求，环境参数和太阳能光伏电源系统部件的电气参数，选择不同的系统部件。 （2）需要确定的数据主要包括：安装地点的日照辐射、太阳能电池方阵倾斜面的日照辐射、环境温度参数。系统电压、负荷能量需求，最大和平均的放电电流。控制器、逆变器调节特性与参数，太阳能电池组件和蓄电池的特征参数和系统供电可靠性和供电电源可用率。
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