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電能是社會發展和經濟建設的重要保障，它和高科技的緊密結合創造了豐富多彩的人類生活，同時電能的廣泛應用也導致全球范圍內的電力供應不足現象頻繁出現。從世界范圍內來看，火力發電是目前發電的最主要形式，但是由于石油、天然氣、煤炭等化石燃料的大量燃燒，不僅帶來了能源枯竭問題，也使環境污染，尤其是大氣污染問題日益嚴重。從2013年年初開始，PM2.5這個詞匯不斷被人們所關注，惡劣的霧霾天氣已經影響到我國的絕大多數城市，而且在2014年又有加重的趨勢。為了緩解經濟增長、能源短缺以及環境污染之間的矛盾，我國政府相關部門出臺了很多政策，比如提高能源利用率、搬遷高污染行業、完善各區域間大氣污染聯控機制等。但是從實施效果上來看，這些措施都是治標不治本，只有轉變目前能源的使用方式，大力發展和普及太陽能、風能等清潔能源，徹底改變以化石能源為主的能源結構，才能從根源上緩解能源短缺和環境污染問題，進而消除電力供應不足和大氣霧霾等現象
光伏裝機容量的迅猛發展離不開光伏發電技術的發展。現在國際上對光伏發電技術的研究側重于高效穩定且成本低廉的光伏直流變換器、光伏并網逆變器以及分布式光伏發電應用技術等方面。依托于光伏屋頂計劃和國家法規的支持，許多歐美發達國家相繼成功研發了針對不同場合的光伏發電裝置。與世界光伏產業的蓬勃發展相比，我國的光伏產業才起步不久，而且相關政策的不健全使得我國的光伏發電工程存在應用面窄、技術不規范和閑置率高等問題。另外，我國的光伏板制造產業從2012年開始進入冬天，歐美對我國光伏廠商制定的雙反政策使得國內生產的大部分光伏電池都無法出口，而此時國內滯后的光伏發電市場又不能消化如此高的產能。因此，為了促進我國光伏產業的發展，我國一方面要完善光伏發電政策來擴大國內市場，另一方面要大力推進光伏應用技術研發來保證光伏發電項目的順利開展。
目前的光伏發電系統主要有并網和離網兩種形式。從長遠發展來看光伏并網發電形式是光伏發電應用的趨勢，但是目前光伏并網發電成本過高，而且電網對光伏電能的收購政策還不完善，使得并網發電無法大規模推廣。相比之下，離網發電形式因具有安裝方便、不受電網政策限制、成本相對較低等特點而同樣具有廣闊的應用前景。
離網光伏發電系統對家庭用戶和遠離公共電網的無電區以及一些特殊場所有極其特殊的意義，本文將要研究的離網型光伏發電裝置首先可以為不在電網供電范圍內的居民解決用電問題，從而改善他們的生活條件、提高生活品質。其次，有電網覆蓋的區域也可以采用此系統來緩解用電高峰時的電網壓力，做到綠色能源的良好利用。在產品創新方面，本論文將蓄電池充電技術與正弦波逆變功能相結合，并引入能量管理策略設計了離網型光伏發電系統，目前市場上同類產品較少，有一定的市場潛力
本文主要對光伏發電裝置中蓄電池充放電控制模塊和逆變器模塊進行了細致科學的設計，此外，論文內容對CPU最小系統設計、DCDC及DCAC轉換電路設計、指示電路部分的設計也進行了詳細說明。具體內容如下： 1) 控制器總體方案：利用結構框圖說明系統組成 2) 太陽能電池板充電接口設計 3) DCDC及DCAC轉換電路設計：逆變功率達到2kW。 4) 蓄電池充放電保護電路設計：防止蓄電池過充、過放影響其使用壽命。 5) CPU最小系統設計：采用單片機、或嵌入式控制器進行充放電管理。 6) 指示電路：利用液晶屏和少量發光二極管指示蓄電池充、放電的電流電壓狀 態。 7) 軟件設計：系統各部分控制流程圖和具體程序的編寫。
離網型光伏發電系統整體結構
太陽能光伏電源系統的設計計算主要依據現場實際情況，為滿足符合能量的需求,在系統設置地點的日照條件和環境溫度等情況下，優選出合適的太陽能電池方陣和蓄電池容量，并使系統中所有設備相互匹配，保證系統的合理性和適用性。一個完善的太陽能光伏電源系統需要考慮多種因素進行設計，如電氣性能設計、熱力設計、機械結構設計等，對地面應用的獨立電源系統來說，最主要的是根據使用要求，決定太陽能電池方陣和蓄電池規模，以滿足正常工作的需求。 太陽能離網發電系統包括： （1）太陽能控制器(光伏控制器和風光互補控制器)對所發的電能進行調節和控制，一方面把調整后的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲存，當所發的電不能滿足負載需要時，太陽能控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，太陽能控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。控制器的性能不好時，對蓄電池的使用壽命影響很大，并最終影響系統的可靠性。 （2）太陽能蓄電池組的任務是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。 （3）太陽能逆變器負責把直流電轉換為交流電，供交流負荷使用。太陽能逆變器是光伏風力發電系統的核心部件。由于使用地區相對落后、偏僻，維護困難，為了提高光伏風力發電系統的整體性能，保證電站的長期穩定運行，對逆變器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源發電成本較高，太陽能逆變器的高效運行也顯得非常重要。 太陽能離網發電系統主要產品分類 A、光伏組件 B、風機 C、控制器 D、蓄電池組 E、逆變器 F、光伏發電控制與逆變器一體化電源。 離網光伏蓄電系統是一種常見的太陽能應用方式，一般來說，太陽能離網型光伏發電系統主要包括太陽能電池陣列、控制器、蓄電池組和逆變器等部分。太陽能電池陣列是整個系統能源的來源，它把照射到其表面的太陽能轉化為電能;控制器是整個系統的核心部件之一，其運行狀態決定著系統的運行狀態，系統在控制器的管理下運行；蓄電池的功能在于儲存太陽能電池陣列受光照時所發出的電能并在無光照時向負載供電;逆變器是將直流電變換為交流電的設備，由于太陽能電池陣列和蓄電池發出的是直流電，因此當系統向交流負載供電時，逆變器是不可缺少的。常用的太陽能離網型光伏發電系統如圖2.1所示。
太陽能光伏電源系統總體設計原則是在保證滿足負載用電量需要的前提下，確定最少的太陽能電池組件和蓄電池容量。通過技術經濟分析，合理確定太陽能電池組件數量和蓄電池容量、包括安全性、可靠性等諸多方面的要求。 系統配置的設計主要考慮兩種因素： （1）根據負荷需求，環境參數和太陽能光伏電源系統部件的電氣參數，選擇不同的系統部件。 （2）需要確定的數據主要包括：安裝地點的日照輻射、太陽能電池方陣傾斜面的日照輻射、環境溫度參數。系統電壓、負荷能量需求，最大和平均的放電電流。控制器、逆變器調節特性與參數，太陽能電池組件和蓄電池的特征參數和系統供電可靠性和供電電源可用率。
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