李鐵鋼

(沈陽(yáng)工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院，沈陽(yáng)110136)

太陽(yáng)能是一種資源豐富、可節(jié)省發(fā)電燃料成本的無(wú)污染的新能源，小型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是光伏發(fā)電的一種，具有功率小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和維修方便的特點(diǎn)，適合在偏遠(yuǎn)農(nóng)村進(jìn)行推廣以利于節(jié)能減排.

針對(duì)家庭獨(dú)立光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出了基于PVSYST 軟件的系統(tǒng)技術(shù)方案，構(gòu)建了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)并研究了相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù).

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中家庭負(fù)載情況為熒光燈5 盞，每盞功率40 W，每天使用5 h;電視機(jī)2 個(gè)，每個(gè)功率為80 W，每天使用3 h;冰箱1 臺(tái)，使用功率700 Wh/天;洗衣機(jī)1臺(tái)，使用功率1 200 Wh/天，每天的總用電能量為3.38 kWh.

系統(tǒng)首先利用太陽(yáng)能電池來(lái)收集太陽(yáng)能，再經(jīng)過(guò)DC/DC 變換器給蓄電池充電，由于蓄電池的電壓較低，往往無(wú)法滿足逆變要求，因此還需要1 個(gè)升壓變壓器，將直流電壓升高，最后通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為220 V/50 Hz 的交流電供家庭使用.

遼寧省沈陽(yáng)市地理位置數(shù)據(jù)為緯度41.46°，經(jīng)度123.26°，海拔高度42 m，氣象數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.

太陽(yáng)能電池組件的總功率為:

式中，Q 為負(fù)載日均耗電量;μB為損耗因素，取0.8;μA為太陽(yáng)能電池功率，取0.7;n 為有效日照時(shí)間，取6 h.求得總功率P=1 000 W.允許缺電概率為4%，建議容量1 559 Ah，選擇Solar Cells 生產(chǎn)的型號(hào)為50Wp12V的電池板，采用2 串聯(lián)10 并聯(lián)方式安裝，陣列電壓值為29.8 V，電流為32.0 A，功率為1.0 kWp.

表1 沈陽(yáng)氣象數(shù)據(jù)

冬季太陽(yáng)的輻射量最低，電池板安裝傾角為43°，方位角為0°.選擇無(wú)陰影遮擋模式.

蓄電池組容量

式中，Q 為負(fù)載日均耗電量;N 為該地區(qū)最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)，N=10;a 為放電深度，a=0.75.求得蓄電池總?cè)萘繛?5 kWh.

選擇Rolls 生產(chǎn)的型號(hào)為2-KS-33PS 的蓄電池，容量為2 V，1 560 Ah.結(jié)構(gòu)上為1 組12 個(gè)串聯(lián)形式，電池充電電壓27.4/26.2 V，放電電壓23.5/25.2 V.

2 基于PVSYST 的仿真

PVSYST 能夠較完善地對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析. 軟件功能全面，可設(shè)計(jì)并網(wǎng)、離網(wǎng)、抽水系統(tǒng)和DC-網(wǎng)絡(luò)(公共傳輸)光伏系統(tǒng)，同時(shí)包括了廣泛的氣象數(shù)據(jù)庫(kù)，光伏系統(tǒng)組件數(shù)據(jù)庫(kù)以及一般的太陽(yáng)能工具，模型數(shù)據(jù)庫(kù)可擴(kuò)充性強(qiáng)，可以從其他氣象軟件輸入氣象數(shù)據(jù)庫(kù)，利用PVSYST 設(shè)計(jì)的流程如圖1 所示.

圖1 設(shè)計(jì)流程

Meteonorm 軟件是一款分析各地氣象資料的軟件，可以分析地理上任意城市的經(jīng)度、緯度、海拔高度和太陽(yáng)輻射度等信息，分析完成后可以通過(guò)中間數(shù)據(jù)文件輸入PVSYST 軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì).PV 組件的損失因數(shù)如表2 所示.

表2 損失因數(shù)

模擬仿真的天氣資料為沈陽(yáng)地區(qū)1990 年全年的天氣數(shù)據(jù)，即從1990 年1 月1 日到1990 年12 月31 日，仿真結(jié)果如圖2 所示.從結(jié)果上看，系統(tǒng)一年的發(fā)電量為458 kWh，1 年每千瓦光伏發(fā)電1 145 kWh，陣列面積與發(fā)電量的斜率大約為0.8，電池組陣列損失量為每天每千瓦光伏損失0.86 kWh，系統(tǒng)損失為每天每千瓦光伏損失0.06 kWh.詳細(xì)月仿真輸出數(shù)據(jù)見(jiàn)表3 所示.

圖2 仿真結(jié)果

仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的光伏系統(tǒng)可以滿足家庭負(fù)載使用要求.

3 結(jié) 論

為解決家庭節(jié)能用電問(wèn)題，提出了基于PVSYST的家庭獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)并研究了關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了方法的可行性，對(duì)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃具有參考價(jià)值.

表3 月輸出數(shù)據(jù)

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