莊曉武

（羲和太陽(yáng)能電力有限公司，江蘇南京 210012）

家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)方案深析

莊曉武

（羲和太陽(yáng)能電力有限公司，江蘇南京 210012）

我國(guó)是一個(gè)資源消耗非常大的國(guó)家，然而資源儲(chǔ)量又很低。所以工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展和消費(fèi)的巨大需求讓我國(guó)資源就更加的缺乏，只能依賴進(jìn)口。能源短缺以及爆發(fā)式發(fā)展所帶來(lái)的環(huán)境污染已威脅到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。而且，我國(guó)有很多居住在偏遠(yuǎn)地方的人們還沒有用上電。這些事實(shí)情況更加要求我們要尋找和開發(fā)新能源，太陽(yáng)能作為一種古老而又環(huán)保的能源、搭上科技的列車，已不受地域限制，因此太陽(yáng)能光伏發(fā)電是解決能源問題的一個(gè)很好的選擇。

家用太陽(yáng)能 光伏發(fā)電 并網(wǎng)

由于越來(lái)越多的家庭安裝太陽(yáng)能電池板，使其并網(wǎng)運(yùn)行及建筑一體化研究勢(shì)在必行。而數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）及智能家居的出現(xiàn)使家庭太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法得到進(jìn)一步的發(fā)展完善。太陽(yáng)能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生任何廢料，也不會(huì)排放任何氣體，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成影響，是一種特別清潔的能源。如果太陽(yáng)能能夠取代傳統(tǒng)能源，就會(huì)對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展有著很深遠(yuǎn)的意義。

1　家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏電池組件，光伏系統(tǒng)電池控制器，蓄電池和交直流逆變器組成，它的核心元件是光伏電池組件。（見圖1）

（1）光伏電池組件，把太陽(yáng)的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。按基本材料分為：晶體硅太陽(yáng)能電池，非晶體硅太陽(yáng)能電池，化合物太陽(yáng)能電池和有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池。

（2）逆變器（或控制逆變一體機(jī)），是把直流電轉(zhuǎn)換為交流電的裝置。另外，當(dāng)用于離網(wǎng)的時(shí)候，控制逆變一體機(jī)還提供對(duì)蓄電能電池的充放電管理功能。另外，逆變器還擁有自動(dòng)穩(wěn)壓的功能，它可以改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

（3）蓄電池，是存儲(chǔ)從光伏電池轉(zhuǎn)換為的電力，根據(jù)需要隨時(shí)的把電釋放出來(lái)。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中采用的是鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池。

（4）充放電控制器（亦可與逆變器集成一體），是能自動(dòng)防止太陽(yáng)能光伏電源的儲(chǔ)能蓄電池過度充電和過度放電的設(shè)備，它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一。白天，太陽(yáng)能組件將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎髤R集到匯流箱后，進(jìn)入逆變器將直流電轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的市電供家用電器使用，如果有多余還可送到電網(wǎng)上，晚上或太陽(yáng)光線不強(qiáng)的情況下，仍通過電網(wǎng)取電維持生活用電。

（5）并網(wǎng)配電箱：連接光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)備，起連接、保護(hù)及電能分配功能。連接光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)備，期連接、保護(hù)及電能分配功能。

圖1　家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖

2　家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)及分類

2.1家用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)特點(diǎn)

家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)大多數(shù)都會(huì)安裝在屋頂或幕墻上，光伏發(fā)電系統(tǒng)也能以優(yōu)雅美學(xué)的方式安裝在建筑上，與家庭建筑融為一體，使建筑更加的美觀。

（1）太陽(yáng)能資源取不盡用不完，能自產(chǎn)自用，大大的減少了電能傳輸所用成本和運(yùn)行中的損失。

（2）并網(wǎng)后對(duì)國(guó)家電網(wǎng)起到減弱用電高峰的作用，特別是在夏季用電高量比較大的地方。

（3）太陽(yáng)能光伏發(fā)電是綠色環(huán)保的。光伏發(fā)電即不需要用燃料，也不會(huì)排放二氧化碳，對(duì)空氣不會(huì)污染，沒有噪聲產(chǎn)生。

（4）其應(yīng)用的范圍比較廣。只要有光照的地方都可以用太陽(yáng)能進(jìn)行光伏發(fā)電。

（5）使用的壽命比較長(zhǎng)、維護(hù)也簡(jiǎn)單、而且可靠性也高。晶體硅太陽(yáng)能電池壽命可達(dá)20-35年；因?yàn)闆]有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，而且一般都采用自動(dòng)控制技術(shù)，大部分不用人工操作。

（6）太陽(yáng)能電池組件非常簡(jiǎn)單，體積小又輕，運(yùn)輸和安裝方便，光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期比較短。

（7）系統(tǒng)組合容易。由一些太陽(yáng)能電池組件和蓄電池單體組合而成，太陽(yáng)能電池方陣和蓄電池組；逆變器、控制器也可以集成。因此光伏發(fā)電系統(tǒng)大小可隨意變化，組合容易、擴(kuò)大比較方便。

2.2家用太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用分類

家用太陽(yáng)能根據(jù)地理?xiàng)l件、電網(wǎng)情況及用電要求，可歸納為以下幾類：

（1）離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)：這是常見的太陽(yáng)能應(yīng)用方式，與電網(wǎng)不相連，光伏所發(fā)電量一部分通過儲(chǔ)能部分存儲(chǔ)起來(lái)，供夜間使用。在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用已有很多年，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，而且適應(yīng)性比較廣泛，適用于人口分布稀疏，電網(wǎng)不發(fā)達(dá)地區(qū)。

（2）光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)：如果用電負(fù)荷比較大時(shí)，太陽(yáng)能電力不足就向市電購(gòu)電。而負(fù)荷較小時(shí)，或者電力用不完時(shí)，可以把多余的電力賣給市電。在聯(lián)合電網(wǎng)的情況下，這個(gè)系統(tǒng)節(jié)省了蓄電池，不但擴(kuò)張了使用范圍的靈活性，而且還降低了造價(jià)。這個(gè)系統(tǒng)在人口分布稠密地區(qū)比較適用。

（3）A、B兩者混合系統(tǒng)：這個(gè)系統(tǒng)適應(yīng)性比較強(qiáng)，供電可靠性高。既可以依據(jù)電網(wǎng)的高峰電價(jià)來(lái)調(diào)整發(fā)電策略，也可為對(duì)供電要求極高的安防系統(tǒng)供電，減少電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的影響，但此系統(tǒng)的造價(jià)和運(yùn)行成本是比較高的。

（4）家用一體化太陽(yáng)能設(shè)備：例如：太陽(yáng)能庭院燈、草坪燈等美化照明，隨著人民生活水平的提高，居民對(duì)夜間照明等美化照明提出越來(lái)越高的要求，采用傳統(tǒng)照明不僅需要額外的能源，還需要布線、3家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用

放線，成本高，維護(hù)量大；而太陽(yáng)能一體化設(shè)計(jì)，完美的解決了上述難題，其白天吸收太陽(yáng)光并儲(chǔ)存起來(lái)，夜間釋放，不需要額外的能源及布線，檢修安裝方便。。

家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)不僅用于沒有電、缺電的地方。比如中國(guó)的西部地區(qū)，還有一部分人居住海島離海岸線地區(qū)，也可用于發(fā)達(dá)地區(qū)的居民住宅。

我國(guó)西部地區(qū)和沿海島嶼有著特別豐富的太陽(yáng)能資源，在傳統(tǒng)能源越用越少情況下，迫切需要新的能源作為補(bǔ)充，城市及農(nóng)村建筑可以安裝大量的光伏組件，完全可以利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電來(lái)解決用電的問題，而且既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)，還是可再生的能源。

到現(xiàn)在已有大約75萬(wàn)套家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)已被使用。其中大多數(shù)都是牧區(qū)的牧民家庭，他們的通電水平還是比較低的，平常只能用于基本的照明需要。另外，還有林區(qū)和農(nóng)區(qū)的農(nóng)戶和養(yǎng)蜂戶以及不通電的公路道旁、學(xué)校、商店等小單位都在使用家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)來(lái)提供電，還有一些電力比較缺乏地區(qū)的城鎮(zhèn)居民，也在使用家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。假如這些家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的保有量按80%計(jì)，再加上國(guó)家光明工程和送電到鄉(xiāng)工程的光伏電站，我國(guó)現(xiàn)在至少有100萬(wàn)戶家庭都要靠光伏發(fā)電系統(tǒng)解決最基本的生活用電。因?yàn)榈赜虻南拗疲话闼麄冎荒懿捎梅稚⒌墓╇姺椒?，也就是家用太?yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。現(xiàn)在許多地方已用上了光伏系統(tǒng)的地方已經(jīng)升級(jí)換代，提高了生活用電水平。所以，我國(guó)的光伏市場(chǎng)潛力很大。在人口稠密的城市，光伏發(fā)電系統(tǒng)也越來(lái)越重要。能源危機(jī)迫在眉睫，太陽(yáng)能有其清潔、高效和永不衰竭的特征得到了各國(guó)能源專家的關(guān)注，沒有油田煤礦的城市有者兩億平方米的屋頂，只要有陽(yáng)光，每個(gè)屋都是一個(gè)小型的綠色發(fā)電廠；為其安裝“太陽(yáng)能并網(wǎng)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)”，每年至少都能發(fā)電4.3億度，用電緊張得到很大的緩解。

4　結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能作為一種取之不盡用之不謁的能源，即沒有污染有沒有廢物排放，這樣的清潔能源是將來(lái)取代常規(guī)能源的重要形態(tài)。以家庭住宅為單位建設(shè)小型的光伏發(fā)電系統(tǒng)，既不用額外占地，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了分散發(fā)電，自給自足，節(jié)能又環(huán)保，是大力推廣應(yīng)用的好能源。由于我國(guó)是一個(gè)能源消耗大國(guó)，而且人口分布不均勻，所以發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展、保持能源供給的獨(dú)立性和安全性，以及分散人口地區(qū)居民用電具有重要意義。對(duì)能源的需求，對(duì)新技術(shù)的追求以及人們不斷提高的物質(zhì)文化的需要，都將促使太陽(yáng)能光伏技術(shù)成為21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，而家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)也必然會(huì)走進(jìn)各家各戶。

［1］沈輝，曾祖勤.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

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［4］李維亞.未來(lái)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的影響.中國(guó)論文下載中心，08-06-15.

［5］劉宏，吳達(dá)成，楊志剛，翟永輝.家用太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.