毛菊英

摘要：目前，光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，尤其在日照時(shí)間長(zhǎng)、光照強(qiáng)的西部地區(qū)應(yīng)用更加廣泛。文章介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)在具備條件的住宅的方案的基本設(shè)計(jì)及其配置，為光伏發(fā)電的應(yīng)用提供了借鑒，該方案已成功實(shí)施，相關(guān)成果已應(yīng)用于具體工程實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；鄉(xiāng)村住宅；住宅設(shè)計(jì)；太陽(yáng)能電池板；并網(wǎng)設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU18 文章編號(hào)：1009-2374（2016）29-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.028

1 概述

隨著光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，尤其在日照時(shí)間比較長(zhǎng)、光照強(qiáng)的西部地區(qū)應(yīng)用更廣泛，光伏發(fā)電技術(shù)涉及路燈到建筑行業(yè)。本文著重探討光伏發(fā)電技術(shù)在住宅中的應(yīng)用，為有條件安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)的住宅提供借鑒。

2 光伏發(fā)電技術(shù)及其住宅應(yīng)用解決方案

2.1 技術(shù)介紹

光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池板直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它的主要部件是太陽(yáng)能電池板、蓄電池組、控制器和逆變器。

其關(guān)鍵部件太陽(yáng)能電池板是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽(yáng)的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)就可以成為有比較大的輸出功率的太陽(yáng)能電池方陣。這是一種新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性等優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)十幾年的技術(shù)發(fā)展，光伏發(fā)電系統(tǒng)在多領(lǐng)域多行業(yè)發(fā)展迅速，其技術(shù)也越來(lái)越成熟，本文主要介紹此系統(tǒng)在普通住宅中的典型應(yīng)用，尤其在城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速發(fā)展的今天，為光伏的應(yīng)用提供了很好的機(jī)會(huì)。

2.2 住宅典型應(yīng)用方案

在當(dāng)前很多鄉(xiāng)村住宅中，獨(dú)棟建筑尤為常見(jiàn)，其房頂為太陽(yáng)能電池板提供了很好的場(chǎng)地，為安裝使用光伏發(fā)電系統(tǒng)提供了有利的條件。

典型方案配置如表1所示。

2.3 系統(tǒng)框架示意圖

2.3.1 電能采集與轉(zhuǎn)換。如圖1所示，太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能通過(guò)DC/DC控制器儲(chǔ)存到蓄電池組中，蓄電池組通過(guò)串聯(lián)滿足所需要的電壓，通過(guò)并聯(lián)達(dá)到設(shè)計(jì)容量，直流母線將所有蓄電池組連接起來(lái)經(jīng)過(guò)DC/AC逆變器轉(zhuǎn)換到工頻交流220V電壓。

在此部分電路中，控制器、逆變器選型時(shí)中應(yīng)具備電壓監(jiān)測(cè)、絕緣監(jiān)測(cè)等報(bào)警保護(hù)功能。根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)所在地的雷暴天數(shù)，在系統(tǒng)中安裝相應(yīng)等級(jí)的防雷設(shè)施。

2.3.2 用電線路選擇與用電電器。在圖2和圖3中，通過(guò)PLC控制器對(duì)逆變器輸出電源、市電電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，優(yōu)先使用太陽(yáng)能發(fā)出的電能。當(dāng)逆變器輸出電源出現(xiàn)異常時(shí)，電路自動(dòng)切換到市電回路。切換設(shè)置在10秒鐘，防止兩路電源同時(shí)供電的情況發(fā)生。

在用電各回路中根據(jù)所帶用電電器的特點(diǎn)，合理設(shè)置各回路保護(hù)，比如漏電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等。

根據(jù)系統(tǒng)容量的大小，用電電器以輕負(fù)荷電器為宜，耗電量比較大的宜連接在市電回路中。

2.3.3 發(fā)電狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。如圖3所示，在本方案中配置了觸摸屏，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示并記錄系統(tǒng)中的太陽(yáng)能電池板的狀態(tài)、蓄電池組的狀態(tài)、控制器、逆變器的狀態(tài)，方便工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，給使用及維護(hù)提供方便。

2.4 主要技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)與選取

2.4.1 負(fù)載耗電量。根據(jù)一般家庭住宅正常用電日均功率為1kW，工作時(shí)間12小時(shí)，選蓄電池組工作電壓48V則耗電量：Q=1000*12/48=250Ah。

2.4.2 電池板方陣輸出電流計(jì)算。查詢氣象資料，以杭州為例，太陽(yáng)總輻射月平均日輻照量Ht.=6.831～17.405MJ（m2·d），根據(jù)公式Im=Q/（Ht*η1*η2），選取參數(shù)：η1=η2=0.9，當(dāng)負(fù)載完全由電池板方陣輸出時(shí)所需電流Im=45.2～17.7A。

2.4.3 太陽(yáng)能電池板組件選擇。某種單晶硅電池板組件，最大的輸出功率Pm（額定功率）為25W，峰值電壓（額定電壓）Ump為17.2V，峰值電流（額定電流）為1.45A，開路電壓為21V，短路電流為Isc為1.5A，取太陽(yáng)能電池板的發(fā)電效率為0.7，則太陽(yáng)能電池的發(fā)電量：M=Pm×h×u=25×12×0.7=210W，取有效光照時(shí)間為10小時(shí)，按公式：C=Ph/U=25×10/17.2=14.53Ah。太陽(yáng)能電池板的個(gè)數(shù)N1=Q/C=17.2個(gè)，實(shí)際中取18塊即可。實(shí)際能提供的輸出的方陣電流為Im1=18*1.45=26.1A，處于所需Im之間，滿足要求。

2.4.4 蓄電池組選擇。蓄電池的補(bǔ)償值為n=1.4，電池額定電壓DC24V，單個(gè)電池取65Ah，需要蓄電池組的個(gè)數(shù)N2=Q/65=3.8個(gè)，實(shí)際配置取6個(gè)電池組，連接方式為2個(gè)蓄電池串聯(lián)，3組并聯(lián)。

2.5 擴(kuò)展功能

在當(dāng)?shù)毓╇姴块T許可的情況下，可以加裝并網(wǎng)設(shè)備，多余電量輸送到電網(wǎng)上，可以取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為了增加該系統(tǒng)的發(fā)電效率，亦可增加太陽(yáng)能電池板追日系統(tǒng)。

3 綜述

本方案已實(shí)施于多個(gè)項(xiàng)目，運(yùn)行良好，取得預(yù)期效果，同時(shí)為有條件安裝光伏發(fā)電的住宅提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 周志敏，紀(jì)愛(ài)華.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)實(shí)例（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2] 廖東進(jìn)，黃建華.光伏發(fā)電系統(tǒng)集成與設(shè)計(jì)[M].北京：化工工業(yè)出版社，2013.

（責(zé)任編輯：蔣建華）