摘要：太陽能是最普遍的自然資源，也是取之不盡的可再生能源，太陽能光伏發(fā)電是直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電形式，。本文主要介紹太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成及分類，并探討太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：太陽能;光伏發(fā)電;設(shè)計

太陽能每分鐘到達地面的能量高達4800萬千瓦，如果把地球表面0.2%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達11.2×1012千瓦小時，相當(dāng)于世界上能耗的80倍。太陽能清潔無污染，安全無毒害，是理想的可持續(xù)發(fā)展能源之一。向太陽索取電能是工業(yè)化發(fā)展到今天、大量化石能源被消耗而且面臨枯竭的必然趨勢。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是人類向太陽索取電能的重要途徑[1]。

1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏組件半導(dǎo)體材料的“光伏效應(yīng)”，能將太陽光輻射直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電分為獨立發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)兩大類，其中獨立發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組件、充放電控制器、逆變器、蓄電池等組成[2]。

2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類

目前，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為兩類：離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)與光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

（1）離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)

離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)是一種常見的太陽能應(yīng)用方式，系統(tǒng)簡單，適應(yīng)性廣，但因其蓄電池的體積偏大和維護困難，限制了使用范圍，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。

（2）光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

當(dāng)用電負荷較大時，太陽能電力不足就向市電購電。在背靠電網(wǎng)的前提下，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)省掉了蓄電池，從而擴展了使用的范圍，提高了靈活性，并降低了造價，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示[3]。

3太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計包括2個方面：容量設(shè)計和硬件設(shè)計。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計包括：負載用電量的計算，太陽能光伏電池組件的計算，蓄電池組容量的計算以及太陽能光伏電池組件安裝最佳傾角的計算等。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括：太陽能光伏電池組件的選型，支架設(shè)計，逆變器的選擇，電纜的選擇，控制測量系統(tǒng)的設(shè)計，防雷設(shè)計及配電系統(tǒng)的設(shè)計等

3.1設(shè)計的基本步驟

收集基本數(shù)據(jù)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)詳細了解該系統(tǒng)現(xiàn)場的地理位置，包括地點、緯度、經(jīng)度和海拔;了解該地區(qū)的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量以及散射輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風(fēng)速以及冰雹、降雪等特殊氣象情況等[4]。

3.2太陽能光伏電池組件的設(shè)計

太陽能光伏電池組件設(shè)計的基本思想就是滿足年平均日負載的用電需求。

（1）太陽能光伏電池組件的并聯(lián)數(shù)量計算公式為：并聯(lián)組件數(shù)量=日平均負載（AH）/{庫侖效率×[組件日輸出（AH）×衰減因子]}[5]

（2）太陽能光伏電池組件的串聯(lián)數(shù)量計算公式為：串聯(lián)組件數(shù)量=系統(tǒng)電壓（V）/組件電壓（V）

3.3蓄電池組的設(shè)計

蓄電池組設(shè)計的基本思想是保證在太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負載仍可以正常工作。

（1）蓄電池組容量的計算公式為：蓄電池組容量=[自給天數(shù)×日平均負載（AH）]/[最大允許放電深度×溫度修正因子]

（2）蓄電池組的并聯(lián)設(shè)計根據(jù)計算出的蓄電池組容量，就可以決定選擇多少個單體蓄電池加以并聯(lián)得到所需的蓄電池組容量。為了盡量減少蓄電池之間的不平衡，建議并聯(lián)的數(shù)目不要超過4組。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用2組并聯(lián)模式，這樣如果1組蓄電池出現(xiàn)故障，就可以斷開該組蓄電池進行維修，而使用另1組正常的蓄電池，此時雖然電流有所下降，但系統(tǒng)還能保持在標稱電壓下正常工作。

3.4太陽能光伏電池組件安裝最佳傾角的設(shè)計

確定太陽能光伏電池組件的最佳安裝傾角是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。組件最佳傾角的計算很復(fù)雜，因此有的觀點認為組件傾角取當(dāng)?shù)鼐暥葹樽罴?，也有的觀點認為組件傾角在當(dāng)?shù)鼐暥鹊幕A(chǔ)上再增加15°至20°為好。以上觀點都不一定妥當(dāng)，也不一定是最好的選擇。目前相關(guān)專家已采用計算機計算出我國部分城市對于負載負荷均勻或近似均衡的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電池組件的最佳安裝傾角，設(shè)計時只需了解系統(tǒng)所在城市就能查出對應(yīng)的最佳安裝傾角[6]，下表為幾個主要城市電池組件的最佳安裝傾角。

城市

北京

長春

上海

南京

廣州

蘭州

拉薩

烏魯木齊

緯度（Ф）

39.80

43.90

31.17

32.0

23.13

36.05

29.7

43.78

最佳傾角

Ф+4

Ф+1

Ф+3

Ф+5

Ф-7

Ф+8

Ф-8

Ф+12

4結(jié)束語

太陽能是最大的綠色能源，太陽能利用將是我國能源變革最可行的解決方案。目前我國是全球前十大光伏市場唯一位于“陽光地帶”的地區(qū)，經(jīng)過多年的發(fā)展，我國已擁有世界上最大規(guī)模的光伏發(fā)電能力。隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的日益成熟，光伏發(fā)電的成本將進一步降低，太陽能光伏發(fā)電無論從技術(shù)還是應(yīng)用角度都具備了走入尋常百姓生活的基礎(chǔ)。相信在不久的將來，綠色、節(jié)能、低碳的新生活必將走進千家萬戶。

參考文獻：

[1]石定寰，中國新能源和可再生能源發(fā)展綱要（1996 — 2010）[J].太陽能，1995（3）：2-4.

[2]馮垛生.太陽能發(fā)電原理與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2007，7.

[3]崔容強，趙春江，吳達成.并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007，7.

[4]楊金煥.太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2009.

[5]李鐘實.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計施工與維護[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[6]王長貴，王斯成. 太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.