分析家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

于洪浩 王剛

摘 要：隨著人們環(huán)境意識的不斷提升，人們加強(qiáng)了對太陽能的應(yīng)用，通過太陽能進(jìn)行發(fā)電。太陽能是一種可再生能源，對其進(jìn)行應(yīng)用，完成相應(yīng)的發(fā)電，可以改善人們的生活水平，并且可以改善環(huán)境。下面，針對家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行分析，希望文中內(nèi)容對相關(guān)工作人員能夠有所幫助，同時，能夠促進(jìn)整個行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；改善環(huán)境

太陽能作為一種綠色能源，其取之不盡，用之不盡，這也是其成為了新型能源的“主力軍”。現(xiàn)代人們不斷加強(qiáng)對太陽能發(fā)電的應(yīng)用，通過對太陽能發(fā)電可以滿足人們?nèi)粘Ｉ钪械挠秒娦枨?，提高人們的生活質(zhì)量。但是，家用太陽能光伏發(fā)電過程中會出現(xiàn)一些問題，因此，要做好太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計，確保整個系統(tǒng)的合理性。

1 光伏發(fā)電的優(yōu)勢

光伏發(fā)電的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）太陽能作為一種可再生能源，不會發(fā)生枯竭，并且在發(fā)電過程中不會對環(huán)境造成污染。

（2）光伏發(fā)電安全可靠。

（3）不受地區(qū)限制，可以說有光照的區(qū)域，就可以進(jìn)行光伏發(fā)電。

（4）不需要消耗燃料，能源質(zhì)量高。

（5）容易被人們接受，獲取能源所需時間短。

正因?yàn)楣夥l(fā)電在實(shí)際應(yīng)用過程中具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此，其應(yīng)用越來越廣泛，尤其是近幾年隨著光伏發(fā)電技術(shù)變得更加成熟，其在家用方面變得廣泛，并且從實(shí)際應(yīng)用情況來看也取得了不錯的成績，為了使其應(yīng)用效果能夠得到進(jìn)一步提高，應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計工作。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

太陽能光伏發(fā)系統(tǒng)在具體發(fā)電過程中，是對光伏組件半導(dǎo)體材料的“光伏”效應(yīng)進(jìn)行合理應(yīng)用，將太陽能的輻射直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽涫且环N新型發(fā)電系統(tǒng)[1]。系統(tǒng)的具體規(guī)?？纱罂尚?，系統(tǒng)在發(fā)電過程中，不會排放任何污染物質(zhì)，并且安裝相對來說比較簡單，在整個生命周期內(nèi)，幾乎不需要維護(hù)[2]。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為獨(dú)立系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)兩種不同類型。太陽能光伏獨(dú)立系統(tǒng)主要由電池組件、蓄電池組、控制器，逆變器等多個構(gòu)件共同構(gòu)成。

本次設(shè)計的家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，而從太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況來看，其經(jīng)常在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用。因此，在實(shí)際設(shè)計過程中，不僅要考慮技術(shù)的可行性，而且要考慮經(jīng)濟(jì)可行性，只要這樣的設(shè)計才是合理的。

3 家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

某地區(qū)年均日常時長為1785h，接收太陽輻射量在98-101cal/cm2，該區(qū)域的平均日常長度為6.0h。系統(tǒng)的具體運(yùn)行要求如下：儲能5日，儲電池放電深度為50%，轉(zhuǎn)換效率要達(dá)到85%；線損為5%。

3.1 客戶需求

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中需要帶動的具體負(fù)載內(nèi)容如表1所示。

3.2 計算蓄電池組容積

蓄電池容積是依據(jù)系統(tǒng)日用電量、蓄能天數(shù)、蓄電池放電的深度進(jìn)行確定，具體計算如公式（1）所示。

（1）

在公式（1）中，L是系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中日耗電量，單位：kW·h；D是要求蓄能天數(shù)；DOD為蓄電池最大電深度，通常在50%-80%之間；E1為系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)率，通常在80%-90%之間；E2為電力傳輸過程中實(shí)際損失情況，通常在5%左右。通過計算，C=4454.9·h，在具體設(shè)計過程中，如果選擇12V標(biāo)準(zhǔn)電壓鉛蓄電池作為發(fā)電系統(tǒng)的電池單體，通過串聯(lián)的方式，最終構(gòu)成24V電磁蓄電池組，對電池的容量進(jìn)行計算，C'=C/24=185.6A·h，在進(jìn)行蓄電池選擇過程中，必要滿足該項(xiàng)要求，只有這樣才能確保光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠滿足人們的具體應(yīng)用需求[3]。

3.3 控制器的合理選擇

通過用戶的需求，對系統(tǒng)的日耗電量進(jìn)行計算，可以得到L的大小為790W·L，而當(dāng)?shù)仄骄照杖諘r長為6h，功率大小為790/6≈132W。

在具體分析過程中，太陽能電池在是運(yùn)行過程中的，太陽能的具體轉(zhuǎn)換率大小為90%，而系統(tǒng)中的控制器與逆變器兩者的轉(zhuǎn)換小都為75%，最終得到太陽板的電池在實(shí)際運(yùn)行過程中的具體功率大小為195W，工作電流大小為8.12A。在實(shí)際設(shè)計過程中，如果采用蓄電池進(jìn)行串聯(lián)，選擇的控制器的型號應(yīng)當(dāng)為24V/10A，控制器應(yīng)當(dāng)選擇就有良好信譽(yù)廠家生產(chǎn)的控制器，確?？刂圃趹?yīng)用中不會出現(xiàn)任何質(zhì)量問題，以免影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行[4]。

3.4 逆變器的科學(xué)選擇

依據(jù)用戶的具體負(fù)載情況，對負(fù)載的實(shí)際功率大小進(jìn)行計算，總功率大小為20×3+150+50+20=280W。因?yàn)樨?fù)載功率的大小超過逆變器總功率的80%，此時光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，逆變器會將會出現(xiàn)發(fā)熱過度情況，這將會對逆變器的性能造成一定程度的不良影響，會縮短逆變器的應(yīng)用壽命[5]。因此，在逆變器選擇過程中，應(yīng)當(dāng)對損耗率的實(shí)際情況進(jìn)行靠，逆變器的功率計算如下：280÷0.8=350W，因此，本次研究最終決定選擇360W的逆變器，同時逆變器的質(zhì)量也要能夠滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求，避免光伏發(fā)系統(tǒng)在運(yùn)行期間，逆變器性能出現(xiàn)問題，這將會對發(fā)電造成不良影響。

3.5 確定太陽能電池方陣安裝角度

太陽光照射到地面的角度時刻發(fā)生改變，而從實(shí)際情況來看，只有當(dāng)太能光直射時，太陽能電池的發(fā)電功率才能夠達(dá)到最大。在進(jìn)行太陽能電池方陣布置過程中，可以通過以下兩種方式進(jìn)行：

（1）第一種方案：安裝向日跟蹤系統(tǒng)。

（2）第二成方案：通過計算，依據(jù)計算結(jié)果，最終確定太陽電池方陣安裝的最佳角度。

在實(shí)際操作過程中，采用第一種方案，可以使太能電池在運(yùn)行過程中的發(fā)電效率得到進(jìn)一步提高，但是，向日跟蹤系統(tǒng)較為昂貴，這也就增加了系統(tǒng)的運(yùn)行得到整體成本。第二種方案，雖然整體效率與第一種該方案相比偏低，但是，整體建設(shè)成本低，本次設(shè)計考慮綜合因素，最終決定采用第二種設(shè)計方案。

越接近回歸線區(qū)域，安裝傾斜角度就約小，本次探討的區(qū)域的緯度為23.68°，十分接近回歸線區(qū)域，因此光照豐富。在具體設(shè)計過程中，依據(jù)當(dāng)?shù)禺?dāng)?shù)亟貓D情況，選擇中午12時，太陽的具體高度進(jìn)行計算，并完成相應(yīng)的安裝工作。計算如下：Q傾= 180°-（90°+ 65.5°）= 24.95°，其中65.5°表示的為正午12時，太陽的高度，通過上升計算結(jié)果，最終可以確定，為了提高太陽光伏系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的發(fā)電效率，最終確定太陽電池方陣安裝的傾斜角度應(yīng)當(dāng)為24.95°。

4結(jié)束語

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，將其應(yīng)用在個人家時，要從實(shí)際情況出發(fā)，加強(qiáng)對其設(shè)計合理性的探討，只有設(shè)計合理，才能確保系統(tǒng)最終運(yùn)行的合理性。本次采用的設(shè)計方案，為用戶提供了數(shù)月的穩(wěn)定電能，并且光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中并未出現(xiàn)任何問題，表明了該設(shè)計方案的合理性，因此，在該區(qū)域內(nèi)，如果用戶需求相似，可以采取該設(shè)計方案。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：英利能源（中國）有限公司）