太陽能光伏發電獨立系統在住宅中的應用

摘 要：中國是世界第二大用能國家，據統計，煤炭消耗排在世界第一位，石油的消耗排在世界第二位，清潔可再生能源的消耗卻遠遠落后于發達國家。同其他多種可再生能源相比，太陽能光伏發電具有清潔性、安全性、應用的廣泛性、確實的長壽命和免維護性、充足性及經濟性，這些無可比擬的優點，已經為愈來愈多的國家政府和企業界所認識，許多發達國家紛紛制定光伏發電發展規劃，如美國的“百萬屋頂計劃”，日本的“新陽光計劃”等等，21世紀，世界太陽能光伏發電將會具有良好的發展前景。

關鍵詞：太陽能光伏；獨立發電系統；住宅應用

21世紀則是太陽能的世紀。伴隨著太陽能產業的加快發展，太陽能應用特別是太陽能照明應用的步伐明顯加快。太陽能比其它可再生能源更具優越性，是取之不盡、用之不竭的、無污染、人類能夠自由利用的清潔能源，太陽每秒鐘照射到地球上的能量相當于500萬t煤，40min內投射到地球表面的能量相當于全世界每年消耗能量的總和。

1 主要研究內容

太陽能光伏發電系統是利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統，有獨立運行和并網運行兩種方式。獨立運行的光伏發電系統需要有蓄電池作為儲能裝置，主要用于無電網的邊遠地區和人口分散地區；在有公共電網的地區，光伏發電系統與電網連接并網運行，省去蓄電池，不僅可以大幅度降低造價，而且具有更高的發電效率和更好的環保性能。

2 工作原理

太陽能光伏發電的最核心器件是太陽電池。現有大部分城市白天與黑夜都會出現用電峰谷差，供電公司只有通過壓低產能來平抑峰谷差，因此，利用太陽能光伏發電在白天發電儲存起來或者直接輸送到電網的優勢，可以有效的平抑電網峰谷差。當然，問題是住宅小區內的太陽能光伏發電規模較小，需要大量小區同時運用即可以扭轉電網峰谷差的現象。這就是美國的“百萬屋頂計劃”，日本的“新陽光計劃”等項目的理想結果。本項目具體過程為：在光照條件下，太陽電池組件產生一定的電動勢，通過組件的串并聯形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達到系統輸入電壓的要求。通過充逆變器將白天發的電輸一部分送到電網中，將由光能轉換而來的電銷售給電網公司，另一部分儲存在蓄電池中。晚上，直接運用輸送到配電柜，由配電柜的切換作用進行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統還應有限荷保護和防雷裝置，以保護系統設備的過負載運行及免遭雷擊，維護系統設備的安全使用。系統白天發電輸入電網，可以有效的緩解電網白天電力不足的“電峰”情況，而黑夜中利用電池中的直流電直接供應直流LED照明燈具，大大提高了用電效率，減少電力從交流轉換為直流的損失。

3 組成部分

光伏系統是由太陽能電池方陣，免維護鉛酸鉛酸蓄電池組、充放電控制器，逆變器，交流配電柜、自動太陽能組件除塵系統等設備組成。

泰安奧林匹克花園五期工程采用獨立供電的光電互補裝置，當連陰天時間長了后，可以用市電補充，天氣在正常情況下（2-3個連陰天）內，不用市電供電。室外一、二、三、五期照明采用直流24VDC供電方式，按照原有的會所內部經過逆變器逆變后交流220VAC供電。樓頂上是采用180W，34V的工作電壓的單晶硅電池板，8個串聯成18串后進入匯流箱并聯，每一串電池板串聯一個30A/1200V防回流二極管，這樣共需要144塊180Wp的太陽能電池板，共計25920Wp。

前南墻立面上安裝100Wp非晶硅太陽能電池板，100V的工作電壓，3個串聯后并聯，共32串，進入匯流箱，共計96塊非晶硅電池板，共計9600Wp。蓄電池采用1500AH/2V的膠體蓄電池120塊、逆便器24VDC-380VAC逆變器一臺、需要200A/400V的控制器一臺。

太陽能光伏電站是利用太陽能的光生伏打效應原理，把太陽光能轉換為電能，經過蓄電池儲能，直接逆變成交流電供給地下停車場照明、園區室外照明、草坪燈、路燈、廣場燈或其它負載。主要由太陽能電池方陣、蓄電池組、控制器、逆變器、光電互補系統、光散定時控制器組成，日照時，太陽能電池方陣發出電經過控制器給蓄電池充電，用電時通過逆變器將電能轉換為交流電供給負載，當太陽能發電電力不足的情況下，由電網直供負載。

系統運行2年來一直穩定，根據運行測試結構，電力在白天基本實現樓內公共照明自用，不滿足部分由電網供給，光伏發電保證率可以達到40%以上。室外公共照明燈具電力全部由電池供給，即使在今年發生連續雨天7d的情況，為發現電網向電池充電情況發生，這表明單晶光伏發電板的“弱光”發電能力十分優秀。

4 經濟效益與社會效益

根據運營一年后的測試結果和工程當地的年度平均日照時間，我們可以得出經濟效益和社會效益分析：

（1）太陽能發電的主要特點是：采用高效率單晶體硅太陽能電池片，轉換效率高；使用壽命長：≥25年，衰減少；采用高透光率鋼化玻璃封裝，透光率和機械強度高；無人值守，免人維護；初期投資較大。

（2）經濟效益：按山東泰安市平均日照時間4.5h計算，總發電量：35520×4.5×365=58342KWH如前所述，奧園采用的是綜合節能技術，公共照明采用LED燈，節省電量2/3，該光伏電站所發電量，根據實際運行來看，滿足了設計和使用要求，經濟效益較明顯。

（3）社會效益顯現：據統計，每安裝1KW太陽能光伏發電系統，每年可減少CO2排放量2000kg，按25年計算：35.5×25×2000=1775t，折合減少1775t的CO2排放量，社會效益顯著。

5 結束語

在經濟效益和社會效益都具備的條件下，太陽能光伏發電技術在住宅中可以大力發展。技術運用中根據實際情況，選用適合當地情況的離并網形式可以提高發電效率，減少用能浪費。國家能在推廣使用綠色能源的初期，在太陽能發電使用政策上給予傾斜和鼓勵，推行太陽能與建筑一體化技術，把太陽能用在更多更廣的場所。太陽能光伏發電技術在住宅中大量運用的明天即將到來。

參考文獻

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