家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)方案深析

莊曉武

（羲和太陽能電力有限公司，江蘇南京 210012）

家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)方案深析

莊曉武

（羲和太陽能電力有限公司，江蘇南京 210012）

我國是一個資源消耗非常大的國家，然而資源儲量又很低。所以工業(yè)化進程的快速發(fā)展和消費的巨大需求讓我國資源就更加的缺乏，只能依賴進口。能源短缺以及爆發(fā)式發(fā)展所帶來的環(huán)境污染已威脅到經(jīng)濟和社會的發(fā)展。而且，我國有很多居住在偏遠地方的人們還沒有用上電。這些事實情況更加要求我們要尋找和開發(fā)新能源，太陽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，因此太陽能光伏發(fā)電是解決能源問題的一個很好的選擇。

家用太陽能 光伏發(fā)電 并網(wǎng)

由于越來越多的家庭安裝太陽能電池板，使其并網(wǎng)運行及建筑一體化研究勢在必行。而數(shù)字信號處理器（DSP）及智能家居的出現(xiàn)使家庭太陽能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法得到進一步的發(fā)展完善。太陽能發(fā)電不會產(chǎn)生任何廢料，也不會排放任何氣體，對環(huán)境不會造成影響，是一種特別清潔的能源。如果太陽能能夠取代傳統(tǒng)能源，就會對人類的可持續(xù)發(fā)展有著很深遠的意義。

1　家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

家用太陽能光伏發(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，把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。按基本材料分為：晶體硅太陽能電池，非晶體硅太陽能電池，化合物太陽能電池和有機半導體太陽能電池。

（2）逆變器（或控制逆變一體機），是把直流電轉(zhuǎn)換為交流電的裝置。另外，當用于離網(wǎng)的時候，控制逆變一體機還提供對蓄電能電池的充放電管理功能。另外，逆變器還擁有自動穩(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，是存儲從光伏電池轉(zhuǎn)換為的電力，根據(jù)需要隨時的把電釋放出來。太陽能光伏系統(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），是能自動防止太陽能光伏電源的儲能蓄電池過度充電和過度放電的設備，它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一。白天，太陽能組件將太陽光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎髤R集到匯流箱后，進入逆變器將直流電轉(zhuǎn)變成標準的市電供家用電器使用，如果有多余還可送到電網(wǎng)上，晚上或太陽光線不強的情況下，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)的設備，起連接、保護及電能分配功能。連接光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)的設備，期連接、保護及電能分配功能。

圖1　家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖

2　家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點及分類

2.1家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)特點

家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大多數(shù)都會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行中的損失。

（2）并網(wǎng)后對國家電網(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，也不會排放二氧化碳，對空氣不會污染，沒有噪聲產(chǎn)生。

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

（5）使用的壽命比較長、維護也簡單、而且可靠性也高。晶體硅太陽能電池壽命可達20-35年；因為沒有機械轉(zhuǎn)動部件，而且一般都采用自動控制技術，大部分不用人工操作。

（6）太陽能電池組件非常簡單，體積小又輕，運輸和安裝方便，光伏發(fā)電系統(tǒng)建設周期比較短。

（7）系統(tǒng)組合容易。由一些太陽能電池組件和蓄電池單體組合而成，太陽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、擴大比較方便。

2.2家用太陽能發(fā)電應用分類

家用太陽能根據(jù)地理條件、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)：這是常見的太陽能應用方式，與電網(wǎng)不相連，光伏所發(fā)電量一部分通過儲能部分存儲起來，供夜間使用。在國內(nèi)外應用已有很多年，系統(tǒng)比較簡單，而且適應性比較廣泛，適用于人口分布稀疏，電網(wǎng)不發(fā)達地區(qū)。

（2）光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)：如果用電負荷比較大時，太陽能電力不足就向市電購電。而負荷較小時，或者電力用不完時，可以把多余的電力賣給市電。在聯(lián)合電網(wǎng)的情況下，這個系統(tǒng)節(jié)省了蓄電池，不但擴張了使用范圍的靈活性，而且還降低了造價。這個系統(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)：這個系統(tǒng)適應性比較強，供電可靠性高。既可以依據(jù)電網(wǎng)的高峰電價來調(diào)整發(fā)電策略，也可為對供電要求極高的安防系統(tǒng)供電，減少電網(wǎng)對系統(tǒng)的影響，但此系統(tǒng)的造價和運行成本是比較高的。

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

放線，成本高，維護量大；而太陽能一體化設計，完美的解決了上述難題，其白天吸收太陽光并儲存起來，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)達地區(qū)的居民住宅。

我國西部地區(qū)和沿海島嶼有著特別豐富的太陽能資源，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，完全可以利用太陽能光伏發(fā)電來解決用電的問題，而且既環(huán)保又經(jīng)濟，還是可再生的能源。

到現(xiàn)在已有大約75萬套家用太陽能光伏發(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、學校、商店等小單位都在使用家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)來提供電，還有一些電力比較缺乏地區(qū)的城鎮(zhèn)居民，也在使用家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。假如這些家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的保有量按80%計，再加上國家光明工程和送電到鄉(xiāng)工程的光伏電站，我國現(xiàn)在至少有100萬戶家庭都要靠光伏發(fā)電系統(tǒng)解決最基本的生活用電。因為地域的限制，一般他們只能采用分散的供電方法，也就是家用太陽能光伏發(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)升級換代，提高了生活用電水平。所以，我國的光伏市場潛力很大。在人口稠密的城市，光伏發(fā)電系統(tǒng)也越來越重要。能源危機迫在眉睫，太陽能有其清潔、高效和永不衰竭的特征得到了各國能源專家的關注，沒有油田煤礦的城市有者兩億平方米的屋頂，只要有陽光，每個屋都是一個小型的綠色發(fā)電廠；為其安裝“太陽能并網(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　結語

太陽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取代常規(guī)能源的重要形態(tài)。以家庭住宅為單位建設小型的光伏發(fā)電系統(tǒng)，既不用額外占地，同時也實現(xiàn)了分散發(fā)電，自給自足，節(jié)能又環(huán)保，是大力推廣應用的好能源。由于我國是一個能源消耗大國，而且人口分布不均勻，所以發(fā)展太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對于我國的可持續(xù)發(fā)展、保持能源供給的獨立性和安全性，以及分散人口地區(qū)居民用電具有重要意義。對能源的需求，對新技術的追求以及人們不斷提高的物質(zhì)文化的需要，都將促使太陽能光伏技術成為21世紀的關鍵技術，而家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)也必然會走進各家各戶。

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

［2］曹瑩.家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計［J］.機電工程，2011年01期.

［3］岳畏畏，張會娟.太陽能光伏發(fā)電在綠色建筑中的有效利用［J］.建筑節(jié)能，2012年01期.

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

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