光伏發電系統在住宅中的應用探索

毛菊英

摘要：目前，光伏發電技術的應用領域越來越廣，尤其在日照時間長、光照強的西部地區應用更加廣泛。文章介紹了光伏發電系統在具備條件的住宅的方案的基本設計及其配置，為光伏發電的應用提供了借鑒，該方案已成功實施，相關成果已應用于具體工程實踐。

關鍵詞：光伏發電系統；鄉村住宅；住宅設計；太陽能電池板；并網設備 文獻標識碼：A

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

1 概述

隨著光伏發電技術的發展，其應用領域越來越廣，尤其在日照時間比較長、光照強的西部地區應用更廣泛，光伏發電技術涉及路燈到建筑行業。本文著重探討光伏發電技術在住宅中的應用，為有條件安裝光伏發電系統的住宅提供借鑒。

2 光伏發電技術及其住宅應用解決方案

2.1 技術介紹

光伏發電系統是利用太陽能電池板直接將太陽能轉換成電能的發電系統。它的主要部件是太陽能電池板、蓄電池組、控制器和逆變器。

其關鍵部件太陽能電池板是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或并聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣。這是一種新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性等優點。

經過十幾年的技術發展，光伏發電系統在多領域多行業發展迅速，其技術也越來越成熟，本文主要介紹此系統在普通住宅中的典型應用，尤其在城鎮化進程快速發展的今天，為光伏的應用提供了很好的機會。

2.2 住宅典型應用方案

在當前很多鄉村住宅中，獨棟建筑尤為常見，其房頂為太陽能電池板提供了很好的場地，為安裝使用光伏發電系統提供了有利的條件。

典型方案配置如表1所示。

2.3 系統框架示意圖

2.3.1 電能采集與轉換。如圖1所示，太陽能電池板產生的電能通過DC/DC控制器儲存到蓄電池組中，蓄電池組通過串聯滿足所需要的電壓，通過并聯達到設計容量，直流母線將所有蓄電池組連接起來經過DC/AC逆變器轉換到工頻交流220V電壓。

在此部分電路中，控制器、逆變器選型時中應具備電壓監測、絕緣監測等報警保護功能。根據光伏發電系統所在地的雷暴天數，在系統中安裝相應等級的防雷設施。

2.3.2 用電線路選擇與用電電器。在圖2和圖3中，通過PLC控制器對逆變器輸出電源、市電電源進行監測，優先使用太陽能發出的電能。當逆變器輸出電源出現異常時，電路自動切換到市電回路。切換設置在10秒鐘，防止兩路電源同時供電的情況發生。

在用電各回路中根據所帶用電電器的特點，合理設置各回路保護，比如漏電保護、過載保護等。

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

2.3.3 發電狀態監控系統。如圖3所示，在本方案中配置了觸摸屏，實時監測顯示并記錄系統中的太陽能電池板的狀態、蓄電池組的狀態、控制器、逆變器的狀態，方便工作人員及時發現系統的故障，給使用及維護提供方便。

2.4 主要技術參數的設計與選取

2.4.1 負載耗電量。根據一般家庭住宅正常用電日均功率為1kW，工作時間12小時，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算。查詢氣象資料，以杭州為例，太陽總輻射月平均日輻照量Ht.=6.831～17.405MJ（m2·d），根據公式Im=Q/（Ht*η1*η2），選取參數：η1=η2=0.9，當負載完全由電池板方陣輸出時所需電流Im=45.2～17.7A。

2.4.3 太陽能電池板組件選擇。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，取太陽能電池板的發電效率為0.7，則太陽能電池的發電量：M=Pm×h×u=25×12×0.7=210W，取有效光照時間為10小時，按公式：C=Ph/U=25×10/17.2=14.53Ah。太陽能電池板的個數N1=Q/C=17.2個，實際中取18塊即可。實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。蓄電池的補償值為n=1.4，電池額定電壓DC24V，單個電池取65Ah，需要蓄電池組的個數N2=Q/65=3.8個，實際配置取6個電池組，連接方式為2個蓄電池串聯，3組并聯。

2.5 擴展功能

在當地供電部門許可的情況下，可以加裝并網設備，多余電量輸送到電網上，可以取得一定的經濟效益，同時為了增加該系統的發電效率，亦可增加太陽能電池板追日系統。

3 綜述

本方案已實施于多個項目，運行良好，取得預期效果，同時為有條件安裝光伏發電的住宅提供了借鑒。

參考文獻

[1] 周志敏，紀愛華.太陽能光伏發電系統設計與應實例（第2版）[M].北京：電子工業出版社，2013.

[2] 廖東進，黃建華.光伏發電系統集成與設計[M].北京：化工工業出版社，2013.

（責任編輯：蔣建華）