家用固定式太陽能電源的應(yīng)用研究

劉紅昆 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司興化市供電分公司 劉韞祺 身份證號：3212812003****0342

太陽能資源不僅不受地域、海拔等因素的限制，還是一種可再生清潔能源[1]。我國的日照時長較長，豐富的太陽能資源能夠滿足人們眾多能源需求，特別是北方地區(qū)，年累計太陽能輻照量非常大。我國也非常重視太陽能的應(yīng)用，建設(shè)多個大型光伏電站。民用太陽能是利用太陽能資源的主要途徑，本文將研究家用固定式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，希望能提升民用太陽能效率和質(zhì)量。

一、家用太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用及意義

（一）居民緊急用電系統(tǒng)

由于惡劣天氣或突發(fā)情況的影響，有時候供電系統(tǒng)會出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，這時候緊急用電系統(tǒng)將起到至關(guān)重要的作用，可以滿足居民的照明等日常生活需求。例如，當(dāng)某個小區(qū)或樓層出現(xiàn)斷電情況時，可以直接應(yīng)用太陽能發(fā)電系統(tǒng)從樓頂往下一層層供電，保證該樓層居民的正常用電。

（二）農(nóng)村及邊遠地區(qū)應(yīng)用

農(nóng)村和偏遠地區(qū)的地方比較偏僻，輸送距離較長，如果使用傳統(tǒng)電網(wǎng)供電需要花費較大的經(jīng)濟成本[2]。同時，這些地區(qū)具有土地資源廣闊、日照量久、供電范圍小的特點，因此，可以將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到這些地區(qū)，且中小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)就能滿足村民日常生活用電需求。但目前的問題是如何科學(xué)選擇發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)地址和提升設(shè)備儀器保修效率。

（三）建立家用固定式太陽能電源的意義

太陽能是一種環(huán)保的綠色可再生資源，能夠有效提升城鄉(xiāng)居民生活品質(zhì)、改善空氣質(zhì)量，建設(shè)綠色低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，為社會經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展提供保障。目前，太陽能電源已經(jīng)滲入人們生活的方方面面，常見的有太陽能電燈、太陽能熱水器、太陽能電動車等，具有節(jié)能減排的作用。這樣一來，建立家用固定式太陽能電源不僅能夠應(yīng)對突發(fā)的市電供電不穩(wěn)定情況，保證家庭用電不受影響，還能降低人們在電力方面的花費。因此，建立安全可靠的綠色環(huán)保家用太陽能電源具有重要應(yīng)用意義。

二、太陽能電源接入系統(tǒng)方案

本次研究將以某市某村為研究對象，該村原有千垛鎮(zhèn)蔡家村2#變壓器供電，該供電系統(tǒng)共有一個配電變壓器，容量為200kV·A。由于該鄉(xiāng)村位置偏僻，一旦遇上突發(fā)供電情況，電力維修人員難以及時調(diào)整和維修，這時候為了保證家庭基本用電不受影響，建立固定式太陽能電源為其提供電力非常重要。本次設(shè)計的家用固定式太陽能電源的電壓等級為220V，建設(shè)完成后能夠滿足電能自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的需求。在建立太陽能光伏電站后，需要將用戶的電能表更換成有雙向計量功能的四費率一型單相遠程費控智能電能表，并配備必要的隔離配套設(shè)備。本次使用到的元件主要有光伏方陣、配電箱、計量電表、專用接頭、專用電纜、匯流箱、專用導(dǎo)軌、專用逆變器等[3]。

三、設(shè)備及其設(shè)計與安裝

（一）電池方陣的設(shè)計與安裝

電池方陣的設(shè)計與安裝主要注意兩個方面：方陣的傾角值和電池板的選用與設(shè)計。第一，確定太陽能電池方陣的傾角值。太陽能的產(chǎn)生是依靠光伏發(fā)電，方陣照射的光線越多，吸收的太陽能越大，進而產(chǎn)生越多的電量。但是由于太陽不可能一直處于不變的狀態(tài)，因此難以實現(xiàn)太陽光線與電池板長久垂直的目的，這就需要科學(xué)思考和設(shè)計最佳的傾角，促使太陽能電池板能夠發(fā)揮最大效用，具體選值與當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度相關(guān)，常常會使用經(jīng)緯度作為傾角值。

第二，設(shè)計太陽能電池方陣。需要按照用戶需求合理選擇太陽能電池板。通常情況下會采用電池板并聯(lián)或并聯(lián)的方式形成太陽能方陣。串聯(lián)能夠確定輸出電壓，并聯(lián)能夠確定輸出電流，然后再將其結(jié)合起來得出太陽能電源系統(tǒng)的輸出功率。本次選用JKM265P-60多晶電池組件，它們的參數(shù)分別為最大輸出功率265W、最大系統(tǒng)電壓1000V、最大過載保護電流為15A。當(dāng)輸出功率最大時，工作電壓為31.4V、工作電流為8.44A、開路電壓為38.6V，如果發(fā)生短路，這時候的電流為9.03A。通過詳細(xì)計劃，本次將選擇兩組6電池組件進行串聯(lián)，然后在并聯(lián)兩組組件，因此，本次的電池總組件為12塊，其容量為3.18kW。

（二）匯流箱的設(shè)計

匯流箱內(nèi)安裝的設(shè)備有空開斷路器、逆變器及防雷保護裝置。

（三）逆變器的設(shè)計

當(dāng)選用的逆變器的輸出功率最大時，輸入工作電壓為188.4V，計算方式為31.4V×6。開路電壓為231.6V，計算方式為38.6V×6。

（四）運行監(jiān)測

為了能夠?qū)崟r了解太陽能供電系統(tǒng)的運行情況，本次設(shè)計還選用了陽光電源生產(chǎn)的GPS，通過與逆變器串口相接進行實時監(jiān)測，保證運行效果。

四、結(jié)果分析

該家用固定式太陽能電源系統(tǒng)自運行以來，相關(guān)人員每天都會對其進行監(jiān)測。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在晴朗的天氣時，由于云層較少，太陽的輻射較強，到達地面的太陽光線更強，發(fā)電量也更多；如果是雨雪霧霾等天氣，太陽輻射被削弱，發(fā)電量也變少。同時，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，發(fā)電量良好的時間主要集中在上午9點到下午2點。

通過本次安裝應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)家用固定式太陽能光伏電源具有非常優(yōu)秀的發(fā)電能力，可以滿足山村的基本用電需要。根據(jù)觀察，該供電系統(tǒng)的每天最高發(fā)電量為17.5kW·h左右，這時候的電力在滿足村民需求的同時還有余量，這些余量會回送到電網(wǎng)中。同時，在觀察期間該供電系統(tǒng)一直處于較為理想的狀態(tài)，大大減少電網(wǎng)電力應(yīng)用量，由此可以看到家用固定式太陽能電源有著極強的應(yīng)用價值。