李鐵鋼

(沈陽工程學(xué)院機械學(xué)院，沈陽110136)

太陽能是一種資源豐富、可節(jié)省發(fā)電燃料成本的無污染的新能源，小型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)是光伏發(fā)電的一種，具有功率小、結(jié)構(gòu)簡單和維修方便的特點，適合在偏遠農(nóng)村進行推廣以利于節(jié)能減排.

針對家庭獨立光伏系統(tǒng)設(shè)計，提出了基于PVSYST 軟件的系統(tǒng)技術(shù)方案，構(gòu)建了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)并研究了相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù).

1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)中家庭負載情況為熒光燈5 盞，每盞功率40 W，每天使用5 h;電視機2 個，每個功率為80 W，每天使用3 h;冰箱1 臺，使用功率700 Wh/天;洗衣機1臺，使用功率1 200 Wh/天，每天的總用電能量為3.38 kWh.

系統(tǒng)首先利用太陽能電池來收集太陽能，再經(jīng)過DC/DC 變換器給蓄電池充電，由于蓄電池的電壓較低，往往無法滿足逆變要求，因此還需要1 個升壓變壓器，將直流電壓升高，最后通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為220 V/50 Hz 的交流電供家庭使用.

遼寧省沈陽市地理位置數(shù)據(jù)為緯度41.46°，經(jīng)度123.26°，海拔高度42 m，氣象數(shù)據(jù)見表1.

太陽能電池組件的總功率為:

式中，Q 為負載日均耗電量;μB為損耗因素，取0.8;μA為太陽能電池功率，取0.7;n 為有效日照時間，取6 h.求得總功率P=1 000 W.允許缺電概率為4%，建議容量1 559 Ah，選擇Solar Cells 生產(chǎn)的型號為50Wp12V的電池板，采用2 串聯(lián)10 并聯(lián)方式安裝，陣列電壓值為29.8 V，電流為32.0 A，功率為1.0 kWp.

表1 沈陽氣象數(shù)據(jù)

冬季太陽的輻射量最低，電池板安裝傾角為43°，方位角為0°.選擇無陰影遮擋模式.

蓄電池組容量

式中，Q 為負載日均耗電量;N 為該地區(qū)最長連續(xù)陰雨天數(shù)，N=10;a 為放電深度，a=0.75.求得蓄電池總?cè)萘繛?5 kWh.

選擇Rolls 生產(chǎn)的型號為2-KS-33PS 的蓄電池，容量為2 V，1 560 Ah.結(jié)構(gòu)上為1 組12 個串聯(lián)形式，電池充電電壓27.4/26.2 V，放電電壓23.5/25.2 V.

2 基于PVSYST 的仿真

PVSYST 能夠較完善地對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行研究、設(shè)計和數(shù)據(jù)分析. 軟件功能全面，可設(shè)計并網(wǎng)、離網(wǎng)、抽水系統(tǒng)和DC-網(wǎng)絡(luò)(公共傳輸)光伏系統(tǒng)，同時包括了廣泛的氣象數(shù)據(jù)庫，光伏系統(tǒng)組件數(shù)據(jù)庫以及一般的太陽能工具，模型數(shù)據(jù)庫可擴充性強，可以從其他氣象軟件輸入氣象數(shù)據(jù)庫，利用PVSYST 設(shè)計的流程如圖1 所示.

圖1 設(shè)計流程

Meteonorm 軟件是一款分析各地氣象資料的軟件，可以分析地理上任意城市的經(jīng)度、緯度、海拔高度和太陽輻射度等信息，分析完成后可以通過中間數(shù)據(jù)文件輸入PVSYST 軟件進行系統(tǒng)設(shè)計.PV 組件的損失因數(shù)如表2 所示.

表2 損失因數(shù)

模擬仿真的天氣資料為沈陽地區(qū)1990 年全年的天氣數(shù)據(jù)，即從1990 年1 月1 日到1990 年12 月31 日，仿真結(jié)果如圖2 所示.從結(jié)果上看，系統(tǒng)一年的發(fā)電量為458 kWh，1 年每千瓦光伏發(fā)電1 145 kWh，陣列面積與發(fā)電量的斜率大約為0.8，電池組陣列損失量為每天每千瓦光伏損失0.86 kWh，系統(tǒng)損失為每天每千瓦光伏損失0.06 kWh.詳細月仿真輸出數(shù)據(jù)見表3 所示.

圖2 仿真結(jié)果

仿真結(jié)果表明所設(shè)計的光伏系統(tǒng)可以滿足家庭負載使用要求.

3 結(jié) 論

為解決家庭節(jié)能用電問題，提出了基于PVSYST的家庭獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)并研究了關(guān)鍵技術(shù)，通過仿真分析驗證了方法的可行性，對光伏系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃具有參考價值.

表3 月輸出數(shù)據(jù)

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