于洪浩 王剛

摘 要：隨著人們環(huán)境意識(shí)的不斷提升，人們加強(qiáng)了對(duì)太陽(yáng)能的應(yīng)用，通過(guò)太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電。太陽(yáng)能是一種可再生能源，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，完成相應(yīng)的發(fā)電，可以改善人們的生活水平，并且可以改善環(huán)境。下面，針對(duì)家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，希望文中內(nèi)容對(duì)相關(guān)工作人員能夠有所幫助，同時(shí)，能夠促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；改善環(huán)境

太陽(yáng)能作為一種綠色能源，其取之不盡，用之不盡，這也是其成為了新型能源的“主力軍”?，F(xiàn)代人們不斷加強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電可以滿足人們?nèi)粘Ｉ钪械挠秒娦枨?，提高人們的生活質(zhì)量。但是，家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，因此，要做好太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保整個(gè)系統(tǒng)的合理性。

1 光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）太陽(yáng)能作為一種可再生能源，不會(huì)發(fā)生枯竭，并且在發(fā)電過(guò)程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

（2）光伏發(fā)電安全可靠。

（3）不受地區(qū)限制，可以說(shuō)有光照的區(qū)域，就可以進(jìn)行光伏發(fā)電。

（4）不需要消耗燃料，能源質(zhì)量高。

（5）容易被人們接受，獲取能源所需時(shí)間短。

正因?yàn)楣夥l(fā)電在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是近幾年隨著光伏發(fā)電技術(shù)變得更加成熟，其在家用方面變得廣泛，并且從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看也取得了不錯(cuò)的成績(jī)，為了使其應(yīng)用效果能夠得到進(jìn)一步提高，應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

太陽(yáng)能光伏發(fā)系統(tǒng)在具體發(fā)電過(guò)程中，是對(duì)光伏組件半導(dǎo)體材料的“光伏”效應(yīng)進(jìn)行合理應(yīng)用，將太陽(yáng)能的輻射直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽涫且环N新型發(fā)電系統(tǒng)[1]。系統(tǒng)的具體規(guī)模可大可小，系統(tǒng)在發(fā)電過(guò)程中，不會(huì)排放任何污染物質(zhì)，并且安裝相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，在整個(gè)生命周期內(nèi)，幾乎不需要維護(hù)[2]。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為獨(dú)立系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)兩種不同類型。太陽(yáng)能光伏獨(dú)立系統(tǒng)主要由電池組件、蓄電池組、控制器，逆變器等多個(gè)構(gòu)件共同構(gòu)成。

本次設(shè)計(jì)的家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)為獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，而從太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，其經(jīng)常在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要考慮技術(shù)的可行性，而且要考慮經(jīng)濟(jì)可行性，只要這樣的設(shè)計(jì)才是合理的。

3 家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某地區(qū)年均日常時(shí)長(zhǎng)為1785h，接收太陽(yáng)輻射量在98-101cal/cm2，該區(qū)域的平均日常長(zhǎng)度為6.0h。系統(tǒng)的具體運(yùn)行要求如下：儲(chǔ)能5日，儲(chǔ)電池放電深度為50%，轉(zhuǎn)換效率要達(dá)到85%；線損為5%。

3.1 客戶需求

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中需要帶動(dòng)的具體負(fù)載內(nèi)容如表1所示。

3.2 計(jì)算蓄電池組容積

蓄電池容積是依據(jù)系統(tǒng)日用電量、蓄能天數(shù)、蓄電池放電的深度進(jìn)行確定，具體計(jì)算如公式（1）所示。

（1）

在公式（1）中，L是系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中日耗電量，單位：kW·h；D是要求蓄能天數(shù)；DOD為蓄電池最大電深度，通常在50%-80%之間；E1為系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)率，通常在80%-90%之間；E2為電力傳輸過(guò)程中實(shí)際損失情況，通常在5%左右。通過(guò)計(jì)算，C=4454.9·h，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果選擇12V標(biāo)準(zhǔn)電壓鉛蓄電池作為發(fā)電系統(tǒng)的電池單體，通過(guò)串聯(lián)的方式，最終構(gòu)成24V電磁蓄電池組，對(duì)電池的容量進(jìn)行計(jì)算，C'=C/24=185.6A·h，在進(jìn)行蓄電池選擇過(guò)程中，必要滿足該項(xiàng)要求，只有這樣才能確保光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠滿足人們的具體應(yīng)用需求[3]。

3.3 控制器的合理選擇

通過(guò)用戶的需求，對(duì)系統(tǒng)的日耗電量進(jìn)行計(jì)算，可以得到L的大小為790W·L，而當(dāng)?shù)仄骄照杖諘r(shí)長(zhǎng)為6h，功率大小為790/6≈132W。

在具體分析過(guò)程中，太陽(yáng)能電池在是運(yùn)行過(guò)程中的，太陽(yáng)能的具體轉(zhuǎn)換率大小為90%，而系統(tǒng)中的控制器與逆變器兩者的轉(zhuǎn)換小都為75%，最終得到太陽(yáng)板的電池在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的具體功率大小為195W，工作電流大小為8.12A。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果采用蓄電池進(jìn)行串聯(lián)，選擇的控制器的型號(hào)應(yīng)當(dāng)為24V/10A，控制器應(yīng)當(dāng)選擇就有良好信譽(yù)廠家生產(chǎn)的控制器，確保控制在應(yīng)用中不會(huì)出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題，以免影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行[4]。

3.4 逆變器的科學(xué)選擇

依據(jù)用戶的具體負(fù)載情況，對(duì)負(fù)載的實(shí)際功率大小進(jìn)行計(jì)算，總功率大小為20×3+150+50+20=280W。因?yàn)樨?fù)載功率的大小超過(guò)逆變器總功率的80%，此時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，逆變器會(huì)將會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱過(guò)度情況，這將會(huì)對(duì)逆變器的性能造成一定程度的不良影響，會(huì)縮短逆變器的應(yīng)用壽命[5]。因此，在逆變器選擇過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)損耗率的實(shí)際情況進(jìn)行靠，逆變器的功率計(jì)算如下：280÷0.8=350W，因此，本次研究最終決定選擇360W的逆變器，同時(shí)逆變器的質(zhì)量也要能夠滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求，避免光伏發(fā)系統(tǒng)在運(yùn)行期間，逆變器性能出現(xiàn)問(wèn)題，這將會(huì)對(duì)發(fā)電造成不良影響。

3.5 確定太陽(yáng)能電池方陣安裝角度

太陽(yáng)光照射到地面的角度時(shí)刻發(fā)生改變，而從實(shí)際情況來(lái)看，只有當(dāng)太能光直射時(shí)，太陽(yáng)能電池的發(fā)電功率才能夠達(dá)到最大。在進(jìn)行太陽(yáng)能電池方陣布置過(guò)程中，可以通過(guò)以下兩種方式進(jìn)行：

（1）第一種方案：安裝向日跟蹤系統(tǒng)。

（2）第二成方案：通過(guò)計(jì)算，依據(jù)計(jì)算結(jié)果，最終確定太陽(yáng)電池方陣安裝的最佳角度。

在實(shí)際操作過(guò)程中，采用第一種方案，可以使太能電池在運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)電效率得到進(jìn)一步提高，但是，向日跟蹤系統(tǒng)較為昂貴，這也就增加了系統(tǒng)的運(yùn)行得到整體成本。第二種方案，雖然整體效率與第一種該方案相比偏低，但是，整體建設(shè)成本低，本次設(shè)計(jì)考慮綜合因素，最終決定采用第二種設(shè)計(jì)方案。

越接近回歸線區(qū)域，安裝傾斜角度就約小，本次探討的區(qū)域的緯度為23.68°，十分接近回歸線區(qū)域，因此光照豐富。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，依據(jù)當(dāng)?shù)禺?dāng)?shù)亟貓D情況，選擇中午12時(shí)，太陽(yáng)的具體高度進(jìn)行計(jì)算，并完成相應(yīng)的安裝工作。計(jì)算如下：Q傾= 180°-（90°+ 65.5°）= 24.95°，其中65.5°表示的為正午12時(shí)，太陽(yáng)的高度，通過(guò)上升計(jì)算結(jié)果，最終可以確定，為了提高太陽(yáng)光伏系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)電效率，最終確定太陽(yáng)電池方陣安裝的傾斜角度應(yīng)當(dāng)為24.95°。

4結(jié)束語(yǔ)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，將其應(yīng)用在個(gè)人家時(shí)，要從實(shí)際情況出發(fā)，加強(qiáng)對(duì)其設(shè)計(jì)合理性的探討，只有設(shè)計(jì)合理，才能確保系統(tǒng)最終運(yùn)行的合理性。本次采用的設(shè)計(jì)方案，為用戶提供了數(shù)月的穩(wěn)定電能，并且光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中并未出現(xiàn)任何問(wèn)題，表明了該設(shè)計(jì)方案的合理性，因此，在該區(qū)域內(nèi)，如果用戶需求相似，可以采取該設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)

[1]路染妮.農(nóng)村智能家用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2018（02）：68-70.

[2]王影星.家用離網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技與企業(yè)，2015（24）：184+186.

[3]付安英，張偉斌，許丹，張金博.家用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與推廣[J].電子設(shè)計(jì)工程，2014，22（18）：145-148.

[4]張曦，康重慶，張寧，等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電的中長(zhǎng)期隨機(jī)特性分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38（06）：6-13.

[5]馬翠萍，史丹，叢曉男.太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本及平價(jià)上網(wǎng)問(wèn)題研究[J].當(dāng)代經(jīng)濟(jì)科學(xué)，2014，36（02）：85-94+127.

（作者單位：英利能源（中國(guó)）有限公司）