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光伏发电系统在住宅中的应用
摘 要：目前,光伏发电技术的应用领域越来越广,尤其在日照时间长、光照强的西部地区应用更加广泛.文章介绍了光伏发电系统在具备条件的住宅的方案的基本设计及其配置,为光伏发电的应用提供了借鉴,该方案已成功实施,相关成果已应用于具体工程实践.
关键词：光伏发电系统；乡村住宅；住宅设计；太阳能电池板；并网设备 文献标识码：A
中图分类号：TU18 文章编号：1009-2374（2016）29-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.028
1 概述
随着光伏发电技术的发展,其应用领域越来越广,尤其在日照时间比较长、光照强的西部地区应用更广泛,光伏发电技术涉及路灯到建筑行业.本文着重探讨光伏发电技术在住宅中的应用,为有条件安装光伏发电系统的住宅提供借鉴.
2 光伏发电技术及其住宅应用解决方案
2.1 技术介绍
光伏发电系统是利用太阳能电池板直接将太阳能转换成电能的发电系统.它的主要部件是太阳能电池板、蓄电池组、控制器和逆变器.
其关键部件太阳能电池板是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流.当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵.这是一种新型电源,具有永久性、清洁性和灵活性等优点.
经过十几年的技术发展,光伏发电系统在多领域多行业发展迅速,其技术也越来越成熟,本文主要介绍此系统在普通住宅中的典型应用,尤其在城镇化进程快速发展的今天,为光伏的应用提供了很好的机会.
2.2 住宅典型应用方案
在当前很多乡村住宅中,独栋建筑尤为常见,其房顶为太阳能电池板提供了很好的场地,为安装使用光伏发电系统提供了有利的条件.
典型方案配置如表1所示.
2.3 系统框架示意图
2.3.1 电能采集与转换.如图1所示,太阳能电池板产生的电能通过DC/DC控制器储存到蓄电池组中,蓄电池组通过串联满足所需要的电压,通过并联达到设计容量,直流母线将所有蓄电池组连接起来经过DC/AC逆变器转换到工频交流220V电压.
在此部分电路中,控制器、逆变器选型时中应具备电压监测、绝缘监测等报警保护功能.根据光伏发电系统所在地的雷暴天数,在系统中安装相应等级的防雷设施.
2.3.2 用电线路选择与用电电器.在图2和图3
中,通过PLC控制器对逆变器输出电源、市电电源进行监测,优先使用太阳能发出的电能.当逆变器输出电源出现异常时,电路自动切换到市电回路.切换设置在10秒钟,防止两路电源同时供电的情况发生.
在用电各回路中根据所带用电电器的特点,合理设置各回路保护,比如漏电保护、过载保护等.
根据系统容量的大小,用电电器以轻负荷电器为宜,耗电量比较大的宜连接在市电回路中.
2.3.3 发电状态监控系统.如图3所示,在本方案中配置了触摸屏,实时监测显示并记录系统中的太阳能电池板的状态、蓄电池组的状态、控制器、逆变器的状态,方便工作人员及时发现系统的故障,给使用及维护提供方便.
2.4 主要技术参数的设计与选取
2.4.1 负载耗电量.根据一般家庭住宅正常用电日均功率为1kW,工作时间12小时,选蓄电池组工作电压48V则耗电量：Q＝1000*12/48＝250Ah.2 . 4 . 2 电池板方阵输出电流计算.查询气象资料, 以杭州为例, 太阳总辐射月平均日辐照量Ht.＝6.831～17.405MJ（m2·d）,根据公式Im＝Q/（Ht*η1*η2）,选取参数：η1＝η2＝0.9,当负载完全由电池板方阵输出时所需电流Im＝45.2～17.7A.2.4.3 太阳能电池板组件选择.某种单晶硅电池板组件,最大的输出功率Pm（额定功率）为25W,峰值电压（额定电压）Ump为17.2V,峰值电流（额定电流）为1.45A,开路电压为21V,短路电流为Isc为1.5A,取太阳能电池板的发电效率为0.7,则太阳能电池的发电量：M＝Pm×h×u＝25×12×0.7＝210W,取有效光照时间为10小时,按公式：C＝Ph/U＝25×10/17.2＝14.53Ah.太阳能电池板的个数N1＝Q/C＝17.2个,实际中取18块即可.实际能提供的输出的方阵电流为Im1＝18*1.45＝26.1A,处于所需Im之间,满足要求.
2.4.4 蓄电池组选择.蓄电池的补偿值为n＝1.4,电池额定电压DC24V,单个电池取65Ah,需要蓄电池组的个数N2＝Q/65＝3.8个,实际配置取6个电池组,连接方式为2个蓄电池串联,3组并联.
2.5 扩展功能
在当地供电部门许可的情况下,可以加装并网设备,多余电量输送到电网上,可以取得一定的经济效益,同时为了增加该系统的发电效率,亦可增加太阳能电池板追日系统.
3 综述
本方案已实施于多个项目,运行良好,取得预期效果,同时为有条件安装光伏发电的住宅提供了借鉴.
参考文献
[1] 周志敏,纪爱华．太阳能光伏发电系统设计与应实例（第2版）[M]．北京：电子工业出版社,2013．
[2] 廖东进,黄建华．光伏发电系统集成与设计[M]．北京：化工工业出版社,2013．
（责任编辑：蒋建华）
发电系统论文范文结:
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