邊遠山區畜禽養殖場光伏發電系統的設計

韓群勇

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邊遠山區畜禽養殖場光伏發電系統的設計

韓群勇

（漳州職業技術學院 建筑工程系，福建 漳州 363000）

研究太陽能光伏系統向一個邊遠山區畜禽養殖場供電，設計了一種可自動控制的光伏發電系統，能充分利用太陽能這一取之不盡的清潔能源，又不會對環境造成污染，具有應用前景。

畜禽養殖場；光伏系統；自動控制；節能減排

1 引言

目前，國內養殖業空前發展，其排放量大、治污水平低、監管薄弱等使得畜禽養殖業位居全國重點污染排放領域之首，這一領域也將成為“十二五”環境監管的重要內容。目前許多養殖戶將畜禽養殖場選擇在遠離都市、村莊、城區、居民點的地方，但這些地方往往電網無法達到而太陽能資源又豐富。如何充分利用太陽能這一清潔的可再生資源以解決供電問題成為當前一個重要課題。畜禽養殖場的電力負荷包括照明負載和動力負載，照明負載主要解決照明問題，動力負載主要解決取水供水問題。針對此情況，本文設計一種光伏發電系統以解決邊遠山區養殖場的供電問題，具有較好的研究與應用價值。

2 邊遠山區畜禽養殖場光伏發電系統構成與設計

2.1邊遠山區畜禽養殖場光伏發電系統的構成

整個系統構成如圖1所示。

圖1 邊遠山區畜禽養殖場光伏發電系統示意圖

整個畜禽養殖場光伏系統主要由太陽能電池板、蓄電池組、控制器、逆變器、切換開關、柴油發電機和交流負載等幾部分組成。太陽能電池板負責將太陽能直接轉換成電能,存貯在蓄電池組內；控制器根據實際用電需要，通過控制逆變器和切換開關以滿足養殖場的照明和供水用電需求；逆變器，將存儲的電能逆變成交流電供給負載使用。此外，由于氣候的不穩定性，使得太陽光會出現不連續的情況，特別是在春季很容易出現持續陰雨天氣的現象，此時太陽能電池板就無法發電，而蓄電池組儲存的電能又有限，這樣就會出現供電不足的情況。為避免由惡劣天氣或其他不可預測的情況引起的供電不足，本系統采用備用柴油發電機以解決此問題，控制器根據對蓄電池的電壓情況及當地的氣候條件自動切換電源，以滿足不間斷供電，實現自動控制的功能。

2.2負荷選擇

2.3太陽能電池板的選擇

綜合考慮各種因素，本系統需用12片功率為60W、電壓為12 V的太陽能電池板，其發電方式為3路并聯、每路4片太陽能電池板串聯。

2.4蓄電池組容量的確定

2.5逆變器的選擇

逆變器主要功能是將太陽能電池板輸出直流電逆變成負載需要的交流電。由于太陽能電池輸出的電壓隨光照的變化而變化，具有不穩定性，會對后續的逆變電路造成影響，為解決其穩定性需先穩壓，通常可采用直流穩壓電路先實現直流--直流變換，輸出穩定電壓后再逆變。逆變器實現直流--交流逆變，將穩壓直流電逆變成交流電，再通過變壓、整流、濾波后供負載使用。為保證逆變的交流電能滿足供電需求，需對其檢測。目前常用的直流--直流變換電路的有Buck型、Boost型、Buck-Boost型和Cuk型，其中Boost型線路損耗大、Buck-Boost型需考慮濾波問題、Cuk型電路復雜成本高，綜合考慮，本系統選用Buck型電路作為直流--直流變換電路，它可通過調制脈寬或者頻率調制來實現穩壓輸出。由于節能燈和潛水泵都使用單相電AC220V，故本系統的直流--交流逆變電路采用單相電壓型逆變電路，常見的電路有半橋逆變電路、全橋逆變電路和帶中心抽頭變壓器的逆變電路三種。因潛水泵對于電源電壓要求比較高，所以直流--交流逆變電路采用全橋逆變電路以保證供電質量。

2.6控制器的功能

控制器是整個系統的核心，其主要功能保證整個系統穩定運行，且最大程度利用太陽能。有光照時，太陽能電池板將光能轉換成電能存儲在蓄電池組中，控制器通過電壓傳感器對蓄電池的充電電壓進行控制，同時啟動Buck型直流—直流變換器將蓄電池的電能通過轉換成穩定的直流電壓，再經過全橋逆變器將直流電逆變成220V交流電，供節能燈與水泵使用。為保證逆變的交流電符合負荷電源質量要求，控制器通過反饋電路對逆變的交流電進行電壓采樣，經過變壓、整流、濾波后的反饋電壓可作為Buck型變換器的脈寬調制控制依，如檢測到反饋電壓與給定值無偏差時，Buck型變換器輸出不變；如有檢測到反饋電壓與給定值偏差時，則控制器根據偏差改變Buck型變換器調制脈寬，以實現對輸出的逆變電壓誤差自動校正，確保逆變交流電滿足負荷要求。

如遇超負荷使用或持續陰雨天氣時，蓄電池所儲存的電量不足，控制器檢測到電壓傳感器采集的信號值偏低，控制器則自動發出信號啟動備用柴油發電機，并觸發切換開關使電路工作在柴油發電狀態，這就確保備用電與太陽能發電獨立分開工作并保證不間斷供電，同時對蓄電池起欠壓保護作用。如遇長時間強光照時，可能出現蓄電池過充導致過壓，長期工作會損害蓄電池，控制器檢測電壓傳感器采集的信號偏高時，自動發出切斷充電，停止太陽能電池板對蓄電池充電，實現過壓保護功能。整個系統在控制器的作用下確保蓄電池組任何條件下不會因過充或過放而被損壞，最大程度的利用太陽能，起到自動控制與保護的功能。

3 結論

筆者設計的可實現自動控制的邊遠山區畜禽養殖場光伏發電系統，能實現自動切換供電，還可自動穩壓調壓、過壓欠壓保護等，基本滿足邊遠山區畜禽養殖場供電問題，最大程度利用太陽能這一取之不竭、用之不盡的可再生清潔能源，真正意義上實現節能減排，具備很大的推廣與應用空間。但也存在若干問題如可靠性問題、電路故障自動檢測與報警處理問題、防雷與接地問題、成本問題、抗干擾問題等【1】。此外還可往風光互補、集成化、供暖等多功能化方向發展。

[1]王琳基.王研兆.韓群勇.風光互補智能LED路燈的構成與設計[C].2011福建省電機電器學術年會論文集，160-161。

Design of livestock and poultry farms in remote mountainous areas of PV systems

HAN Qun-yong

(Architectural Engineering Department，Zhangzhou Institute of Technology，Zhangzhou 363000，China)

Research on photovoltaic solar power to a remote mountainous areas of livestock and poultry farms, designed to automatically control a photovoltaic power generation system that can take full advantage of this inexhaustible supply of clean solar energy and do not pollute the environment, ha sapplication prospects.

Livestock and poultry farms; PV systems; Automatic control; Energy-saving and Environmental protection

（責任編輯：季平）

2012－03－10

韓群勇（1983—），男，福建漳州人，助教，碩士，研究方向：建筑電氣及自動控制。

TM615＋.2

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1673-1417（2012）02-0017-03