對太陽能供電即發即用系統及其應用的探討

摘 要 太陽能供電即發即用系統與以往獨立式太陽能發電系統有所區別。太陽能電池板輸出直流電壓，系統中使用直流電動力設備，直接由太陽能電池板將光能轉換為電能，提供直流電源。太陽能供電即發即用系統結構簡單，直接使用太陽能電池組件給負載供電，省去了能量在蓄電池中儲存和釋放的過程。

關鍵詞 太陽能 即發即用 熱水循環系統 凈水系統

新疆部分地區及邊防哨所，大多處在自然條件惡劣、氣候極端、水電供應不正常、風雪雨雹較多等條件較艱苦的偏遠地區。但是，邊防地處高原，太陽能資源豐富，可充分發揮其優勢。

我們設計采用一種新的太陽能供電應用方式，即：將太陽能發電和熱水循環系統、凈水系統有機地結合起來。因為在熱水循環系統、凈水系統中均使用了小型水泵作為循環的動力源。在沒有市電的情況下，一般使用柴油發電機，電壓不穩定。為了解決用電問題和提高系統穩定性，將系統中的水泵改為直流水泵，由一塊太陽能電池板（為直流發電）供電。當有陽光照射時，太陽能電池組件將光能轉換為直流電能，使直流水泵運行。

即發即用系統由太陽能電池組件、支架、直流循環水泵、控制系統、線路配件等組成。整個系統自動運行，使用安全，維護方便?？筛鶕盟?、安裝場地、用戶要求進行靈活的排列組合。

一、主要技術特點

一是此種技術結合取消了傳統的太陽能發電控制器、逆變器、蓄電池組等，節約了系統投資成本，且結構簡單、故障率低。

二是光電與光熱的結合，能量完全來自太陽能。

三是不受建筑形式限制，并與其完美結合，可以在平屋頂、坡屋頂、地面等多個位置安裝。

二、工程中的實際應用

1.即發即用型熱水循環系統由太陽能電池組件、直流水泵、太陽能集熱器、儲熱水箱、連接管路、控制系統組成。本系統將太陽能發電和太陽能熱水系統有機地結合起來。當有陽光照射時，太陽能集熱器將光能轉換為熱能，同時太陽能電池組件將光能轉換為直流電能使直流水泵運行。太陽光照射在集熱器上產生的熱水，通過水泵將太陽能集熱器產生的熱水循環至儲熱水箱中，同時將儲熱水箱中涼水循環至太陽能集熱器中，如此循環，使儲熱水箱中的水溫不斷升高，達到可以使用熱水的目的。當無光照時，太陽能集熱器不產生熱水，同時太陽能電池組件也不發電。

系統施工時，按照GB/T18713-2002《太陽熱水系統設計安裝及工程驗收技術規范》進行。太陽能電池組件與太陽能集熱器安裝位置、環境一致。太陽能電池組件與集熱器安裝靈活，可以安裝在地面或屋頂的支架上，并能與建筑結合，不影響建筑使用。支架采用國標8#槽鋼、40×40×4角鋼、40扁鐵等，表面做熱鍍鋅處理?；A部分采用焊接（也可預埋地腳螺栓，采用螺栓連接），其余部分采用螺栓連接方式。

圖1 太陽能熱水循環系統原理圖

如圖1所示：水泵運行的條件有兩個，當光敏抬頭測得的太陽光照達到一定強度，并且集熱器溫度大于水箱溫度7℃時，水泵運行；當集熱器溫度與水箱溫度差小于3攝氏度時，水泵停止，直至溫差大于7℃時，重新啟動。

2.即發即用型凈化水系統。系統由太陽能電池組件、直流水泵、水處理設備、儲水箱、連接管路、控制系統組成。光敏電阻將太陽光的輻照強度轉換成電阻值的變化，并將信號傳到控制器，由控制器來檢測是否滿足直流水泵的供電要求，啟停水泵（見圖2）。

圖2 凈化水系統原理圖

三、系統中應注意的問題

1.太陽能電池組件與直流水泵的選型要匹配，直流水泵的工作電壓與太陽能電池組件的額定工作電壓相同，且太陽能電池組件輸出額定電流不大于直流水泵的額定電流。

2.系統安裝應緊湊，控制器與太陽能電池組件、太陽能集熱器與出熱水箱的距離不應過大。

四、綜合效益的比較

1.在使用和系統運行期間，太陽能集熱工程為全自動運行控制，正常運行期間無需人工操作，能量均來自太陽能，運行可靠，故障率低。而戶用太陽能熱水器必須由人工操作，使用期間耗費人力。家用太陽能熱水器后來配備水溫水位控制器，但還存在可靠性差、容易出現故障等問題。

2.市電或油機發電提供循環動力電源的方式受電源質量的限制，運行不穩定。本方案中使用高轉換效率的太陽能電池板為動力設備提供電力保障，不造成污染、不產生噪音，電力可持續供給。

五、應用效益分析

系統采用130Wp多晶硅太陽能電池板，在日照良好的情況下，每天可發電0.75KWh，可為功率40W的直流水泵提供持續性的電源。

1.經濟效益分析及計算依據。一塊130Wp太陽能電池組件，晴天每周發電5度左右，發電穩定，投資回收期12年左右，使用壽命長，可使用25年；1平方米太陽能熱水器，晴天每天集熱相當于3度電產熱，能提供40度以上熱水60公斤～100公斤；1平方米太陽能熱水器，每年可以節電700度～800度，節省電費支出640元左右（以電費為0.80）投資回收為1年～3年；光伏太陽能發電是清潔的能源。據測算，每發1千瓦時火電要向大氣中排放0.l公斤二氧化碳。燃煤發電還排放出許多其他有害氣體和大量灰塵，產生大量廢灰、廢渣。大力開發光伏太陽能發電來取代部分燃煤發電，就可以大量減少對環境的污染。1平方米的太陽能集熱器可節約標準煤2.25噸，減少因燃煤排放的二氧化碳25.6公斤，氮氧化合物908公斤。

2.社會效益分析及計算依據。新能源要同時符合兩個條件：一是蘊藏豐富，不會枯竭；二是安全、干凈，不會威脅人類和破壞環境。目前找到的新能源主要有兩種，一是太陽能，二是燃料電池。其中，最理想的新能源是太陽能。太陽能同以往其他電源發電原理完全不同，具有諸多特點：無枯竭危險；絕對干凈（無公害）；不受資源分布地域的限制；可在用電處就近發電；能源質量高；使用者從感情上容易接受；獲取能源花費的時間短。

六、系統維護管理

檢查系統排污，水箱每3個月清洗一次；太陽能電池組件、太陽能集熱器表面保持清潔，并每月檢查是否有損壞；檢查管路系統（閥、泵及各連接部件），杜絕跑、冒、滴、漏等現象；每年做防腐處理及保溫的修復工作；做好冬季太陽能平板集熱器循環液的排空和收集、保管；電路檢查。

七、結束語

利用太陽能進行發電，其技術可行，并具有顯著的經濟環境效益。這種太陽能供電即發即用系統在太陽能資源豐富地區，具有很好的普及性。