分析家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計

于洪浩 王剛

摘 要：隨著人們環(huán)境意識的不斷提升，人們加強了對太陽能的應用，通過太陽能進行發(fā)電。太陽能是一種可再生能源，對其進行應用，完成相應的發(fā)電，可以改善人們的生活水平，并且可以改善環(huán)境。下面，針對家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計進行分析，希望文中內容對相關工作人員能夠有所幫助，同時，能夠促進整個行業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；改善環(huán)境

太陽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”。現(xiàn)代人們不斷加強對太陽能發(fā)電的應用，通過對太陽能發(fā)電可以滿足人們日常生活中的用電需求，提高人們的生活質量。但是，家用太陽能光伏發(fā)電過程中會出現(xiàn)一些問題，因此，要做好太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計，確保整個系統(tǒng)的合理性。

1 光伏發(fā)電的優(yōu)勢

光伏發(fā)電的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）太陽能作為一種可再生能源，不會發(fā)生枯竭，并且在發(fā)電過程中不會對環(huán)境造成污染。

（2）光伏發(fā)電安全可靠。

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

（4）不需要消耗燃料，能源質量高。

（5）容易被人們接受，獲取能源所需時間短。

正因為光伏發(fā)電在實際應用過程中具有以上優(yōu)點，因此，其應用越來越廣泛，尤其是近幾年隨著光伏發(fā)電技術變得更加成熟，其在家用方面變得廣泛，并且從實際應用情況來看也取得了不錯的成績，為了使其應用效果能夠得到進一步提高，應當做好相應的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計工作。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的構成

太陽能光伏發(fā)系統(tǒng)在具體發(fā)電過程中，是對光伏組件半導體材料的“光伏”效應進行合理應用，將太陽能的輻射直接轉變?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)電過程中，不會排放任何污染物質，并且安裝相對來說比較簡單，在整個生命周期內，幾乎不需要維護[2]。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為獨立系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)兩種不同類型。太陽能光伏獨立系統(tǒng)主要由電池組件、蓄電池組、控制器，逆變器等多個構件共同構成。

本次設計的家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為獨立發(fā)電系統(tǒng)，而從太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際應用情況來看，其經(jīng)常在一些偏遠地區(qū)進行應用。因此，在實際設計過程中，不僅要考慮技術的可行性，而且要考慮經(jīng)濟可行性，只要這樣的設計才是合理的。

3 家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計

某地區(qū)年均日常時長為1785h，接收太陽輻射量在98-101cal/cm2，該區(qū)域的平均日常長度為6.0h。系統(tǒng)的具體運行要求如下：儲能5日，儲電池放電深度為50%，轉換效率要達到85%；線損為5%。

3.1 客戶需求

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在實際運行過程中需要帶動的具體負載內容如表1所示。

3.2 計算蓄電池組容積

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行確定，具體計算如公式（1）所示。

（1）

在公式（1）中，L是系統(tǒng)在實際運行過程中日耗電量，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)能量轉率，通常在80%-90%之間；E2為電力傳輸過程中實際損失情況，通常在5%左右。通過計算，C=4454.9·h，在具體設計過程中，如果選擇12V標準電壓鉛蓄電池作為發(fā)電系統(tǒng)的電池單體，通過串聯(lián)的方式，最終構成24V電磁蓄電池組，對電池的容量進行計算，C'=C/24=185.6A·h，在進行蓄電池選擇過程中，必要滿足該項要求，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用需求[3]。

3.3 控制器的合理選擇

通過用戶的需求，對系統(tǒng)的日耗電量進行計算，可以得到L的大小為790W·L，而當?shù)仄骄照杖諘r長為6h，功率大小為790/6≈132W。

在具體分析過程中，太陽能電池在是運行過程中的，太陽能的具體轉換率大小為90%，而系統(tǒng)中的控制器與逆變器兩者的轉換小都為75%，最終得到太陽板的電池在實際運行過程中的具體功率大小為195W，工作電流大小為8.12A。在實際設計過程中，如果采用蓄電池進行串聯(lián)，選擇的控制器的型號應當為24V/10A，控制器應當選擇就有良好信譽廠家生產(chǎn)的控制器，確保控制在應用中不會出現(xiàn)任何質量問題，以免影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運行[4]。

3.4 逆變器的科學選擇

依據(jù)用戶的具體負載情況，對負載的實際功率大小進行計算，總功率大小為20×3+150+50+20=280W。因為負載功率的大小超過逆變器總功率的80%，此時光伏發(fā)電系統(tǒng)在運行過程中，逆變器會將會出現(xiàn)發(fā)熱過度情況，這將會對逆變器的性能造成一定程度的不良影響，會縮短逆變器的應用壽命[5]。因此，在逆變器選擇過程中，應當對損耗率的實際情況進行靠，逆變器的功率計算如下：280÷0.8=350W，因此，本次研究最終決定選擇360W的逆變器，同時逆變器的質量也要能夠滿足系統(tǒng)的運行需求，避免光伏發(fā)系統(tǒng)在運行期間，逆變器性能出現(xiàn)問題，這將會對發(fā)電造成不良影響。

3.5 確定太陽能電池方陣安裝角度

太陽光照射到地面的角度時刻發(fā)生改變，而從實際情況來看，只有當太能光直射時，太陽能電池的發(fā)電功率才能夠達到最大。在進行太陽能電池方陣布置過程中，可以通過以下兩種方式進行：

（1）第一種方案：安裝向日跟蹤系統(tǒng)。

（2）第二成方案：通過計算，依據(jù)計算結果，最終確定太陽電池方陣安裝的最佳角度。

在實際操作過程中，采用第一種方案，可以使太能電池在運行過程中的發(fā)電效率得到進一步提高，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，整體建設成本低，本次設計考慮綜合因素，最終決定采用第二種設計方案。

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。在具體設計過程中，依據(jù)當?shù)禺數(shù)亟貓D情況，選擇中午12時，太陽的具體高度進行計算，并完成相應的安裝工作。計算如下：Q傾= 180°-（90°+ 65.5°）= 24.95°，其中65.5°表示的為正午12時，太陽的高度，通過上升計算結果，最終可以確定，為了提高太陽光伏系統(tǒng)在運行過程中的發(fā)電效率，最終確定太陽電池方陣安裝的傾斜角度應當為24.95°。

4結束語

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用越來越廣泛，將其應用在個人家時，要從實際情況出發(fā)，加強對其設計合理性的探討，只有設計合理，才能確保系統(tǒng)最終運行的合理性。本次采用的設計方案，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)在運行過程中并未出現(xiàn)任何問題，表明了該設計方案的合理性，因此，在該區(qū)域內，如果用戶需求相似，可以采取該設計方案。

參考文獻

[1]路染妮.農村智能家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)設計[J].自動化與儀器儀表，2018（02）：68-70.

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

[3]付安英，張偉斌，許丹，張金博.家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)設計與推廣[J].電子設計工程，2014，22（18）：145-148.

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

[5]馬翠萍，史丹，叢曉男.太陽能光伏發(fā)電成本及平價上網(wǎng)問題研究[J].當代經(jīng)濟科學，2014，36（02）：85-94+127.

（作者單位：英利能源（中國）有限公司）