太陽能光伏發(fā)電獨立系統在住宅中的應用

摘 要：中國是世界第二大用能國家，據統計，煤炭消耗排在世界第一位，石油的消耗排在世界第二位，清潔可再生能源的消耗卻遠遠落后于發(fā)達國家。同其他多種可再生能源相比，太陽能光伏發(fā)電具有清潔性、安全性、應用的廣泛性、確實的長壽命和免維護性、充足性及經濟性，這些無可比擬的優(yōu)點，已經為愈來愈多的國家政府和企業(yè)界所認識，許多發(fā)達國家紛紛制定光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)劃，如美國的“百萬屋頂計劃”，日本的“新陽光計劃”等等，21世紀，世界太陽能光伏發(fā)電將會具有良好的發(fā)展前景。

關鍵詞：太陽能光伏；獨立發(fā)電系統；住宅應用

21世紀則是太陽能的世紀。伴隨著太陽能產業(yè)的加快發(fā)展，太陽能應用特別是太陽能照明應用的步伐明顯加快。太陽能比其它可再生能源更具優(yōu)越性，是取之不盡、用之不竭的、無污染、人類能夠自由利用的清潔能源，太陽每秒鐘照射到地球上的能量相當于500萬t煤，40min內投射到地球表面的能量相當于全世界每年消耗能量的總和。

1 主要研究內容

太陽能光伏發(fā)電系統是利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發(fā)電系統，有獨立運行和并網運行兩種方式。獨立運行的光伏發(fā)電系統需要有蓄電池作為儲能裝置，主要用于無電網的邊遠地區(qū)和人口分散地區(qū)；在有公共電網的地區(qū)，光伏發(fā)電系統與電網連接并網運行，省去蓄電池，不僅可以大幅度降低造價，而且具有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保性能。

2 工作原理

太陽能光伏發(fā)電的最核心器件是太陽電池。現有大部分城市白天與黑夜都會出現用電峰谷差，供電公司只有通過壓低產能來平抑峰谷差，因此，利用太陽能光伏發(fā)電在白天發(fā)電儲存起來或者直接輸送到電網的優(yōu)勢，可以有效的平抑電網峰谷差。當然，問題是住宅小區(qū)內的太陽能光伏發(fā)電規(guī)模較小，需要大量小區(qū)同時運用即可以扭轉電網峰谷差的現象。這就是美國的“百萬屋頂計劃”，日本的“新陽光計劃”等項目的理想結果。本項目具體過程為：在光照條件下，太陽電池組件產生一定的電動勢，通過組件的串并聯形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達到系統輸入電壓的要求。通過充逆變器將白天發(fā)的電輸一部分送到電網中，將由光能轉換而來的電銷售給電網公司，另一部分儲存在蓄電池中。晚上，直接運用輸送到配電柜，由配電柜的切換作用進行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統還應有限荷保護和防雷裝置，以保護系統設備的過負載運行及免遭雷擊，維護系統設備的安全使用。系統白天發(fā)電輸入電網，可以有效的緩解電網白天電力不足的“電峰”情況，而黑夜中利用電池中的直流電直接供應直流LED照明燈具，大大提高了用電效率，減少電力從交流轉換為直流的損失。

3 組成部分

光伏系統是由太陽能電池方陣，免維護鉛酸鉛酸蓄電池組、充放電控制器，逆變器，交流配電柜、自動太陽能組件除塵系統等設備組成。

泰安奧林匹克花園五期工程采用獨立供電的光電互補裝置，當連陰天時間長了后，可以用市電補充，天氣在正常情況下（2-3個連陰天）內，不用市電供電。室外一、二、三、五期照明采用直流24VDC供電方式，按照原有的會所內部經過逆變器逆變后交流220VAC供電。樓頂上是采用180W，34V的工作電壓的單晶硅電池板，8個串聯成18串后進入匯流箱并聯，每一串電池板串聯一個30A/1200V防回流二極管，這樣共需要144塊180Wp的太陽能電池板，共計25920Wp。

前南墻立面上安裝100Wp非晶硅太陽能電池板，100V的工作電壓，3個串聯后并聯，共32串，進入匯流箱，共計96塊非晶硅電池板，共計9600Wp。蓄電池采用1500AH/2V的膠體蓄電池120塊、逆便器24VDC-380VAC逆變器一臺、需要200A/400V的控制器一臺。

太陽能光伏電站是利用太陽能的光生伏打效應原理，把太陽光能轉換為電能，經過蓄電池儲能，直接逆變成交流電供給地下停車場照明、園區(qū)室外照明、草坪燈、路燈、廣場燈或其它負載。主要由太陽能電池方陣、蓄電池組、控制器、逆變器、光電互補系統、光散定時控制器組成，日照時，太陽能電池方陣發(fā)出電經過控制器給蓄電池充電，用電時通過逆變器將電能轉換為交流電供給負載，當太陽能發(fā)電電力不足的情況下，由電網直供負載。

系統運行2年來一直穩(wěn)定，根據運行測試結構，電力在白天基本實現樓內公共照明自用，不滿足部分由電網供給，光伏發(fā)電保證率可以達到40%以上。室外公共照明燈具電力全部由電池供給，即使在今年發(fā)生連續(xù)雨天7d的情況，為發(fā)現電網向電池充電情況發(fā)生，這表明單晶光伏發(fā)電板的“弱光”發(fā)電能力十分優(yōu)秀。

4 經濟效益與社會效益

根據運營一年后的測試結果和工程當地的年度平均日照時間，我們可以得出經濟效益和社會效益分析：

（1）太陽能發(fā)電的主要特點是：采用高效率單晶體硅太陽能電池片，轉換效率高；使用壽命長：≥25年，衰減少；采用高透光率鋼化玻璃封裝，透光率和機械強度高；無人值守，免人維護；初期投資較大。

（2）經濟效益：按山東泰安市平均日照時間4.5h計算，總發(fā)電量：35520×4.5×365=58342KWH如前所述，奧園采用的是綜合節(jié)能技術，公共照明采用LED燈，節(jié)省電量2/3，該光伏電站所發(fā)電量，根據實際運行來看，滿足了設計和使用要求，經濟效益較明顯。

（3）社會效益顯現：據統計，每安裝1KW太陽能光伏發(fā)電系統，每年可減少CO2排放量2000kg，按25年計算：35.5×25×2000=1775t，折合減少1775t的CO2排放量，社會效益顯著。

5 結束語

在經濟效益和社會效益都具備的條件下，太陽能光伏發(fā)電技術在住宅中可以大力發(fā)展。技術運用中根據實際情況，選用適合當地情況的離并網形式可以提高發(fā)電效率，減少用能浪費。國家能在推廣使用綠色能源的初期，在太陽能發(fā)電使用政策上給予傾斜和鼓勵，推行太陽能與建筑一體化技術，把太陽能用在更多更廣的場所。太陽能光伏發(fā)電技術在住宅中大量運用的明天即將到來。

參考文獻

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