降功率對(duì)太陽能獨(dú)立電站系統(tǒng)影響的研究與分析

曲 博

(沈陽工程學(xué)院 新能源學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

?

降功率對(duì)太陽能獨(dú)立電站系統(tǒng)影響的研究與分析

曲 博

(沈陽工程學(xué)院 新能源學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

城市的快速發(fā)展推動(dòng)了城市對(duì)照明產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，在倡導(dǎo)綠色節(jié)能減排背景下，太陽能路燈作為城市照明設(shè)備被大力推廣。以如何降低系統(tǒng)產(chǎn)品成本并延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)太陽能獨(dú)立電站系統(tǒng)使用控制恒流一體機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，分析評(píng)估了自動(dòng)降功率功能對(duì)系統(tǒng)成本及系統(tǒng)使用壽命的影響。

太陽能；功率；系統(tǒng)成本

太陽能路燈自出現(xiàn)已10年有余，其發(fā)展期間各個(gè)部件都已被更新?lián)Q代多次，性價(jià)比逐漸提高，產(chǎn)品性能越來越優(yōu)越的同時(shí)價(jià)格卻在降低。在目前利潤(rùn)較薄的路燈系統(tǒng)中降低產(chǎn)品成本或延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命對(duì)太陽能燈產(chǎn)業(yè)來說都是意義重大的。下面將以太陽能路燈作為獨(dú)立電站，針對(duì)太陽能路燈系統(tǒng)采用控制恒流一體機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，在不影響負(fù)載光源正常工作的條件下，通過控制器降低電流和系統(tǒng)功率，從而更加合理地利用太陽能。

1 系統(tǒng)測(cè)試方法

確認(rèn)系統(tǒng)延長(zhǎng)放電時(shí)間，對(duì)降功率放電與全功率放電曲線進(jìn)行對(duì)比。首先對(duì)深圳碩日SR-DH20、青島天盈華智SMR1006-DCN兩款控制恒流一體機(jī)進(jìn)行比較試驗(yàn)，燈頭為深圳碩日20 W(5串4并)LED燈頭，蓄電池為山東圣陽38 Ah/12 V鉛酸蓄電池。

每次對(duì)同一電池充電4 h，測(cè)試其全功率、降功率放電時(shí)間，對(duì)比放電效果后發(fā)現(xiàn)降功率放電相比全功率放電可以延長(zhǎng)放電時(shí)間約2.5倍(見表1)。

表1 放電時(shí)間對(duì)比數(shù)據(jù)

由表2、3可以看出，SR-DH20與SMR1006-DCN控制恒流一體機(jī)都是劃分10個(gè)階段進(jìn)行自動(dòng)降功率的，但降功率策略不同。碩日SR-DH20控制器是蓄電池電壓在12.3 V～11.25 V(大約1 V)范圍內(nèi)，功率依次從90%下降到10%。青島SMR1006-DCN控制器是蓄電池電壓在12.64 V～11.82 V(大約0.8 V)范圍內(nèi)，功率依次從70%下降到30%。

從圖3曲線看出，SMR1006～DCN控制器充分利用了蓄電池在12.64～11.82 V階段的電量，此階段放電曲線較為平滑，且直至電池電壓為11.7 V前，曲線的斜率變化不大，證明此階段蓄電池電壓變化較平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)驟降現(xiàn)象。由曲線圖可以看出，SR-DH20控制器與蓄電池放電曲線相差較多，而SMR1006-DCN控制器放電曲線走勢(shì)與蓄電池放電曲線基本一致，較符合蓄電池使用特性。

表2 SR-DH20控制器降功率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 SR-DH20降功率每階段放電時(shí)間

圖2 SMR1006-DCN降功率每階段放電時(shí)間

序號(hào)電池電壓/V燈頭電壓/V燈頭電流/A燈頭功率/W降電流比例/%降功率比例/%112.6815.061.1817.810098.89212.6414.550.83127066.67312.5314.460.7711.16561.67412.4314.360.7110.26056.67512.3214.260.659.265551.44612.2114.170.598.385046.56712.1314.080.537.54541.67812.0313.980.476.64036.67911.9313.880.415.73531.671011.8213.780.354.883027.11

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 降功率放電對(duì)系統(tǒng)放電效率的影響

通過測(cè)試計(jì)算其系統(tǒng)放電效率，控制器降功率使用對(duì)系統(tǒng)放電效率基本沒有影響，一般都在90%以上，最差點(diǎn)也在88%以上。SR-DH20控制器全功率效率在92%以上，降功率在88%以上(最差點(diǎn)在10%功率點(diǎn));SMR1006-DCN控制器全功率、降功率效率都在89%以上(最差點(diǎn)在30%功率點(diǎn))。

2.2 蓄電池全功率與降功率放電容量對(duì)比

統(tǒng)一按照14.4 V/3.8 A對(duì)38 Ah空蓄電池進(jìn)行充電4 h，將控制器全功率放電、降功率放電2種情況進(jìn)行對(duì)比，全功率放電電量170 Wh，SR-DH20控制器降功率放電電量205 Wh，SMR1006-DCN控制器降功率放電電量190 Wh，由此可見使用控制恒流一體機(jī)可無形中加大系統(tǒng)放電電量。

圖3 蓄電池放電曲線

2.3 蓄電池容量的計(jì)算

系統(tǒng)采用控制恒流一體機(jī)，在相同放電時(shí)間內(nèi)(6 m路燈，20 W燈頭，放電5 h為例)，所放出的電池容量為：全功率放電量91 Wh，SR-DH20降功率放電量79 Wh，SMR1006-DCN降功率放電量52 Wh。可以看出，在同一放電時(shí)間內(nèi)采用SMR1006-DCN降功率控制器蓄電池放電量約為采用全功率放電量的57%，因此，在使用無影響的前提下，可以將系統(tǒng)配置中蓄電池容量相應(yīng)減少。以太陽能6 m路燈20 W燈頭配置50 Ah/12 V為例，如果采用自動(dòng)降功率控制，可以將蓄電池容量減小為24 Ah，成本減少約160元(以歐力特電池為例)。太陽能電池板選用30 W，成本減少約70～80元，總成本減少230～240元。

2.4 蓄電池使用壽命的影響

按電池生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)，對(duì)標(biāo)稱壽命為3到5年的密封電池而言，當(dāng)電池放電深度為100%時(shí)，電池的實(shí)際使用壽命大約是200～250次充放電循環(huán)。如果將電池的放電深度減為50%時(shí)，它所允許的充放電循環(huán)次數(shù)可增到600次左右。當(dāng)把電池的放電深度減為30%左右時(shí)，它所允許的充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)到1 300次以上。一般情況下，系統(tǒng)配置都按60%DOD計(jì)算，所以蓄電池使用壽命為500～600次。

圖4 蓄電池壽命與放電深度曲線

在相同放電深度前提下，通過對(duì)比鉛酸蓄電池放電情況可以得出，采用降功率放出的電量約是全功率放電量的1.3～1.4倍，即系統(tǒng)配置的蓄電池容量可以連續(xù)工作5個(gè)陰雨天，相當(dāng)于在60%DOD下，蓄電池循環(huán)壽命增加到700～900次，即延長(zhǎng)了蓄電池壽命期。

2.5 降功率截止點(diǎn)的確定

在6 m高度距離測(cè)試的20 W燈頭中心點(diǎn)處照度值見表4，當(dāng)功率降到30%時(shí)，20 W燈室外照度大約在5 lux。根據(jù)CJJ 45-2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，即使在夜間行人流量小的人行道路上路面平均照度最小也應(yīng)在5 lux，而所進(jìn)行的測(cè)量都是燈頭垂直照度，此照度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路面平均照度，因此推測(cè)功率降到30%以下有可能不符合使用要求，進(jìn)而在控制器優(yōu)化中可將30%功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)電壓作為降功率電壓截止點(diǎn)，對(duì)在此電壓值以上的電壓重新進(jìn)行降功率等級(jí)劃分，實(shí)現(xiàn)可用且最優(yōu)的控制方案。

表4 6 m高20 W燈具照度值

3 結(jié) 論

研究推算后得出結(jié)論，太陽能電池板設(shè)為30 W，總成本降低230～240元，降低系統(tǒng)配置蓄電池容量26 Ah，能延長(zhǎng)蓄電池使用壽命200～300次，減少了在太陽能路燈壽命期內(nèi)蓄電池更換次數(shù)。但在最佳功率電壓點(diǎn)選擇上、降功率等級(jí)劃分上還有待于進(jìn)一步研究。

[1]古春曉.發(fā)展綠色照明促進(jìn)照明節(jié)能 [J].建設(shè)科技，2009(18)：3-7.

[2] 鞠振河.太陽能光伏照明技術(shù)規(guī)程 [M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

[3] 周志敏，紀(jì)愛華.太陽能LED路燈設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4] 本尼塞克.功率理論與電能質(zhì)量治理 [M].陶 順，羅 超，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

(責(zé)任編輯 佟金鍇 校對(duì) 張 凱)

Research and Analysis of Impact on Independent Solar Station System with Automatic Power Reduction

QU Bo

(School of Renewable Energy,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

The rapid development of the city to promote the market demand for lighting products in the city.Under the background of advocating green energy conservation and emissions reduction,the solar lighting system has been promoted in cities.In this paper,the impact on the system cost and the service life of the system of the automatic power reduction function was analyzed and evaluated through tests of the solar street light system adopting integrative controlled constant current.

solar energy; power; system cost

2015-03-15

曲 博(1982-)，女，遼寧沈陽人，講師，碩士。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.03.002

TM615

A

1673-1603(2015)03-0199-04