小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

文/郭嘉榮 胡振球 梁廣文

由于全球化發(fā)展的趨勢，世界的環(huán)境問題日益嚴(yán)峻。在環(huán)境污染的產(chǎn)生因素上，主要是靠人為因素導(dǎo)致。要想保護環(huán)境，同時促進社會發(fā)展必須采用可再生能源，為可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。為此，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種可再生能源的發(fā)電方式。本文根據(jù)小型分布式發(fā)光伏發(fā)電系統(tǒng)的整個過程，作出研究設(shè)計，并分析了光伏發(fā)電的各個階段做出了具體的研究。

1 論述小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要應(yīng)用價值

1.1 論述小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要性分析

目前小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在社會的各個領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。分為商業(yè)型光伏發(fā)電系統(tǒng)和家用型光伏發(fā)電系統(tǒng)。家用小光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成包括太陽能光伏電池組件、并網(wǎng)逆變器部件、蓄能電池部件等。采用小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和火力等發(fā)電廠相比具有特殊的優(yōu)勢，比如在安裝程序上、后期的安全維護上。最重要的是在整個發(fā)電過程中，不會產(chǎn)生對環(huán)境影響的污染物質(zhì)。也就為我國的能源可再生技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

1.2 論述小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理分析

小型分布式光伏發(fā)電結(jié)構(gòu)是采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行研究和設(shè)計。其主要的工作過程為：小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在白天工作時，可以利用太陽能光伏電池片的特性，將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能，再經(jīng)逆變器和變壓器把電能輸送到公共電網(wǎng)上或者存蓄在蓄電池中。采用小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠有效的減少環(huán)境污染問題。另外，采用光伏發(fā)電系統(tǒng)在白天用電時，可以優(yōu)先選擇光伏發(fā)電系統(tǒng)提供的電能。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)提供的電能無法，保證負(fù)載設(shè)備的正常運行時，可以切換到公共電網(wǎng)。可以支撐設(shè)備使用的電能。在晚上用電時，可以使用內(nèi)部蓄電池儲存的電量。另外，光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)口計量表能夠有效的連接光伏發(fā)電系統(tǒng)和公共電網(wǎng)，起到雙向傳遞的功能。為此，根據(jù)電能計量表可以計算電費，完成對電費的結(jié)算。

2 論述小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

在光伏發(fā)電系統(tǒng)分布式系統(tǒng)的設(shè)計和研究中，需要根據(jù)內(nèi)部的構(gòu)架進行合理選擇相應(yīng)的組件，完成光伏發(fā)電的電氣設(shè)計。比如內(nèi)部的裝機容量、應(yīng)用類型、光伏組件、逆變器，蓄電池部件等等。另外，各個部件之間的排列順序也會對輸電量的高低造成不同程度的影響，為此必須合理的安排電池的陣列，進一步提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。下面主要對光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做出優(yōu)化設(shè)計。

圖1：蓄電池技術(shù)參數(shù)

圖2：水平屋面上光伏組件安裝角度布置圖

2.1 論述光伏電氣系統(tǒng)充放電控制器設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計

在小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，采用充放電控制器能夠完成電量的控制過程，同時也被稱作雙向轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)⒐夥l(fā)電系統(tǒng)獲取的太陽能轉(zhuǎn)換成電能，并存儲到蓄電池中，也可以通過蓄電池中存儲的電能，釋放到家用負(fù)載或者公共電網(wǎng)中。充放電控制器也能夠保證蓄電池的正常工作，以及對蓄電池安全維護提供了一定的保障。為此，充放電控制器可以安置于交流母線的一側(cè)，并根據(jù)交流測電壓標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇充電控制器和蓄電池設(shè)備的連接方式，進而為雙向轉(zhuǎn)換器的型號選擇提供了理論基礎(chǔ)。

2.2 論述電氣設(shè)備蓄電池組容量的優(yōu)化分析

由于一些地區(qū)的特殊性，在架設(shè)電線時較為復(fù)雜，而且投入的資金成本較高。為此，需要安裝小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，從而解決該地區(qū)的供電問題。另外，需要考慮到家庭用電方面。在家庭用電方面，白天家庭用電較少，而晚上家庭用電較為集中。但是光伏系統(tǒng)吸收太陽能一般都是集中在白天，而在晚上無法吸收太陽能。為此，可以遵守自給自用的電力原則，將白天吸收的太陽能轉(zhuǎn)換成電能存儲到蓄電池組件中，晚上通過蓄電池電池組中釋放電能，完成電能的提供。同時需要綜合考慮蓄電池體積原因，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)無法解決家庭負(fù)載供電問題，使用公共電網(wǎng)的電能進行提供電能。圖1為蓄電池技術(shù)參數(shù)研究測算。

2.3 論述電氣設(shè)備光伏組件的優(yōu)化設(shè)計

光伏組件串并聯(lián)的設(shè)計，根據(jù)逆變替代使用中的具體工作參數(shù)作出優(yōu)化。其最大的功率參數(shù)電壓一般為200到500V之間。而且光伏電池組件的最大功率需要小于3500瓦。光伏組件的串聯(lián)數(shù)公式為：同時在設(shè)計選型的過程中，需要合理的考慮到光伏組件的參數(shù)和型號，能夠?qū)笃诘陌惭b和維護提供保障。同時也是為了光伏電池方陣的電氣特性與逆變器相互匹配，從而保證光伏組件的正常工作狀態(tài)。

2.4 論述電氣設(shè)備光伏專用電纜的優(yōu)化設(shè)計

在小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，采用連接光伏組件的直流專用電纜，需要在橫截面積上需要合理的設(shè)置，從而以適應(yīng)電纜長期的使用。具體的橫截面積測算公式為：在家用是小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝，其一般安裝在家庭屋頂上。由于家庭屋頂?shù)拿娣e較小，采用的光伏組件兒的組串?dāng)?shù)具有限制。為此，為簡化光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝流程可以直接將光伏組串接至逆變器。省掉了匯流箱的環(huán)節(jié)。采取這樣的設(shè)計原則，在一定程度上節(jié)約了資金的成本，從而降低了電能在各個環(huán)節(jié)中的損耗問題。

2.5 論述電氣設(shè)備光伏組件安裝角度的優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)表明，光伏系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計軟件對幾種常見的角度進行分析，從而得出在不考慮外在因素條件下，電池組件接收太陽光照角度為25度。以光伏組件的安裝角度作為依據(jù)，在后期的實際安裝過程中，需要充分考慮到地區(qū)的太陽能光照和屋頂?shù)那闆r以及安裝難度的因素，充分選擇最佳合適的安裝角度。水平屋面上光伏組件安裝角度布置圖，如圖2所示。

2.6 論述外界設(shè)備避雷針的優(yōu)化設(shè)計

小型分布式光伏系統(tǒng)的設(shè)計中，還需要注意安全性問題，如防雷擊問題。因為光伏組件一般安置于房屋的頂層，可能會受到雷擊的影響，進而產(chǎn)生安全風(fēng)險。為此可以在光伏組件的邊框上設(shè)置接地孔，并利用接地線進行連接。另外，逆變器直流輸入和交流輸出等位置也需要配備相應(yīng)的避雷設(shè)備，從而防止雷電的入侵；但避雷針的安裝位置也應(yīng)避免遮擋組件。

3 總結(jié)

綜上所述，由于全球化時代的到來，使得電力資源的使用較為廣泛，從而對環(huán)境造成一定的污染。為此，本文采用小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)在使用中不會對環(huán)境造成污染，從而實現(xiàn)了可再生能源的利用。為此需要合理的設(shè)計小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)備的使用參數(shù)。并根據(jù)光伏組件在實際使用中的情況做出具體的分析，從而為我國的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。