家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第28卷第1期2011年1月機(jī)電工程JournalofMechanical＆ElectricalEngineeringVol28No1Jan2011收稿日期:2010－07－23作者簡介:曹瑩(1972－)，女，江蘇南通人，主要從事太陽能、新能源方面的研究Email:cy@ntteceducn家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)曹瑩(南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇南通226007)摘要:太陽能是最普遍的自然資源，也是取之不盡的可再生能源。為

2、解決邊遠(yuǎn)的農(nóng)牧地區(qū)、偏僻的山區(qū)、孤立的島嶼等地方人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)用電的需要，改善人們的生活水平，進(jìn)行了家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀?、環(huán)境狀況及具體用電情況，給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及施工要求，包括蓄電池容量的計(jì)算、控制器的選擇、逆變器功率的選擇、太陽能電池組件的選擇和布置等。安裝運(yùn)行以來，系統(tǒng)工作穩(wěn)定正常，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。關(guān)鍵詞:太陽能光伏發(fā)電太陽能電池組件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中圖分類號:TM615文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1001

3、－4551(2011)01－0115－03DesignofthehomeusephotovoltaicgenerationsystemCAOYing(DepartmentofMechanicalElectricalEngineering，NantongTextileVocationalTechnologyCollege，Nantong226007，China)Abstract:Solarenergyisthemostcommonfmof

4、naturalresources，itisalsotheinexhaustiblerenewableenergyAimingatsolvingthepeoplesdailylifeproductionelectricityneedsinremotefarming，mountainisls，ahomeusesolarphotovoltaicgenerationsystemwasdesignedAccdingtolocalweather，e

5、nvironmentalconditionsspecificcasewithelectricity，thedesignmethodconstructionrequirementweredeveloped，includingthecalculationofthebatterycapacity，theionofthecontroller，thechoiceofinverterpower，theionlayoutofthesolarcellm

6、odules，etcTheresultsindicatethatthesystemrunsstabilitynmal，theaccuracyofthedesignisverifiedKeywds:solarphotovoltaicgenerationsolarcellmodulesystemdesign0引言太陽能是一種重要的、可再生的清潔能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染、人類能夠自由利用的能源。太陽每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)50萬千

7、瓦，假如把地球表面01%的太陽能轉(zhuǎn)換為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達(dá)561012kWh，相當(dāng)于目前世界上能耗的40倍。從長遠(yuǎn)來看，太陽能的利用前景最好，潛力最大。近30年來，太陽能利用技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場開拓方面都獲得了長足發(fā)展，成為快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一［1］。本研究給出了家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及施工要求。1太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀太陽能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)稱為太陽能光伏發(fā)電技術(shù)(簡稱PV技術(shù))。太陽能光伏發(fā)電

8、不僅可以部分替代石化燃料發(fā)電，而且可以減少CO2和有害氣體的排放，防止地球環(huán)境惡化，因此發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球各國解決能源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)之間矛盾的最佳途徑之一。目前發(fā)達(dá)國家如美國、德國、日本的光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域從航天、國防、工業(yè)轉(zhuǎn)向了民用。選擇逆變器時需要考慮其損耗率，則逆變器的功率計(jì)算如下:P逆=23080%=2875W(6)根據(jù)計(jì)算得出逆變器的功率為2875W，因而本研究選用300W的逆變器是最為合適的，型號為SN180

9、。35太陽能電池方陣的計(jì)算太陽能電池組件是太陽能供電系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，它的功能是將太陽能輻射轉(zhuǎn)化為電能，其光電轉(zhuǎn)換效率決定了供電系統(tǒng)的工作效率，所以光電轉(zhuǎn)換效率是選擇太陽能電池組件需要考慮的一個重要參數(shù)。目前，太陽能電池主要分為單晶硅、多晶硅和非晶硅3種。其中單晶硅電池板的光電轉(zhuǎn)換率為15%～20%以上，最高可以達(dá)到24%，使用壽命一般為15年左右，最高可達(dá)到25年。多晶硅電池板的光電轉(zhuǎn)換率為12%，非晶硅約為10%，綜合考慮，本系統(tǒng)的太

10、陽能電池組件采用單晶硅太陽能電池［810］。根據(jù)式(4)計(jì)算得到太陽能電池板的功率為195W，本研究可以選擇總功率為200W的太陽能組件，為此選擇用SRPV10024Ac型單晶硅太陽能電池標(biāo)準(zhǔn)組件(125單晶)，由2塊100Wp的組件構(gòu)成此太陽能方陣，單晶硅的轉(zhuǎn)換效率為16%。36太陽能電池方陣的安裝角度計(jì)算由于太陽光照射到地面的角度時時刻刻都在變化，而太陽能電池只有在日光直射的時候發(fā)電的效率是最高的，因此太陽能電池方陣布置有兩種方法:

11、一種是安裝向日跟蹤系統(tǒng)另外一種是根據(jù)計(jì)算確定最佳安裝角度安裝太陽能電池方陣。前者可以提高太陽能電池的發(fā)電效率，但成本很高，后一種雖然效率沒有前者高，但建設(shè)成本較低，筆者綜合考慮采用第2種方法。接近回歸線的地區(qū)，其安裝傾斜角就越小。北回歸線為2345，而廣西來賓的緯度為237，是十分接近回歸線的地區(qū)，其光照也是十分豐富。所以根據(jù)該地實(shí)際情況，筆者選擇中午12時的太陽高度角進(jìn)行計(jì)算安裝。即計(jì)算如下:Q傾=180－(90657)=2493(7

12、)其中，657為正午12時太陽高度角，依據(jù)以上計(jì)算可得太陽能電池方陣安裝的傾斜角度為2493。在不影響太陽能電池方陣發(fā)電效率的基礎(chǔ)上，本研究選擇方便安裝的25傾斜角。37太陽能電池方陣的基礎(chǔ)穩(wěn)定性分析作為在太陽能電池方陣基礎(chǔ)上作用的荷重，第一考慮的是風(fēng)壓荷重，要考慮被強(qiáng)風(fēng)吹動、倒塌、被風(fēng)刮跑等后果，因此需要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況對太陽能電池方陣的基礎(chǔ)穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算。4結(jié)束語本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的系統(tǒng)已經(jīng)為廣西來賓縣的用戶提供了數(shù)月的用電量，系統(tǒng)運(yùn)行

13、穩(wěn)定，也證明了設(shè)計(jì)的正確性。隨著社會各界對“低碳經(jīng)濟(jì)”的重視，太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用也取得了飛速發(fā)展，國家已出臺多項(xiàng)政策鼓勵新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，因此新的太陽能光伏產(chǎn)品將會源源不斷地出現(xiàn)。參考文獻(xiàn)(References):［1］王長貴，王斯成太陽能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)［M］北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009［2］馮垛生太陽能發(fā)電原理與應(yīng)用［M］北京:人民郵電出版社，2007［3］鞠振河太陽能光伏產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與技術(shù)分析［J］陽光能源，2009(3):4243

14、［4］潘柏英太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］湖南師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，30(2):4548［5］龍維緒，涂潔磊，王志剛，等家用太陽能光伏電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］太陽能，2008(8):2731［6］都志杰可再生能源離網(wǎng)型獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用［M］北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009［7］［日］太陽光發(fā)電協(xié)會太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工［M］劉樹民，宏偉，譯北京:科學(xué)出版社，2006［8］RAMONSAGuidetoPhotovoltaic(

15、PV)SystemDesignInstallation［EBOL］［2001－09－04］:wwwenergycagovrepts2001－09－04_500－01－020［1］pdf［9］WENHAMSR，GREENMA，WATTMEAppliedPhotovoltacis［M］Australia，CentrefPhotovolaticDevicesSystem，1994［10］王章權(quán)，陳友榮基于PSIM和Simulink的光伏發(fā)電系