邊遠(yuǎn)山區(qū)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

韓群勇

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邊遠(yuǎn)山區(qū)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

韓群勇

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，福建 漳州 363000）

研究太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)向一個(gè)邊遠(yuǎn)山區(qū)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)供電，設(shè)計(jì)了一種可自動(dòng)控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)，能充分利用太陽(yáng)能這一取之不盡的清潔能源，又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，具有應(yīng)用前景。

畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)；光伏系統(tǒng)；自動(dòng)控制；節(jié)能減排

1 引言

目前，國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)空前發(fā)展，其排放量大、治污水平低、監(jiān)管薄弱等使得畜禽養(yǎng)殖業(yè)位居全國(guó)重點(diǎn)污染排放領(lǐng)域之首，這一領(lǐng)域也將成為“十二五”環(huán)境監(jiān)管的重要內(nèi)容。目前許多養(yǎng)殖戶將畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)選擇在遠(yuǎn)離都市、村莊、城區(qū)、居民點(diǎn)的地方，但這些地方往往電網(wǎng)無(wú)法達(dá)到而太陽(yáng)能資源又豐富。如何充分利用太陽(yáng)能這一清潔的可再生資源以解決供電問(wèn)題成為當(dāng)前一個(gè)重要課題。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的電力負(fù)荷包括照明負(fù)載和動(dòng)力負(fù)載，照明負(fù)載主要解決照明問(wèn)題，動(dòng)力負(fù)載主要解決取水供水問(wèn)題。針對(duì)此情況，本文設(shè)計(jì)一種光伏發(fā)電系統(tǒng)以解決邊遠(yuǎn)山區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)的供電問(wèn)題，具有較好的研究與應(yīng)用價(jià)值。

2 邊遠(yuǎn)山區(qū)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成與設(shè)計(jì)

2.1邊遠(yuǎn)山區(qū)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 邊遠(yuǎn)山區(qū)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖

整個(gè)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)光伏系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板、蓄電池組、控制器、逆變器、切換開關(guān)、柴油發(fā)電機(jī)和交流負(fù)載等幾部分組成。太陽(yáng)能電池板負(fù)責(zé)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能,存貯在蓄電池組內(nèi)；控制器根據(jù)實(shí)際用電需要，通過(guò)控制逆變器和切換開關(guān)以滿足養(yǎng)殖場(chǎng)的照明和供水用電需求；逆變器，將存儲(chǔ)的電能逆變成交流電供給負(fù)載使用。此外，由于氣候的不穩(wěn)定性，使得太陽(yáng)光會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)的情況，特別是在春季很容易出現(xiàn)持續(xù)陰雨天氣的現(xiàn)象，此時(shí)太陽(yáng)能電池板就無(wú)法發(fā)電，而蓄電池組儲(chǔ)存的電能又有限，這樣就會(huì)出現(xiàn)供電不足的情況。為避免由惡劣天氣或其他不可預(yù)測(cè)的情況引起的供電不足，本系統(tǒng)采用備用柴油發(fā)電機(jī)以解決此問(wèn)題，控制器根據(jù)對(duì)蓄電池的電壓情況及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件自動(dòng)切換電源，以滿足不間斷供電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的功能。

2.2負(fù)荷選擇

2.3太陽(yáng)能電池板的選擇

綜合考慮各種因素，本系統(tǒng)需用12片功率為60W、電壓為12 V的太陽(yáng)能電池板，其發(fā)電方式為3路并聯(lián)、每路4片太陽(yáng)能電池板串聯(lián)。

2.4蓄電池組容量的確定

2.5逆變器的選擇

逆變器主要功能是將太陽(yáng)能電池板輸出直流電逆變成負(fù)載需要的交流電。由于太陽(yáng)能電池輸出的電壓隨光照的變化而變化，具有不穩(wěn)定性，會(huì)對(duì)后續(xù)的逆變電路造成影響，為解決其穩(wěn)定性需先穩(wěn)壓，通常可采用直流穩(wěn)壓電路先實(shí)現(xiàn)直流--直流變換，輸出穩(wěn)定電壓后再逆變。逆變器實(shí)現(xiàn)直流--交流逆變，將穩(wěn)壓直流電逆變成交流電，再通過(guò)變壓、整流、濾波后供負(fù)載使用。為保證逆變的交流電能滿足供電需求，需對(duì)其檢測(cè)。目前常用的直流--直流變換電路的有Buck型、Boost型、Buck-Boost型和Cuk型，其中Boost型線路損耗大、Buck-Boost型需考慮濾波問(wèn)題、Cuk型電路復(fù)雜成本高，綜合考慮，本系統(tǒng)選用Buck型電路作為直流--直流變換電路，它可通過(guò)調(diào)制脈寬或者頻率調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。由于節(jié)能燈和潛水泵都使用單相電AC220V，故本系統(tǒng)的直流--交流逆變電路采用單相電壓型逆變電路，常見(jiàn)的電路有半橋逆變電路、全橋逆變電路和帶中心抽頭變壓器的逆變電路三種。因潛水泵對(duì)于電源電壓要求比較高，所以直流--交流逆變電路采用全橋逆變電路以保證供電質(zhì)量。

2.6控制器的功能

控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其主要功能保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，且最大程度利用太陽(yáng)能。有光照時(shí)，太陽(yáng)能電池板將光能轉(zhuǎn)換成電能存儲(chǔ)在蓄電池組中，控制器通過(guò)電壓傳感器對(duì)蓄電池的充電電壓進(jìn)行控制，同時(shí)啟動(dòng)Buck型直流—直流變換器將蓄電池的電能通過(guò)轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，再經(jīng)過(guò)全橋逆變器將直流電逆變成220V交流電，供節(jié)能燈與水泵使用。為保證逆變的交流電符合負(fù)荷電源質(zhì)量要求，控制器通過(guò)反饋電路對(duì)逆變的交流電進(jìn)行電壓采樣，經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波后的反饋電壓可作為Buck型變換器的脈寬調(diào)制控制依，如檢測(cè)到反饋電壓與給定值無(wú)偏差時(shí)，Buck型變換器輸出不變；如有檢測(cè)到反饋電壓與給定值偏差時(shí)，則控制器根據(jù)偏差改變Buck型變換器調(diào)制脈寬，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的逆變電壓誤差自動(dòng)校正，確保逆變交流電滿足負(fù)荷要求。

如遇超負(fù)荷使用或持續(xù)陰雨天氣時(shí)，蓄電池所儲(chǔ)存的電量不足，控制器檢測(cè)到電壓傳感器采集的信號(hào)值偏低，控制器則自動(dòng)發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)備用柴油發(fā)電機(jī)，并觸發(fā)切換開關(guān)使電路工作在柴油發(fā)電狀態(tài)，這就確保備用電與太陽(yáng)能發(fā)電獨(dú)立分開工作并保證不間斷供電，同時(shí)對(duì)蓄電池起欠壓保護(hù)作用。如遇長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)光照時(shí)，可能出現(xiàn)蓄電池過(guò)充導(dǎo)致過(guò)壓，長(zhǎng)期工作會(huì)損害蓄電池，控制器檢測(cè)電壓傳感器采集的信號(hào)偏高時(shí)，自動(dòng)發(fā)出切斷充電，停止太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)功能。整個(gè)系統(tǒng)在控制器的作用下確保蓄電池組任何條件下不會(huì)因過(guò)充或過(guò)放而被損壞，最大程度的利用太陽(yáng)能，起到自動(dòng)控制與保護(hù)的功能。

3 結(jié)論

筆者設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的邊遠(yuǎn)山區(qū)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換供電，還可自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)壓、過(guò)壓欠壓保護(hù)等，基本滿足邊遠(yuǎn)山區(qū)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)供電問(wèn)題，最大程度利用太陽(yáng)能這一取之不竭、用之不盡的可再生清潔能源，真正意義上實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，具備很大的推廣與應(yīng)用空間。但也存在若干問(wèn)題如可靠性問(wèn)題、電路故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警處理問(wèn)題、防雷與接地問(wèn)題、成本問(wèn)題、抗干擾問(wèn)題等【1】。此外還可往風(fēng)光互補(bǔ)、集成化、供暖等多功能化方向發(fā)展。

[1]王琳基.王研兆.韓群勇.風(fēng)光互補(bǔ)智能LED路燈的構(gòu)成與設(shè)計(jì)[C].2011福建省電機(jī)電器學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，160-161。

Design of livestock and poultry farms in remote mountainous areas of PV systems

HAN Qun-yong

(Architectural Engineering Department，Zhangzhou Institute of Technology，Zhangzhou 363000，China)

Research on photovoltaic solar power to a remote mountainous areas of livestock and poultry farms, designed to automatically control a photovoltaic power generation system that can take full advantage of this inexhaustible supply of clean solar energy and do not pollute the environment, ha sapplication prospects.

Livestock and poultry farms; PV systems; Automatic control; Energy-saving and Environmental protection

（責(zé)任編輯：季平）

2012－03－10

韓群勇（1983—），男，福建漳州人，助教，碩士，研究方向：建筑電氣及自動(dòng)控制。

TM615＋.2

A

1673-1417（2012）02-0017-03