家用固定式太陽能電源的應(yīng)用研究

劉紅昆 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司興化市供電分公司 劉韞祺 身份證號(hào)：3212812003****0342

太陽能資源不僅不受地域、海拔等因素的限制，還是一種可再生清潔能源[1]。我國的日照時(shí)長較長，豐富的太陽能資源能夠滿足人們眾多能源需求，特別是北方地區(qū)，年累計(jì)太陽能輻照量非常大。我國也非常重視太陽能的應(yīng)用，建設(shè)多個(gè)大型光伏電站。民用太陽能是利用太陽能資源的主要途徑，本文將研究家用固定式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，希望能提升民用太陽能效率和質(zhì)量。

一、家用太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用及意義

（一）居民緊急用電系統(tǒng)

由于惡劣天氣或突發(fā)情況的影響，有時(shí)候供電系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，這時(shí)候緊急用電系統(tǒng)將起到至關(guān)重要的作用，可以滿足居民的照明等日常生活需求。例如，當(dāng)某個(gè)小區(qū)或樓層出現(xiàn)斷電情況時(shí)，可以直接應(yīng)用太陽能發(fā)電系統(tǒng)從樓頂往下一層層供電，保證該樓層居民的正常用電。

（二）農(nóng)村及邊遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用

農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)的地方比較偏僻，輸送距離較長，如果使用傳統(tǒng)電網(wǎng)供電需要花費(fèi)較大的經(jīng)濟(jì)成本[2]。同時(shí)，這些地區(qū)具有土地資源廣闊、日照量久、供電范圍小的特點(diǎn)，因此，可以將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到這些地區(qū)，且中小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)就能滿足村民日常生活用電需求。但目前的問題是如何科學(xué)選擇發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)地址和提升設(shè)備儀器保修效率。

（三）建立家用固定式太陽能電源的意義

太陽能是一種環(huán)保的綠色可再生資源，能夠有效提升城鄉(xiāng)居民生活品質(zhì)、改善空氣質(zhì)量，建設(shè)綠色低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展提供保障。目前，太陽能電源已經(jīng)滲入人們生活的方方面面，常見的有太陽能電燈、太陽能熱水器、太陽能電動(dòng)車等，具有節(jié)能減排的作用。這樣一來，建立家用固定式太陽能電源不僅能夠應(yīng)對(duì)突發(fā)的市電供電不穩(wěn)定情況，保證家庭用電不受影響，還能降低人們?cè)陔娏Ψ矫娴幕ㄙM(fèi)。因此，建立安全可靠的綠色環(huán)保家用太陽能電源具有重要應(yīng)用意義。

二、太陽能電源接入系統(tǒng)方案

本次研究將以某市某村為研究對(duì)象，該村原有千垛鎮(zhèn)蔡家村2#變壓器供電，該供電系統(tǒng)共有一個(gè)配電變壓器，容量為200kV·A。由于該鄉(xiāng)村位置偏僻，一旦遇上突發(fā)供電情況，電力維修人員難以及時(shí)調(diào)整和維修，這時(shí)候?yàn)榱吮ＷC家庭基本用電不受影響，建立固定式太陽能電源為其提供電力非常重要。本次設(shè)計(jì)的家用固定式太陽能電源的電壓等級(jí)為220V，建設(shè)完成后能夠滿足電能自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的需求。在建立太陽能光伏電站后，需要將用戶的電能表更換成有雙向計(jì)量功能的四費(fèi)率一型單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，并配備必要的隔離配套設(shè)備。本次使用到的元件主要有光伏方陣、配電箱、計(jì)量電表、專用接頭、專用電纜、匯流箱、專用導(dǎo)軌、專用逆變器等[3]。

三、設(shè)備及其設(shè)計(jì)與安裝

（一）電池方陣的設(shè)計(jì)與安裝

電池方陣的設(shè)計(jì)與安裝主要注意兩個(gè)方面：方陣的傾角值和電池板的選用與設(shè)計(jì)。第一，確定太陽能電池方陣的傾角值。太陽能的產(chǎn)生是依靠光伏發(fā)電，方陣照射的光線越多，吸收的太陽能越大，進(jìn)而產(chǎn)生越多的電量。但是由于太陽不可能一直處于不變的狀態(tài)，因此難以實(shí)現(xiàn)太陽光線與電池板長久垂直的目的，這就需要科學(xué)思考和設(shè)計(jì)最佳的傾角，促使太陽能電池板能夠發(fā)揮最大效用，具體選值與當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度相關(guān)，常常會(huì)使用經(jīng)緯度作為傾角值。

第二，設(shè)計(jì)太陽能電池方陣。需要按照用戶需求合理選擇太陽能電池板。通常情況下會(huì)采用電池板并聯(lián)或并聯(lián)的方式形成太陽能方陣。串聯(lián)能夠確定輸出電壓，并聯(lián)能夠確定輸出電流，然后再將其結(jié)合起來得出太陽能電源系統(tǒng)的輸出功率。本次選用JKM265P-60多晶電池組件，它們的參數(shù)分別為最大輸出功率265W、最大系統(tǒng)電壓1000V、最大過載保護(hù)電流為15A。當(dāng)輸出功率最大時(shí)，工作電壓為31.4V、工作電流為8.44A、開路電壓為38.6V，如果發(fā)生短路，這時(shí)候的電流為9.03A。通過詳細(xì)計(jì)劃，本次將選擇兩組6電池組件進(jìn)行串聯(lián)，然后在并聯(lián)兩組組件，因此，本次的電池總組件為12塊，其容量為3.18kW。

（二）匯流箱的設(shè)計(jì)

匯流箱內(nèi)安裝的設(shè)備有空開斷路器、逆變器及防雷保護(hù)裝置。

（三）逆變器的設(shè)計(jì)

當(dāng)選用的逆變器的輸出功率最大時(shí)，輸入工作電壓為188.4V，計(jì)算方式為31.4V×6。開路電壓為231.6V，計(jì)算方式為38.6V×6。

（四）運(yùn)行監(jiān)測(cè)

為了能夠?qū)崟r(shí)了解太陽能供電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，本次設(shè)計(jì)還選用了陽光電源生產(chǎn)的GPS，通過與逆變器串口相接進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證運(yùn)行效果。

四、結(jié)果分析

該家用固定式太陽能電源系統(tǒng)自運(yùn)行以來，相關(guān)人員每天都會(huì)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在晴朗的天氣時(shí)，由于云層較少，太陽的輻射較強(qiáng)，到達(dá)地面的太陽光線更強(qiáng)，發(fā)電量也更多；如果是雨雪霧霾等天氣，太陽輻射被削弱，發(fā)電量也變少。同時(shí)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，發(fā)電量良好的時(shí)間主要集中在上午9點(diǎn)到下午2點(diǎn)。

通過本次安裝應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)家用固定式太陽能光伏電源具有非常優(yōu)秀的發(fā)電能力，可以滿足山村的基本用電需要。根據(jù)觀察，該供電系統(tǒng)的每天最高發(fā)電量為17.5kW·h左右，這時(shí)候的電力在滿足村民需求的同時(shí)還有余量，這些余量會(huì)回送到電網(wǎng)中。同時(shí)，在觀察期間該供電系統(tǒng)一直處于較為理想的狀態(tài)，大大減少電網(wǎng)電力應(yīng)用量，由此可以看到家用固定式太陽能電源有著極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。