【调研报告】户用独立光伏发电系统在陕西地区的选型设计

RU RA LE LE CT RI FIC AT IO N 新能源 New Energy 摘要 该文以陕西地区应用户用独立光伏发电系统为目标，设计了不同配置类型的系统，并进行了性能预测。研究 结果表明光伏组件在陕北地区发电量最大，陕南地区发电量最小；同时冬季发电量小于夏季，春、秋季节发电量最 小。根据以上特性，针对不同地区分别进行系统的选型配置，性能分析表明配置可满足无电户的基本生活用电。 关键词 太阳能；光伏发电；户用独立光伏发电系统 中图分类号 TM727 文献标志码 B 文章编号 1003-0867201102-0054-02 段宇涵 户用独立光伏发电系统 在陕西地区的选型设计 陕西省地形南北长约 870 km ，拥有陕北高原、关 中平原和陕南秦巴山地三大地貌区，气候类型分成三种 类型，陕北属暖温带干旱半气候，关中属暖温带半湿润 气候和陕南属北亚热带湿润气候。在这种情况下，太阳 能资源分布的地区差异较大，特别是南北相差大，年 太阳总辐射量在 38305750 MJ/m 2之间，年日照时数在 12702900h 之间，日照百分率在 28％ 64％之间 [1-3] 。 户用独立光伏发电系统由光伏组件、蓄电池、控制 器和逆变器四大部件构成，其中光伏组件是将太阳辐射 能转换为电能的核心部件，其发电量主要是受太阳辐 射、方阵倾角和温度等因素影响。如晶体硅光伏组件的 发电量与接受太阳辐射强度成正比，发电效率则与温度 成反比 [4-5] 。 基于以上原因，该文以陕西地区应用户用独立光伏 发电系统为目标，设计了不同配置类型的系统，并进行 了性能预测。 1 资源条件 陕西省年太阳总辐射量居较高水平，太阳能总储量 2.71 108 ，排全国第 11位。其空间分布特征是北部 多于南部，南北相差大，高值区位于陕北长城沿线一带 及渭北东部区域，低值区主要分布于陕南。 按照太阳年总辐射量的大小，陕西省太阳能资源可 以划分为三个区，即太阳能资源很丰富区，包括陕北 北部；太阳能资源丰富区，包括了陕北南部、关中地 区、陕南商洛及安康东北部；太阳能资源较丰富区，包 括陕南汉中和安康大部。陕西日照时数和日照百分率如 图 1和图 2所示 [6] 。 四 季 中 ， 夏 季 总 辐 射 量 为 四 季 之 最 ， 占 全 年 的 35％，夏季太阳总辐射有两个高值中心，一个在陕北北 部，另一个在渭北东部；冬季总辐射量为四季中最少的 季节，仅占全年的 16％。 2 用电负荷 参考其它地区调查情况，煤油灯、蜡烛、炉火及手 电是没有光伏发电之前人们照明的首选设备，电视、 VCD 、 DVD 等家电在没有光伏以前是空白。采用光伏发 电系统之后，电灯成为人们照明用的主要设备，电视、 录音机等家用电器呈显著上升趋势。 设计用电负荷按电视 70 W功率、电灯 30 W 功率考 虑，用于保证基本生活用电。用电时间在 4h 左右，用电 峰值负荷在 100W 左右，平均负荷在 80W 左右。 3 设计选型 3.1 光伏发电原理 光伏发电用的太阳能电池是面接触型 PN结。在无光 照时，相当于一个二极管；在有光照时，电池片两面有 电压，正好使 PN结正向偏置，其理想的等效电源模型是 一个恒流源正向并联一个二极管。 3.2 设计计算 图 3显示陕西 8个地市的太阳能资源和温度情况，为 40 Ν 39 Ν 38 Ν 36 Ν 35 Ν 34 Ν 33 Ν 32 Ν 31 Ν 106 Ε 107 Ε 108 Ε 109 Ε 110 Ε 111 Ε 112 Ε 37 Ν h 2700 2550 2400 2250 2100 1950 1800 1650 1500 1350 图 1 陕西日照时数 （陕西地方电力集团公司，陕西 西安 710061） 40 N 39 N 38 N 37 N 36 N 35 N 34 N 33 N 32 N 31 N 106 E 107 E 108 E 109 E 110 E 111 E 112 E 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 图 2 陕西日照百分率 RURAL ELECTRIFICATION New Energy 新能源 了便于选型，以 100Wp 单晶硅组件按当地纬度为倾斜角 放置条件下，模拟计算了光伏组件每月的理论发电量， 结果如图 4所示。 计算结果显示，由于受当地太阳辐射和环境温度的 综合影响，总的趋势是冬季发电量小于夏季。由于光伏 组件的发电效率与温度成反比，温度每升高 1 ℃，效率下 降约 0.5，因此 9、 10月份的发电量一般最小。特别是榆 林和延安地区虽然冬季太阳辐射较弱，但由于环境温度 在零度以下，因此发电量大于夏季。 3.3 配置选型 在此基础上，同时依据用电负荷和光伏组件产品序 列，确定其配置如表 1所示。 由表 1所确定的配置，依据当地气象资料，各地区太 阳能光伏组件发电量预测如图 5所示。 假设蓄电池的充电效率为 90 ，逆变器的工作效率 为 80 ，则各地区发电量和用电量的电量关系如图 6所 示。从性能分析结果看，户用独立光伏发电系统的发电 量大于电视和电灯的用电量，配置满足了无电户的基本 生活用电。 4 结论 陕西地区太阳能资源分布和温度的地区差异均较大， 同时纬度差异也较大，这些都是影响光伏发电系统性能的 主要因素。因此，通过本项研究有如下结论主要受太阳 能资源影响，光伏组件在陕西不同地区的发电量差异较 大，陕北地区发电量最大，陕南地区发电量最小。由于受 太阳能资源和环境温度的综合影响，一般情况下，光伏组 件冬季发电量小于夏季，春、秋季节发电量最小。根据以 上陕西光伏组件的发电特性，针对不同地区分别进行系统 的选型配置，性能分析表明配置可满足无电户的基本生活 用电。 参考文献 [1] 沈辉，曾祖勤. 太阳能光伏发电技术 [M]. 北京化学工业 出版社， 2005.8. [2] 王炳忠. 太阳辐射计算讲座 [J]. 北京 solar energy， 2000.4. [3] 邱国全，夏艳君，杨鸿毅 .晴天太阳辐射模型的优化计算 [J]. 北京太阳能学报， 2001.4. [4] 狄大卫，施正荣，陆红艳. 光伏应用学 [M]. 上海上海交 通大学出版社， 2008. [5] 李安定. 太阳能光伏发电系统工程 [M]. 北京北京工业大 学出版社， 2001. [6] 吴林荣，江志红，鲁渊平，等. 陕西省日照时数和日照百 分率时空分布演变特征 [J]. 西安陕西气象， 2008.1. （责任编辑刘艳涛） 50 100 150 200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 / 月 总 辐 射 /k Wh 榆林 延安 宝鸡 咸阳 渭南 汉中 安康 商洛 图 3 陕西太阳总辐射 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 / 月 发 电 量 /k Wh 榆林 延安 宝鸡 咸阳 渭南 汉中 安康 商洛 图 4 100 Wp组件发电量 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 / 月 发 电 量 /k Wh 榆林 延安 宝鸡 咸阳 渭南 汉中 安康 商洛 图 5 各地区光伏组件发电量预测 2 4 6 8 10 12 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 / 月 发 电 量 /k Wh 榆林 延安 宝鸡 咸阳 渭南 汉中 安康 商洛 电视负荷 电灯负荷 图 6 户用独立光伏发电系统发电量预测 序号 地区 光伏组件 逆变器 蓄电池 1 榆林 135 Wp 300 VA 24V65 Ah 2 延安 170 Wp 300 VA 24V65 Ah 3 渭南 170 Wp 300 VA 24V65 Ah 4 宝鸡 180 Wp 300 VA 24V65 Ah 5 咸阳 180 Wp 300 VA 24V65 Ah 6 汉中 180 Wp 300 VA 24V80 Ah 7 商洛 180 Wp 300 VA 24V80 Ah 8 安康 180 Wp 300 VA 24V80 Ah 表 1 选型配置表