家用离网型太阳能光伏发电系统设计

184 科技与企业科 技 创 新家用离网型太阳能光伏发电系统设计光伏建筑一体化 （ Building Integrated Photovoltaic,BIPV ）是太阳能光伏发电的新型应用方式， 把太阳能发电系统与建筑物（屋顶或墙面） 相结合， 将太阳能转换成电能为建筑内各种负载供能。 与传统光伏发电系统应用相比， BIPV系统有效的利用阳光照射空间， 能够节省土地资源， 减少电能传输与分布的成本和损失。 而我国长三角地区人口密集、 能耗巨大， 土地资源稀缺， 在城市中应用和推广 BIPV系统具有很大发展潜力和深远意义。1. 光伏建筑一体化一个典型的离网型 BIPV系统主要由光伏组件方阵、 充放电控制器、 逆变器、 蓄电池组和用户端等组成。 该系统将光伏组件方阵所接受的太阳能作为系统唯一的能量来源。 通过光伏方阵将太阳的辐射能转换为直流电能， 再经过控制器稳压后一部分直接送入逆变器， 输出交流电提供家庭交流负载使用； 另一部分由控制器输出后供直流负载使用， 多余的电能则通过控制器储存在蓄电池中。 在遇到连续多云或阴雨天气时， 光伏方阵输出电能不够， 由蓄电池组向负载提供电能。2. 光伏发电系统设计原则光伏发电系统的设计是否合理主要取决于设计理论容量和负载实际需求之间是否有偏差。 若设计容量大于实际容量， 势必导致系统成本过高和不必要的资源浪费； 若设计容量小于实际容量， 则会使系统实用性和可靠性降低。 如何设计一个合理的家用离网型光伏发电系统， 需要考虑的因素很多， 包括地理条件、 气象因素、 建筑物结构、 负载用电需求、 连续阴雨天气等等， 设计之初主要以 “光伏发电量满足负载用电量” 为原则。 离网型光伏发电系统设计一是光伏发电系统的容量设计 ， 主要是计算出满足系统用电要求及可靠工作的光伏方阵和蓄电池组容量； 二是系统的配置设计 ， 目的是选出适合系统的配置、 设施及材料等， 并与前期的容量设计相匹配。3. 离网型光伏发电系统设计方法和主要配置（ 1） 地理条件和气象数据收集无论是设计离网系统还是并网系统， 首先要收集现场的气候地理数据。 文章所涉及的家用离网型光伏发电系统选址是位于东经120.13、 北纬 33.38的江苏省盐城市经济开发区内。 盐城地处江苏北部， 计算得全年平均日照时数为 2293.5小时 ， 日平均日照时数为 6.28小时， 年辐射总量为 116.2～ 121.0千卡 /cm 2， 峰值日照时数为 5.2小时。 光伏发电系统的安装地点直接影响系统的整体设计 ， 建筑物（屋顶或墙壁） 可利用敷设光伏组件的有效面积， 决定着光伏方阵的最大容量。 家用光伏发电系统设计之初必须要进行实地考察， 再选择合理的设计方案。 文章所涉系统经实地考察发现建筑周围近距离内无高大建筑遮挡， 光照条件充足， 并且建筑物坐北朝南， 结构上有足够空间敷设光伏组件， 适合安装太阳能光伏发电系统。（ 2） 负载分析实际负载的大小及使用情况等等可能千变万化， 不同类型的负载在计算时需要考虑的因素不同， 首先要分析负载特性， 判断是直流负载还是交流负载， 是冲击性负载还是非冲击性负载， 是白天负载、 夜晚负载还是连续使用负载等。工程设计时， 为了准确地计算出负载实际耗电量， 对负载特性判定是必不可少的， 因为电池阵列的容量由负载的实际功率决定，蓄电池组的容量由负载的实际耗电量决定的。 计算负载耗电量必须列出系统中所有用电器的功率、 数量、 日平均工作时间， 还要考虑可能遇到连续阴雨天数等。 本系统中所涉及用电器使用情况如表 1所王影星示。表 1 负载及全天用电情况（ 3） 蓄电池组设计蓄电池成本占离网型光伏系统总成本的 1/3， 直接系统使用寿命， 选型时必须考虑以下因素： 使用寿命长、 充放电效率高、 自放电率低、 深放电能力强、 少维护或免维护、 工作温度范围宽、 价格低廉。 目前， 光伏发电系统主要使用密封胶体免维护铅酸蓄电池， 本系统蓄电池组容量计算如下： 蓄电池组容量 (Ah)=4天连续阴雨天日平均耗电量 (Wh)/ （系统工作电压 *放电深度 *逆变效率） ， 其中系统工作电压取 24V， 放电深度取 0.75， 逆变效率取 85%， 计算得蓄电池组容量为 800 Ah， 所以选用 48只 400Ah/2V的蓄电池， 12只串联， 2只并联。（ 4） 太阳能电池方阵设计太阳能电池方阵是光伏发电系统的核心部分。 即使满足同样的负载耗电量， 不同光照条件的地区选用太阳能电池的容量也是不同的。 式 1为太阳能电池方阵峰值功率计算公式TmQKTFQPm LmL 5.1== （式1 ）其中， QL为负载日耗电量， 单位 wh。 Tm为平均峰值日照时间，单位 h。 将 QL=2595wh， Tm=4h代入式 1， 计算得太阳能电池方阵峰值功率为 970w。 本例选用 6块 200W/12V的电池组件， 3块串联， 2块并联。 另外， 影响光伏方阵发电量的还有方阵安装的倾斜角和方位角。 文章设计建筑屋顶为平顶， 并且有足够大空间敷设电池组件，因此不考虑空间限制， 根据工程设计经验， 选取倾斜角为 38° （盐城地区纬度 +5° ） ， 方位角为接受太阳辐射能最多， 发电量最大的正南0° 。（ 5） 逆变器选型独立光伏发电系统中， 逆变器与蓄电池通常是相连的， 电压输入相对稳定。 逆变器的波形主要有正弦波、 准正弦波和方波三种。1kW以上的小功率光伏发电系统一般选用正弦波逆变器。 式 2为逆变器功率计算公式逆变器功率 =阻性负载功率× （ 1.2～ 1.5） +感性负载× （ 5～ 7） ( 式 2)将表 1数据带入式 2计算， 选用 PSI-1000型正弦波逆变器。（ 6） 控制器选型太阳能光伏控制器控制整个系统的工作状态， 对蓄电池起到过充过放电保护、 短路保护、 防反接保护的作用， 在太阳能离网型光伏发电系统中是不可缺少的。 控制器所能承受的方阵最大电流为 1.25* 组件的短路电流 *组件的并联数， 最大负载电流为 1.25*负载功率/ （ 0.8* 系统工作电压） ， 最终选择合肥阳光公司生产的SD24100型控制器。4. 结束语文章用量化数据阐述了家用离网型光伏发电系统的设计原则，?K? ?ZK????(>>下转第 186页）DOI:10.13751/j.cnki.kjyqy.2015.24.165186 科技与企业科 技 创 新设备的相关规章制度铭记于心， 每个 人应该做的事情和她们自身的职责所在更是一点也不能马虎， 这样不仅仅可以极大的减少安全事故的发生。 因为每个 人都对发生现场的事故有着重大的责任。6、 节电计算6.1风机节电计算公式综上所述， 变频器确实能够给我们带来节约用电量， 减少每月的成本开支， 同时能够节约人类可以利用的有限资源， 这是变频器最大的功用了 ， 实现了它的价值。 按照 GB12497-1995《三相异步电动机经济运行》 的相关规定， 应按照下面的计算公式计算。6.2节能计算通风机功率为 580KW,现总风量 5760m 3/min 。因为在使用风门调整风量时 ， 风机所需轴的功率为 590千瓦， 变频器的节电率为 0.365。（ 1） 如今平均每一年省电量的计算方式如下省电量 =300X24x580x0.364=1520064kW ? h（ 2） 如今平均每一年省电费的计算方式如下 （ 电价按 0.6元 / 计算）单价 x用电量 =0.6x1520064=760032元6.3实践应用状况风机开始使用变频器改善之后再开始运作后， 电流从曾经的三十五安跌落到现在的二十六安的样子， 运行频率 35Hz， 输入电流26A， 输入电压 10.0kV ， 输出电流 35A， 风机电机功率从 580kW下降到 450.0kW， 一年节电量 1520064kW? h， 实际年节电费用 760032元， 与理论计算值基本吻合 。7、 变频改造的其他优点（ 1） 变频器能够有效减小启动时的电流对风机装置及设备的伤害， 而且使用变频器后能够使风机软启动， 还能够延长设备的寿命 ， 有效地降低了设备的更换率， 节约了经济成本。（ 2） 采用变频器调速效果甚好 ， 不仅可以根据需求量改变风量的大小， 而且调速的精度相当好线性度也很好 ， 从而节约了电量。 以前没有采用变频器时 ， 需要通过调整叶片角度的方式来调节风量的大小， 然而现在不需要通过这种方式， 只需改变电机的转速即可达到此目的， 大大地节省了成本开支和人力资源的浪费。（ 3） 降低了风机的工作强度， 延长了使用寿命。 使用变频器后，对风机的速度做了很好的优化， 处于速度较低的状态下运行， 减少的机械震动， 提高了强度和抵抗冲击的能力， 在很大程度上延长了使用年限。 提高了风机的安全运行系数和运行周期。（ 作者单位： 贵州大西南矿 业有限公司 ）3)决定扬声器配置的间隔及数量要决定扬声器的数量， 需要音响理论知识作为依据， 在此简单介绍安装于店铺的 BGM系统必需的标准。■分散配置天花板嵌顶型扬声器的场合图四 吸顶扬声器覆盖区域扬声器之间的间隔太宽， 就会产生声压差异。 间隔最大时会产生 3～ 4dB的声压差异， 因此做计划时 ， 扬声器的数量需有富余。■分散配置壁挂式扬声器的场合按照 1台扬声器可以覆盖直径7 ～ 8m的圆形区域来配置。 一般来说， 扬声器的布置遵循多点小功率的原则。 即要使声音传输的均匀， 要在一定的空间内要多布置些扬声器， 这些扬声器都不能采用较大的功率。 就像在一个 200平方的房间内， 如果放置一个 200瓦的电灯 ， 相信足够照亮整个房间， 但在灯光附近的人就会觉的非常难受， 眼睛都睁不开。但是如果在房间内点上 10只20W的电灯 ， 在不损失照明强度的情况下 ， 人们就会感觉很舒服即使站在灯的下面。 同理， 扬声器也是类同。4） 立体声与单声道我们熟悉的家用 TV的立体声， 声音就如在左右扬声器的中央附近。 但如果偏离了扬声器的中央附近 (最佳听音位置 )， 较远的扬声器的声音信息就会难以听见， 很难获得满意的立体声效果。而店铺空间的 BGM音源以有线、 CD等立体声音源为主， 且客人很少长时间逗留在特定地方， 一般宜采用单声道， 这样声音信息就不会受所在地点的影响。结论当然从系统的构来说， 商业音乐系统是比较简单的声音运用，对系统整体的功能并没有那么多的要求。 因此扬声器的选择基本上确定将来系统总体水准。 按照上文提及的方法结合实际情况就能避免声场不平衡的问题。 除了扬声器的电声指标外， 还要注意扬声器面板的材质， 不容易有锈蚀和发黄等外观上的瑕疵。（ 作者单位： 提讴艾 （上海 ） 电器有限公司 ）图五 壁挂扬声器覆盖区域归纳了设计步骤， 并给出设计和配置参数， 为后人提供设计借鉴，对应用和推广光伏建筑一体化系统有重要指导意义。（ 作者单位： 盐城工业职业技术学院）作者简介王影星， 女 ， 1987年 8月 ， 硕士研究生， 盐城工业职业技术学院。(>>上接第 183页）(>>上接第 184页）