家用太阳能光伏发电系统

摘要：太阳能作为新世纪的新能源越来越受到重视，文章为太阳能光伏发电的在家庭中的普及应用，介绍光伏发电的基本原理，系统组成及家用光伏发电系统的设计与计算。

关键词：太阳能；组件；光伏发电；并网

能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。太阳能是资源最丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐相处及能源与环境的协调发展。

随着太阳能发电成本的下降，家用太阳能小型发电系统成为可能。现在在欧洲很多国家都推出了屋顶光伏计划。

本文将主要介绍普通家用太阳能光伏发电系统的组成原理，设计与计算，希望能抛砖引玉，为太阳能的普及应用作一点贡献。

根据普通家庭用电情况，太阳能发电照明示范工程设计方案如下：

一、太阳能光伏发电系统组成

家用太阳能发电的系统原理及组成如下图所示：

图a

1太阳能组件 2汇流箱 3电缆 4逆变器 5电表

太阳能光伏发电系统由1太阳能组件 2汇流箱 3电缆 4逆变器 5电表等组成，白天，太阳能组件将太阳光能转变为电能后汇集到汇流箱后，进入逆变器将直流电转变成标准的市电供家用电器使用，如有富余还可送到电网上，晚上或太阳光线不强的情况下，仍通过电网取电维持生活用电。

二、太阳能光伏发电系统的设计与计算

（一）普通家庭用电负载的估算：

一个普通家庭的家用电器和平均用电量如下表：

负载电器名称 耗电功率 数 量 日均工作时间 日耗电量

照明节能灯 11W 8 6 528Wh

电脑 200w 2 5 2000Wh

喷墨打印机 30W 1 1 30Wh

电冰箱 50W 1 24 1200Wh

42寸彩色电视 180W 1 6 600Wh

卫星电视接收机/VCD 25W 1 6 150Wh

日均总耗电量： 4508Wh

通过上表我们可以看出一个普通家庭平均每天的用电量大约在5度左右。

（二）太阳能电池组件阵列的计算：

太阳能光伏发电的发电量：

日均发电量=组件总功率×平均日照峰值时间×综合设计系数K；

考虑到组件实际利用中的灰尘降低因数0.9，高温降低因素0.8，逆变器效率0.9，综合设计系数：K＝0.9×0.8*0.9＝0.648

平均峰值日照时间根据太阳能的辐射不同而不同，我国主要城市平均日照峰值时间详见下表，这里以长沙为例，长沙的平均峰值日照时间为3.2小时，则家用发电系统所需的总功率为：

组件总功率＝日均发电量/(平均日照峰值时间×综合设计系数K)= 5KWh/(3.2h×0.648)＝2.41 kW

太阳能组件选用的185W单晶硅组件，其主要参数如下：

峰值功率 (Pmax): 185W

峰值工作电压 (Vmpp):36.4V峰值工作电流(Impp): 5.09A

开路电压 (Voc): 45V短路电流 (Isc): 5.43A

组件块数＝2150/185＝13.03这里取14块组件。

城市 纬度 最佳倾角 平均日照小时 城市 纬度 最佳倾角 平均日

照小时

北京 39.80 纬度+4 5 杭州 30.23 纬度+3 3.43

天津 39.10 纬度+5 4.65 南昌 28.67 纬度+2 3.80

哈尔滨 45.68 纬度+3 4.39 福州 26.08 纬度+4 3.45

沈阳 41.77 纬度+1 4.60 济南 36.68 纬度+6 4.44

长春 43.90 纬度+1 4.75 郑州 34.72 纬度+7 4.04

呼和浩特 40.78 纬度+3 5.57 武汉 30.63 纬度+7 3.80

太原 37.78 纬度+5 4.83 广州 23.13 纬度-7 3.52

乌鲁木齐 43.78 纬度+12 4.60 长沙 28.20 纬度+6 3.21

西宁 36.75 纬度+1 5.45 香港 22.00 纬度-7 5.32

兰州 36.05 纬度+8 4.40 海口 20.03 纬度+12 3.84

西安 34.30 纬度+14 3.59 南宁 22.82 纬度+5 3.53

上海 31.17 纬度+3 3.80 成都 30.67 纬度+2 2.88

南京 32.00 纬度+5 3.94 贵阳 26.58 纬度+8 2.86

合肥 31.85 纬度+9 3.69 昆明 25.02 纬度-8 4.25

拉萨 29.70 纬度-8 6.70 银川 38.48 纬度+2 5.45

组件应根据当时的实际情况安装在屋顶阳光不受遮挡的地方，并据上表选择相应的最佳的南北倾角，充分发挥太阳能系统的发电效率。

（三）逆变器选用

根据上面的计算结果太阳能组件的选用185W组件，七个串联后，两组并联的型式，选用合肥阳光电源的SG2K5TL型并网逆变器，其具体参数如下：

型号 SG2K5TL

直流侧参数

最大直流电压 450Vdc

启动电压 170V

满载MPP电压范围 150~380V

最低电压 150V

最大直流功率 2800Wp

最大输入电流 15A

推荐光伏阵列开路电压 320V

由逆变器的技术参数知其最大直流输入电压为450V，最大功率追踪的范围是150~380V，而组件的开路电压为45V,峰值功率电压为35.2V，串连太阳电池组件数为S，最多为SMAX,,则有：SMAX＝最大直流电压/组件开路电压＝450/45=10，这里我们取S＝7块.

根据太阳能光伏系统设计原则，验算：

1．7块组件串联的最高输出电压（开路电压）＝7×45=315V;

2．7块组件串联的最大功率点电压＝7×35.4＝247.8V；

3．两组7块组件并联后最大电流=5.09×2=10.18A;

4．当组件温度比标准状态升高70℃时，最大功率点电压为178.4（取电压的温度系数为：-0.4%）

并网最大功率追踪的范围是150~380V，最大输入电压450V，由以上验算可看出，两组7块组件串联后再并联的组合，符合并网逆变器的要求所选的合肥阳光电源的SG2K5TL型并网逆变器是合适的．

该系统总装机容量为2.59KW，其发电量在中国大多数地区可满足一般家庭的日常用电需求。

三、家用太阳能光伏发电的优点

家用在太阳能光伏发电系统大多数都会以光伏屋顶或光伏幕墙的形式出现,光伏发电系统可以以优雅美学的方式集成在建筑上，从而成为家庭建筑的一部分，使建筑更为美观。家用小型的光伏发电系统分散式发电有如下几点优点：

1．自产自消，减小了电能传输的成本和损失；

2．并网后对电网有削峰的作用，尤其在夏季用电高负荷的地区。

3．零排放，零污染，减小温室气体的排放。

四、结语

太阳能作为一种取之不尽用之不谒的，没有污染排放的清洁能源是未来取代常规石化能源的一种重要形式。以家庭住宅为单位建设小型光伏发电系统，既不用额外占地，同时实现了分散发电，自产自消，节能环保，值得大力推广应用。

参考文献

[1]沈辉，曾祖勤．太阳能光伏发电技术．化学工业出版社，2005．

[2]崔容强，赵春江，吴达成．化学工业出版社，2007．

[3]太阳光发电协会，刘树民，宏伟译．科学出版社，2006．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。