小型独立光伏系统的设计

摘要：随着新能源的不断发展，太阳能发电应用范围越来越广泛。本文介绍了太阳能光伏系统的组成，并阐述了小型独立太阳能光伏系统的设计方法。

关键词：光伏系统 设计

引言

光伏发电是一种直接把照射到太阳电池板上的光能转换成电能的新型发电方式，使用过程不仅清洁、无污染，而且安装维护方便，使用寿命长，可以实现无人值守，因而近年来应用范围越来越广，尤其是小型光伏发电系统在现代通讯领域中的通讯基站、中继站等的电力供应中，正逐步取代一些传统的电源设备，因此光伏系统的组成和设计等研究变得越来越重要。

1 太阳能光伏系统

太阳能光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”，能将太阳光辐射直接转换为电能的一种新型发电系统，太阳能光伏发电分为独立发电系统和并网发电系统两大类[1]

其中独立发电系统由太阳能电池组件、充放电控制器、逆变器、蓄电池等组成，与公共电网相联接的光伏发电系统为并网运行系统，本文研究设计的是独立发电系统，结构如图2所示。[2]

光伏发电系统在日照充足时，通过光伏效应将太阳光能转换为电能，给负载供电，同时将多余的能量给蓄电池组充电；在日照欠足时，蓄电池组为负载提供电能。针对太阳电池在不同日照强度下输出能量的变化以及负载的变化，电源控制单元要适时对太阳电池与蓄电池组进行功率调节，使系统达到最佳输出状态。

2 小型独立光伏系统的设计[3]

本文的光伏系统主要用于家庭的照明系统，以金华地区某一普通家庭为例，本文结合多种方法进行系统设计，主要确定负载大小、蓄电池的容量、太阳能电池板的组装、太阳能板的倾角等参数。

2.1 负载与日用电量

家用日光灯7盏，每盏36W，平均每天使用4个小时；台灯2盏，每盏25W，平均每天使用3个小时；吊灯和其他节能灯共50W，每天使用4个小时。综上，平均每天使用量为7×36×4+2×25×3+50×4=2358Wh，考虑到线路间的损耗和计算的简便，按每天2500Wh用电量进行计算。

2.2 地理位置与倾角选择

2.3蓄电池容量计算

蓄电池容量按3天阴雨储能配置.浙江湖州地处江南，四季分明，梅雨季节连续阴雨可达十天半月，冬季连续雨雪天也可能较长，如完全靠太阳能供电，则太阳能电池组件和蓄电池配置将十分庞大，不符合经济原则.除梅雨季节和冬季雨雪天外，其他大部分时间阴晴相隔，阴少晴多，储备3天电能能满足大部分时间的需要.在3天以上的连续阴雨天气，系统将自动切换至常规电力网供电.蓄电池容量Q=WhT/Vη2，式中W为照明灯具功率，h为使用时间，T为连续使用天数，V为蓄电池电压（按12V计算），η2为蓄电池逆变系统总效率，Q=2500Wh×3/12×0.6≈1 000Ah，配置200Ah/12V蓄电池5只。

2.4 太阳能电池组件功率计算

3 设备的选用与成本

3.1 太阳能电池板选用

太阳能电池组件平均占整个系统成本的50%左右，但根据系统大小会有所差别，是整个系统最重要的组成部分之一。单晶硅电池板虽然成本贵，但是其寿命长，质量好，可以使用15-25年，考虑到性价比，选择使用150W单晶硅太阳能电池板，其尺寸为1580×808×35mm，重量为16kg，工作电压为34.4V，单价为900元。

3.2 蓄电池的选用

国内蓄电池厂家较多，可考虑香港品牌TOPIN（深圳生产）、香港品牌TOYO（番禺生产）、台湾品牌（泉州生产）或上海赛特（BT）电池[6]，考虑到光伏系统设计的使用性原则和经济性原则，选择使用12v 200ah铅酸蓄电池，单价为1400元。

3.3 控制器选用

控制器太阳能光伏发电系统中的主要部件，其可靠性直接影响用电器的正常工作.控制器按太阳能电池组件最大输出功率选型，并且要求具有夜间防反充电保护、蓄电池过充电保护、蓄电池过放电保护、蓄电池开路保护、负载过电压保护、输出过载保护及输出短路保护、太阳能电池接反保护、蓄电池接反保护等功能.好的控制器使系统处在最大功率点处，能大大提高系统的利用率。选用 LS1024（10A，12/24V） 控制器，单价为80元。

3.4 逆变器选用

由于我国当地的用电电压为AC220V，所以选择输出电压为AC220V的离网逆变器，考虑到用户负载中有感性负载，在启动过程时有较大的冲击电流，同时考虑系统的临时时增加负载的情况，所以逆变器功率应相对选择较大的[7]。考虑我们的系统最大需求功率为450W，选用12v24V转220V 600W 纯正弦波太阳能逆变器，单价为670元。

3.5 总计

4 结语

太阳能光伏发电目前在整个能源结构中所占比例虽小，但我国已将太阳能利用列入新能源和可再生能源技术发展的战略重点，太阳能发电已经成为发展最快的高新技术产业之一，因此新的太阳能光伏产品和工程将会不断涌现。

参考文献：

[1]胡国进，敖四江，王晓玲，太阳能光伏技术在高校的研发与应用探析[J]，江西教育学院学报（综合），2012-6，33（3）：24-27.

[2][3]潘柏英，太阳能光伏发电系统的设计[J]，湖州师范学院学报，2008-2，30（1）：45-48.

[4]S.R.Wenhan（译者：狄大卫）应用光伏学[M]，上海，上海交通大学出版社，2008：73.