一种家用光伏直流照明系统的应用

时间:2022-10-09 03:16:54

一种家用光伏直流照明系统的应用

【摘 要】 本文利用公寓内闲置的视频同轴电缆与备用两芯电话线作为电能传输载体,设计一套12V直流光伏照明系统,换效率高、实用性强、成本较低。

【关键词】 家用光伏应用直流照明系统

1 引言

家用屋顶光伏供电系统具有低压、直流输出的特性,一般情况下需要加以升压逆变以后供家用电器使用。但是当供电系统与用电系统连接时,中间环节越少、路线越短,则效率越高,可靠性越好。本文根据用户的需求,利用两块60W的光伏板、光伏控制器、蓄电池、LED灯与已经铺设的同轴电缆、电话线,对一80m2的公寓的照明系统进行改造。此系统的优势在于减少了逆变的环节提高转换效率、光伏板占地面积小容易安装且不需要重新对照明系统进行布线,实用性较强。

2 需求分析

根据对该公寓的现有的布线以及具体需求的分析,了解到该公寓由于数字电视的改造,位于阳台的闭路电视同轴电缆进线端闲置,此电缆直接入客厅的电话线配线盒,该公寓的两个卧室、客厅、卫生间、厨房、餐厅各有一个电话插座面板可进行改装用作照明,现有的电话线为四芯,其中两芯备用。基于以上特点,为该公寓配置公共区域的三台夜间常开的LED脚灯以及两间卧室、客厅各设置一个直流插座供亮度较高可控制开断的LED台灯使用。

3 组件选型

(1)LED灯。照明灯具选用12V直流LED灯,直流LED光源的优点是:无频闪,能耗低,电压低,发热少,控制简单、寿命长,白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10,节能灯的1/4。餐厅、厨房、卫生间的常开夜灯选用各1W的LED嵌入式脚灯,卧室与客厅的直流插座接8W与12W的LED台灯,可供阅读等使用。(2)蓄电池。根据上述需求分析,两间卧室各使用8W的LED灯1台;客厅使用12W的LED灯一台;厨房、餐厅、卫生间各配置1W的嵌入式脚灯一套。上述设备在12V工作电压下同时运行的最大负载电流为2.61A。台灯的工作时间以6小时计算,脚灯的工作时间以12小时计算,此系统日耗电量为204WH。

蓄电池容量的选择是根据负荷和运行时间来决定的,主要依据是电池容量公式:

C=A×KT×I1×T

其中:

C:为电池的标称容量,该值向上取整

I1为负载的总电流;

A:为时间补偿系数,一般取值为1.25,要求不严时,该系数可以不乘;

KT:电池冗余系数,在T附件变化的变量,不同放电时间,该值不同,此处由于T>8.0h故取值为1.00

以直流插座的负载最大电流2.34A运行6小时;常开夜灯总电流0.3A运行12小时为准

根据公式计算:

C1=1.25×1×2.34×6=17.55AH

C2=1.12×1×0.3×12=4.032AH

C=C1+C2=21.582AH

C向上取整为30AH

为了蓄电池供电的可靠性,采用2组或2组以上的蓄电池组并联使用来满足容量需求。30AH可以使用3组12V 10AH的蓄电池组并联使用。

3.3 太阳能电池

以秋冬季上海有效光照日均5h计算:

Wp÷Uk=(C×K)÷5h

其中:

Uk:太阳能电池板开路电压

K:太阳能电池板预留量,取120%;

C:蓄电池容量

因此系统不设逆变装置故忽略综合损耗。

根据公式计算:

Wp÷17.4V=(30×120%)÷5h

Wp=125.28W

考虑到经济性,选用并联两块60W开路电压约为18V,最大充电电流3.59A的多晶硅太阳能电池板,总功率为120W。

3.4 可编程控制器

光伏控制器选用市面上已经成熟的可编程路灯控制器,该类控制器在太阳能电池板开路电压低于控制器的设置值时(即黄昏来临时)能够自动开启负载,并在早晨自动关闭负载,能够满足公寓内的辅助照明需求,同时由脉冲宽度调制(PWM)控制充电方式,且具有控制蓄电池深度放电保护功能。由于此系统最大工作电流为2.61A、太阳能电池板最大充电电流为7.18A,故选用工作电压为12V,最大充电、放电电流为10A的可编程路灯控制器。

4 系统安装连接

(1)太阳能电池板的安装。上海地区太阳位于正南时的最高高度为夏至日的82.4度,最低高度为冬至日的35.5度,春分日和秋分日为69.0度。但是,由于秋冬季日照时间较短,此辅助照明系统启用时间较长,所以重视11月至次年3月的发电量,该期间的平均太阳高度约为50度,太阳电池安装角度取40度为宜。经过实地勘察,考虑到阳台需要晾晒衣物会影响太阳能电池板的工作性能,且由于卧室朝南且紧挨阳台,故将并联的两块太阳能电池板安装于卧室的窗台下,电池板、控制器、蓄电池之间距离尽可能减少以此来降低电能的损耗。(2)线路连接。考虑到用户是系统改造,所以尽可能利用已经敷设好的线路,由于此系统采用12V直流输电,便可利用闲置的视频同轴电缆和四芯电话线。该公寓的视频同轴电缆进线位于阳台,出线位于客厅的电话线配线盒,电话线可以承受的电压为20V,视频同轴电缆则为60V,都能满足要求。所以将控制器安装于阳台靠近太阳能电池板侧,负载端出线的正极与同轴电缆的中心铜线连接,负极与网状屏蔽层连接,作为总线接入电话线配线盒,再利用四芯电话线的两芯备用线,一芯作为正极一芯作为负极至各负载供电。

5 结论

此套系统为已经装修好的用户提供了光伏辅助照明的解决方案,近年来由于数字电视与移动电话的普及,许多家庭的闭路电视视频同轴电缆与电话线处于闲置状态,此系统充分利用这些闲置线路用作12V的直流供电。系统中夜间常开的脚灯使用方便,行走或取物时不用再开启照明灯,而大功率的LED灯则满足了如阅读、交流等照明需求。此外整个电路中没有逆变器使其效率达到95%以上(使用逆变器的系统效率为85%左右),不仅提高了电能转换效率并且节省了逆变器的采购费用。此套照明系统不是着重于取代已有的照明系统,而是作为辅助灯光,节省不必要开启的照明设备,为家用光伏辅助照明系统提供了一种新的思路。

参考文献:

[1]周康民.对屋顶光伏供电系统逆变应用的反思[J].建筑电气,2006(4):27-28.

[2]温永强.浅析小型直流光伏照明系统设计[J].机械工程与自动化,2012(2):130-132.

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