太阳能光伏发电在住宅户用供电系统的应用

【中心议题】

• 介绍了光伏供电系统的原理及技术
• 给出了太阳能光伏发电在住宅户用供电系统的应用

【解决方案】

• 采用了无变压器式的能量变换器
• 遵循216V供电体制
• 运用小电流放电方式

0引言

日益恶化的生态环境、能源短缺使人们逐步认识到，人类必须走可持续发展的道路，大力开发和利用可再生能源是必由之路，开发绿色的、可持续的新型能源已成为历史必然。

随着我国经济发展，工业化、城镇化进程的加速，对能源、电力的需求越来越大。而洁净安全的太阳能发电技术，越来越得到广泛的重视和应用，也越来越贴近人们的生活。本文讨论太阳能光伏发电在居民住宅供电上的应用。

1光伏发电在住宅供电的必要性

在偏远农村山区无电地区，人们生活、生产用电无法得到保障，如果这些地区光照充足，采用太阳能光伏供电，可以解决照明、配电问题。在城镇，人民生活水平不断提高，各种家电逐渐走人日常居民家庭。一些老住宅，由于在规划设计中对居民用电负荷估计太低，选用的线路截面、负荷开关容量偏小等，造成用电线路经常性的过负荷跳闸，超负荷运行烧毁开关、电能表、电线等现象，产生了很大的安全隐患。

再者，由于老住宅的用户密度高，预留空间小，对于重排供配电线路或加设线路都有较大的难度，且线路的安全性也受到威胁。因此研究太阳能光伏发电在住宅供配电系统的应用很有必要。

2光伏供电系统介绍

光伏供电系统结构如图1。太阳能电池序列将太阳能转换为直流电能，给蓄电池组充电，由蓄电池组给直流负载供电，而能量变换器将光伏发电获得的直流电能转换成恒压恒频交流电能，供交流负载用电，是太阳能利用的关键技术。

2.1太阳能电池阵列

系统中的太阳能电池阵列，采用12V×l8的串联形式，每块太阳电池的功率可根据系统所需功率来确定。选用效率高(11％)、成本低的纳米晶体化学太阳电池，成本是晶体硅太阳电池成本的1/5～1/10，寿命可达20a，应用这种光电池可大幅度地降低系统的成本。相应地采用串联形式的12V×18的蓄电池组，其容量可根据需要灵活配置。

2.2能量变换器

大多数中、小型光伏发电系统，一般都采用直流供电体制供直流系统使用，或者经逆变器把直流电变换成220V方波供交流电器使用，这样使系统的使用效率受到了极大的限制，整个系统的使用效率限制在85％左右。太阳能电池的效率不高，单晶硅为15％，多晶硅为14％。非晶硅和薄膜太阳电池为10％，蓄电池的充放电效率为85％。如果系统的使用效率不提高，势必会增加整个系统的成本。

本系统中，采用的无变压器式的能量变换器，其电路原理图如图2所示，其效率大幅度提高，不小于95％。对以交流负载为主的家用光伏供电系统来说，采用这种供电体制，可大大节约昂贵的“太阳电”，降低了整个光伏系统的成本。

2.3蓄电池组

光伏发电为绿色能源发电，唯一的环境隐患在蓄电池上。由于蓄电池中的铅酸有很强的腐蚀性，且铅元素有毒，对环境有一定的危害。蓄电池最大的污染问题存在于生产和回收环节容易造成铅酸的泄露。本系统中的蓄电池考虑自给天数为2d，每户平均容量为1.3kW，选择GMF—200型深放电阀吸液式密封铅酸蓄电池，放电深度(DOD)为0.8。使用期间无酸雾和气体逸出，不会对用户家庭造成污染，降低了维护成本。

3负载

负载采用分类使用的办法。系统有两路输出：一路是交流负载，由无变压器式能量变换器供电；另一路是直流负载，由太阳能电池或是蓄电池直接供电，不需要通过能量变换器，可提高系统效率、节约能源和延长能量变换器的寿命，提高了系统的可靠性。本供电系统中，由于采用216(12×18)V供电制，照明负载可以选用市场上的常规照明用具，避免了以往光伏系统采用12V供电，而必须使用特制的照明灯具或者必须经过能量变换器后才能使用的问题。选用特制的12V照明灯具，具有下列不足之处：一是灯具一旦损坏，在市场上难以购买，用户很不方便；二是特制的12V照明灯使用量少,未形成批量生产，造价高，可靠性差。

目前，节能照明灯的技术已达到比较先进的水平，紧凑型荧光灯得到了推广应用。据统计，我国已是世界上第一大节能灯生产国和出口国。同时，可低压起动的节能型电子镇流器的电路技术也得到了长足的发展，为光伏供电体制中的照明系统的选用提供了保证。本系统所设计的这种照明系统具备的优点：可随处购买，便于更换；可靠性高，寿命长；成本低，价格便宜。

4结束语

本文中光伏供电系统采用了无变压器式的能量变换器、216V供电体制和小电流放电方式，系统的效率大幅度地提高，能量损失大大地减少，系统成本降低。采用光伏户用发电可以实现无电地区的供电，缓解城镇的用电压力，合理地应用于住宅供配电，能解决老式住宅供配电难以增容的问题，推动光伏发电系统的应用。