第２８卷第１期２０１１年１月
Ｊｏｕｒｎａｌ
机电工程
Ｖ０１．２８Ｎ０．１Ｊａｎ．２０１１
ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
家用太阳能光伏发电系统设计
曹日
莹玉
（南通纺织职业技术学院机电工程系，江苏南通２２６００７）
摘要：太阳能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。为解决边远的农牧地区、偏僻的山区、孤立的岛屿等地方人们日常生活、生产用电的需要，改善人们的生活水平，进行了家用太阳能光伏发电系统的设计。根据当地的气象、环境状况及具体用电情况，给出了系统的设计方法及施工要求，包括蓄电池容量的计算、控制器的选择、逆变器功率的选择、太阳能电池组件的选择和布置等。安装运行以来，系统工作稳定正常，验证了设计的正确性。关键词：太阳能光伏发电；太阳能电池组件；系统设计中图分类号：ＴＭ６１５
文献标志码：Ａ
文章编号：１００１—４５５１（２０１１）Ｏｌ一０１１５—０３
Ｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈｏｍｅ
ｕｓｅ
ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
ＣＡＯＹｉｎｇ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｔｏｎｇＴｅｘｔｉｌｅＶｏｃａｔｉｏｎａｌ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｔｏｎｇ
２２６００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｉｓｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｆｏｒｍｏｆｎａｔｕｒａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｉｔｉｓ
ａｌｓｏｔｈｅｉｎｅｘｈａｕｓｔｉｂｌｅｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙ．Ａｉｍｉｎｇ
ｕｓｅ
ａｔ
ｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅ
ｐｅｏｐｌｅ’Ｓｄａｉｌｙｌｉｆｅａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｎｅｅｄｓｉｎｒｅｍｏｔｅｆａｎｎｉｎｇ，ｍｏｕｎｔａｉｎａｎｄｉｓｌａｎｄｓ，ａｈｏｍｅ
ｗａｓ
ｓｏｌａｒｐｈｏｔｏｖｏｈａｌｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｗｅｒｅ
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ｌｏｃａｌｗｅａｔｈｅｒ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃ
ｃａｓｅ
ｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎ
ｍｅｔｈｏｄ
ａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ
ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒｐｏｗｅｒ，
ｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｍｏｄｕｌｅｓ，ｅｒｅ．．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍ
ＩＸＩｎｓ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ａｎｄｎｏｒｍａｌ，ｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｄｅ—
ｓｉｇｎ
ｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｓｏｌａｒｃｅｌｌｍｏｄｕｌｅ；ｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ
本研究给出了家用太阳能光伏发电系统的设计方
０
引言
太阳能是一种重要的、可再生的清洁能源，是取之
法及施工要求。１
不尽、用之不竭的、无污染、人类能够自由利用的能源。太阳每秒钟到达地面的能量高达５０万千瓦，假如把地球表面０．１％的太阳能转换为电能，转变率５％，每年发电量可达５．６×１０１２ｋＷ・ｈ，相当于目前世界上能耗的４０倍。从长远来看，太阳能的利用前景最好，潜力最大。近３０年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为快速、稳定发展的新兴产业之一…。
太阳能光伏发电应用现状
太阳能转换为电能的技术称为太阳能光伏发电技
术（简称ＰＶ技术）。太阳能光伏发电不仅可以部分替代石化燃料发电，而且可以减少ＣＯ：和有害气体的排放，防止地球环境恶化，因此发展太阳能光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。目前发达国家如美国、德国、１３本的光伏发电应用领域从航天、国防、工业转向了民用。
收稿日期：２０１０—０７—２３
作者简介：曹莹（１９７２一），女，江苏南通人，主要从事太阳能、新能源方面的研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｅｙ＠ｎｔｔｅｃ．ｅｄｕ。ｅｌｌ
万方数据
・１１６・
机
电
德国的“百万屋顶计划”使许多家庭不仅利用太阳能光伏发电解决了自家供电，而且这些家庭还办成了一所所私人的“小型电站”，能够源源不断地向公用电网输送电能¨１。
近几年，我国光伏行业发展也非常迅速。政府对光伏发电较为重视，国家发改委实施“送电到乡”、“光明工程”等项目，地方政府陆续启动光伏照明项目工程。与此同时，偏远地区消费者逐渐认可光伏产品，越来越多的居民开始使用家用太阳能电源等产品。光伏应用市场发展较为迅速。但目前我国的太阳能光伏发电技术与国外相比还有很大差距，主要表现为生产规模小、技术水平较低、电池效率低、成本高。因此我国还必须不断改进技术，扩大生产规模，使我国的太阳能光伏发电产业更上新台阶旧圳。
２太阳能光伏发电系统结构
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，将太阳光的辐射直接转换为电能的一种新型的发电系统。它的规模可大可小，在发电过程中不会排放污染物质，具有安装方便，没有噪音，整个寿命期间几乎无需维护等优点。太阳能光伏发电系统分为两大类，一类是太阳能光伏发电独立系统，另一类是太阳能光伏发电并网系统。太阳能光伏发电独立系统主要包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池组、直流／交流逆变器等部分，其结构如图１所示。
图１太阳能光伏发电独立系统结构图
本研究设计的家用太阳能光伏发电系统为独立发电系统，而家用太阳能光伏发电系统一般安装在比较偏远或偏僻的地区使用。因此在设计过程中应充分考虑实际情况，一般应遵循经济适用原则，可靠性高、牢固耐用、容易维护、充分考虑地理、气候环境的影响阳１。
３家用太阳能光伏发电系统设计
广西来宾市位于广西中部，地理坐标为北纬２３。１６’～２６。２９’、东经１０８。２４’～１１０。２８７之间，年平均日照
ｌ７６０
ｈ，接收太阳辐射量为１００～１
１０
ｅａｌ／ｃｍ２，该地的平均日照时间为６ｈ。系统要求：蓄能天数为５天，蓄电池放电深度５０％，转换效率８５％；线损５％。
万方数据
工程第２８卷
３．１客户用电需求
太阳能光伏发电系统所要带动的负载包括：４个１５ｗ节能灯，日均工作６ｈ；１个１００ｗ的２ｌ寸彩电，日均工作３ｈ；１个４０ｗ交流电扇，日均工作
４
ｈ；其他小型电器、手机充电器等ｌＯｗ，日均工作３
ｈ。
３．２蓄电池组的容积计算
蓄电池的容积是根据系统日用电量、蓄能的天数及蓄电池放电的深度来确定的，其计算公式为：
ｕ一
ｃ－—ＤＯＤ番Ｅ‰１
×
，×（
＼１，
一
Ｅ，）
（１）
式中：￡一系统日耗电量，单位ｋＷ＂・ｈ；Ｄ一估计最多无风无光照的天数，或要求的蓄能天数；ＤＤＤ一蓄电池的最大放电深度，约５０％～８０％；Ｅ．一系统能量转换率，
约８０％～９０％；Ｅ２一电力传输损失，约５％。
由此计算出Ｃ＝４
４５４．９
Ｗ・ｈ，若选择１２Ｖ的标
称电压铅酸蓄电池单体，串联成２４Ｖ电池蓄电池组，根据电池组容量安时数等于所需瓦时除以电池组电压，得电池组的容量为：
ｕ一２４—
ｃ，：鲁：掣：１８５．６
２４
一
‘
Ａ．ｈ（２）＼厶７
由计算可得电池组总容量为１８５．６Ａ・ｈ，所以采用广州恒达蓄电池厂生产的６ＧＦＭ系列阀控制式全密封铅酸蓄电池，由４块１００
Ａ・ｈ／１２
Ｖ蓄电池先两两
串联再并联组成此蓄电池组。３．３控制器选择
由于系统日耗电￡为７９０Ｗ・ｈ，根据当地平均日照时间为６ｈ，可以得出太阳能电池板需要的时均总功率为：
Ｐ总：７Ｔ９０：１３１．７总一‘
一
。
ｗ
ｗ
（３）
＼Ｊ，
根据太阳能电池对太阳光的转换效率９０％，控制器和逆变器的转换效率为７５％，得出太阳能电池板的功率为：
Ｐ板２１３１・７÷Ｏ・７５÷Ｏ・９＝１９５Ｗ
’ｆ４１，板＝１９５／２４＝８．１２
…７
Ａ
由于蓄电池采用串联，又依据上述计算结果，笔者
选择２４
Ｖ／ＩＯ
Ａ的控制器，型号为ＤＢ－２００。
３．４逆变器功率选择
根据广西来宾用户的负载实况，要求计算出负载总功率为：
Ｐ市＝４×１５＋４０＋３０＋１００＝２３０Ｗ
（５）
由于负载的总功率大于逆变器总功率的８０％时，逆变器会发热过度，从而减少逆变器的使用寿命，所以
第１期曹莹：家用太阳能光伏发电系统设计
・１１７・
选择逆变器时需要考虑其损耗率，则逆变器的功率计算如下：
，，１ｎ
Ｐ。＝点等＝２８７．５逆一Ｒｎ％一
。
Ｗ
（６）
＼，
根据计算得出逆变器的功率为２８７．５Ｗ，因而本研究选用３００Ｗ的逆变器是最为合适的，型号为ＳＮ．１８０。３．５太阳能电池方阵的计算
太阳能电池组件是太阳能供电系统工作的基础，它的功能是将太阳能辐射转化为电能，其光电转换效率决定了供电系统的工作效率，所以光电转换效率是选择太阳能电池组件需要考虑的一个重要参数。目前，太阳能电池主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅３种。其中单晶硅电池板的光电转换率为１５％一２０％
以上，最高可以达到２４％，使用寿命一般为１５年左
右，最高可达到２５年。多晶硅电池板的光电转换率为１２％，非晶硅约为１０％，综合考虑，本系统的太阳能电池组件采用单晶硅太阳能电池旧４引。
根据式（４）计算得到太阳能电池板的功率为
１９５
Ｗ，本研究可以选择总功率为２００Ｗ的太阳能组
件，为此选择用ＳＲＰＶｌ００－２４／Ａｃ型单晶硅太阳能电池标准组件（１２５单晶），由２块１００Ｗｐ的组件构成此太阳能方阵，单晶硅的转换效率为１６％。３．６太阳能电池方阵的安装角度计算
由于太阳光照射到地面的角度时时刻刻都在变化，而太阳能电池只有在Ｅｔ光直射的时候发电的效率是最高的，因此太阳能电池方阵布置有两种方法：一种是安装向日跟踪系统；另外一种是根据计算确定最佳安装角度安装太阳能电池方阵。前者可以提高太阳能电池的发电效率，但成本很高，后一种虽然效率没有前者高，但建设成本较低，笔者综合考虑采用第２种方法。
接近回归线的地区，其安装倾斜角就越小。北回归线为２３．４５０，而广西来宾的纬度为２３．７。，是十分接近回归线的地区，其光照也是十分丰富。所以根据该地实际情况，笔者选择中午１２时的太阳高度角进行计算安装。即计算如下：
Ｑ倾＝１８００一（９００＋６５．７。）＝２４．９３０
（７）
其中，６５．７。为正午１２时太阳高度角，依据以上计算可得太阳能电池方阵安装的倾斜角度为２４．９３０。
万方数据
在不影响太阳能电池方阵发电效率的基础上，本研究选择方便安装的２５。倾斜角。
３．７太阳能电池方阵的基础稳定性分析
作为在太阳能电池方阵基础上作用的荷重，第一考虑的是风压荷重，要考虑被强风吹动、倒塌、被风刮跑等后果，因此需要根据当地实际情况对太阳能电池
方阵的基础稳定性进行分析计算。
４结束语
本项目设计的系统已经为广西来宾县的用户提供了数月的用电量，系统运行稳定，也证明了设计的正确性。随着社会各界对“低碳经济”的重视，太阳能光伏发电应用也取得了飞速发展，国家已出台多项政策鼓励新能源产业发展，因此新的太阳能光伏产品将会源源不断地出现。
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
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学工业出版社，２００９．
［２］冯垛生．太阳能发电原理与应用［Ｍ］．北京：人民邮电出
版社，２００７．
［３］鞠振河．太阳能光伏产业化现状与技术分析［Ｊ］．阳光能
源，２００９（３）：４２４３．
［４］潘柏英．太阳能光伏发电系统的设计［Ｊ］．湖南师范学院
学报，２００８，３０（２）：４５－４８．
［５］龙维绪，涂洁磊，王志刚，等．家用太阳能光伏电源系统优
化设计［Ｊ］．太阳能，２００８（８）：２７－３１．
［６］都志杰．可再生能源离网型独立发电系统技术与应用
［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００９．［７］
［日］太阳光发电协会．太阳能光伏发电系统的设计与施工［Ｍ］．刘树民，宏伟，译．北京：科学出版社，２００６．［８］ＲＡＭＯＮ
Ｓ．Ａ
Ｇｕｉｄｅ
ｔｏ
Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）Ｓｙｓｔｅｍ
Ｄｅｓｉｇｎ
ａｎｄ
Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ［ＥＢ／ＯＬ】．［２００１—０９—０４］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．
ｅｎｅｒｇｙ．Ｃａ．ｇｏｖ／ｒｅｐｏｒｔｓ／２００１—０９一０４—５００一０１—０２０［１］．
哦
［９］ＷＥＮＨＡＭ
ＳＲ，ＧＲＥＥＮＭ
Ａ，ＷＡｌＴＩ’ＭＥ．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｏｔｏ－
ｖｏｌｔａｃｉｓ［Ｍ］．Ａｕｓｔｒａｌｉａ，Ｃｅｎｔｒｅ
ｆｏｒＰｈｏｔｏｖｏｌａｔｉｃＤｅｖｉｃｅｓａｎｄ
Ｓｙｓｔｅｍ，１９９４．
［１０］王章权，陈友荣．基于ＰＳＩＭ和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的光伏发电系统协同仿真［Ｊ］．机电工程，２００９，２６（１０）：５８－６１．
［编辑：柴福莉］
家用太阳能光伏发电系统设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
曹莹， CAO Ying
南通纺织职业技术学院,机电工程系,江苏,南通,226007机电工程
MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING MAGAZINE2011,28(1)
参考文献(20条)
1.WENHAM S R;GREEN M A;WATT M E Applied Photovoltacis 19942.王长贵.王斯成 太阳能光伏发电实用技术 2009
3.RAMON S A Guide to Photovoltaic(PV)System Design and Installation 20014.冯垛生 太阳能发电原理与应用 2007
5.太阳光发电协会;刘树民;宏伟 太阳能光伏发电系统的设计与施工 20066.鞠振河 太阳能光伏产业化现状与技术分析 2009(3)7.都志杰 可再生能源离网型独立发电系统技术与应用 20098.潘柏英 太阳能光伏发电系统的设计 2008(2)
9.龙维绪;涂洁磊;王志刚 等家用太阳能光伏电源系统优化设计[期刊论文]-太阳能 2008(08)10.龙维绪.涂洁磊.王志刚.崔海昱.邓菊莲.刘祖明.廖华 家用太阳能光伏电源系统优化设计 2008(8)11.潘柏英 太阳能光伏发电系统的设计 2008(02)
12.都志杰 可再生能源离网型独立发电系统技术与应用 200913.鞠振河 太阳能光伏产业化现状与技术分析 2009(03)
14.太阳光发电协会.刘树民.宏伟 太阳能光伏发电系统的设计与施工 200615.冯垛生 太阳能发电原理与应用 2007
16.RAMON S A Guide to Photovoltaic(PV)System Design and Installation 2001
17.王章权;陈友荣 基于PSIM和Simulink的光伏发电系统协同仿真[期刊论文]-机电工程 2009(10)18.WENHAM S R.GREEN M A.WATT M E Applied Photovoltacis 199419.王长贵;王斯成 太阳能光伏发电实用技术 2009
20.王章权.陈友荣 基于PSIM和Simulink的光伏发电系统协同仿真 2009(10)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jdgc201101028.aspx
第２８卷第１期２０１１年１月
Ｊｏｕｒｎａｌ
机电工程
Ｖ０１．２８Ｎ０．１Ｊａｎ．２０１１
ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
家用太阳能光伏发电系统设计
曹日
莹玉
（南通纺织职业技术学院机电工程系，江苏南通２２６００７）
摘要：太阳能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。为解决边远的农牧地区、偏僻的山区、孤立的岛屿等地方人们日常生活、生产用电的需要，改善人们的生活水平，进行了家用太阳能光伏发电系统的设计。根据当地的气象、环境状况及具体用电情况，给出了系统的设计方法及施工要求，包括蓄电池容量的计算、控制器的选择、逆变器功率的选择、太阳能电池组件的选择和布置等。安装运行以来，系统工作稳定正常，验证了设计的正确性。关键词：太阳能光伏发电；太阳能电池组件；系统设计中图分类号：ＴＭ６１５
文献标志码：Ａ
文章编号：１００１—４５５１（２０１１）Ｏｌ一０１１５—０３
Ｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈｏｍｅ
ｕｓｅ
ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
ＣＡＯＹｉｎｇ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｔｏｎｇＴｅｘｔｉｌｅＶｏｃａｔｉｏｎａｌ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｔｏｎｇ
２２６００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｉｓｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｆｏｒｍｏｆｎａｔｕｒａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｉｔｉｓ
ａｌｓｏｔｈｅｉｎｅｘｈａｕｓｔｉｂｌｅｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙ．Ａｉｍｉｎｇ
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ｐｅｏｐｌｅ’Ｓｄａｉｌｙｌｉｆｅａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｎｅｅｄｓｉｎｒｅｍｏｔｅｆａｎｎｉｎｇ，ｍｏｕｎｔａｉｎａｎｄｉｓｌａｎｄｓ，ａｈｏｍｅ
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ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
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ｌｏｃａｌｗｅａｔｈｅｒ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃ
ｃａｓｅ
ｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎ
ｍｅｔｈｏｄ
ａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ
ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒｐｏｗｅｒ，
ｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｍｏｄｕｌｅｓ，ｅｒｅ．．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍ
ＩＸＩｎｓ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ａｎｄｎｏｒｍａｌ，ｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｄｅ—
ｓｉｇｎ
ｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｓｏｌａｒｃｅｌｌｍｏｄｕｌｅ；ｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ
本研究给出了家用太阳能光伏发电系统的设计方
０
引言
太阳能是一种重要的、可再生的清洁能源，是取之
法及施工要求。１
不尽、用之不竭的、无污染、人类能够自由利用的能源。太阳每秒钟到达地面的能量高达５０万千瓦，假如把地球表面０．１％的太阳能转换为电能，转变率５％，每年发电量可达５．６×１０１２ｋＷ・ｈ，相当于目前世界上能耗的４０倍。从长远来看，太阳能的利用前景最好，潜力最大。近３０年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为快速、稳定发展的新兴产业之一…。
太阳能光伏发电应用现状
太阳能转换为电能的技术称为太阳能光伏发电技
术（简称ＰＶ技术）。太阳能光伏发电不仅可以部分替代石化燃料发电，而且可以减少ＣＯ：和有害气体的排放，防止地球环境恶化，因此发展太阳能光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。目前发达国家如美国、德国、１３本的光伏发电应用领域从航天、国防、工业转向了民用。
收稿日期：２０１０—０７—２３
作者简介：曹莹（１９７２一），女，江苏南通人，主要从事太阳能、新能源方面的研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｅｙ＠ｎｔｔｅｃ．ｅｄｕ。ｅｌｌ
万方数据
・１１６・
机
电
德国的“百万屋顶计划”使许多家庭不仅利用太阳能光伏发电解决了自家供电，而且这些家庭还办成了一所所私人的“小型电站”，能够源源不断地向公用电网输送电能¨１。
近几年，我国光伏行业发展也非常迅速。政府对光伏发电较为重视，国家发改委实施“送电到乡”、“光明工程”等项目，地方政府陆续启动光伏照明项目工程。与此同时，偏远地区消费者逐渐认可光伏产品，越来越多的居民开始使用家用太阳能电源等产品。光伏应用市场发展较为迅速。但目前我国的太阳能光伏发电技术与国外相比还有很大差距，主要表现为生产规模小、技术水平较低、电池效率低、成本高。因此我国还必须不断改进技术，扩大生产规模，使我国的太阳能光伏发电产业更上新台阶旧圳。
２太阳能光伏发电系统结构
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，将太阳光的辐射直接转换为电能的一种新型的发电系统。它的规模可大可小，在发电过程中不会排放污染物质，具有安装方便，没有噪音，整个寿命期间几乎无需维护等优点。太阳能光伏发电系统分为两大类，一类是太阳能光伏发电独立系统，另一类是太阳能光伏发电并网系统。太阳能光伏发电独立系统主要包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池组、直流／交流逆变器等部分，其结构如图１所示。
图１太阳能光伏发电独立系统结构图
本研究设计的家用太阳能光伏发电系统为独立发电系统，而家用太阳能光伏发电系统一般安装在比较偏远或偏僻的地区使用。因此在设计过程中应充分考虑实际情况，一般应遵循经济适用原则，可靠性高、牢固耐用、容易维护、充分考虑地理、气候环境的影响阳１。
３家用太阳能光伏发电系统设计
广西来宾市位于广西中部，地理坐标为北纬２３。１６’～２６。２９’、东经１０８。２４’～１１０。２８７之间，年平均日照
ｌ７６０
ｈ，接收太阳辐射量为１００～１
１０
ｅａｌ／ｃｍ２，该地的平均日照时间为６ｈ。系统要求：蓄能天数为５天，蓄电池放电深度５０％，转换效率８５％；线损５％。
万方数据
工程第２８卷
３．１客户用电需求
太阳能光伏发电系统所要带动的负载包括：４个１５ｗ节能灯，日均工作６ｈ；１个１００ｗ的２ｌ寸彩电，日均工作３ｈ；１个４０ｗ交流电扇，日均工作
４
ｈ；其他小型电器、手机充电器等ｌＯｗ，日均工作３
ｈ。
３．２蓄电池组的容积计算
蓄电池的容积是根据系统日用电量、蓄能的天数及蓄电池放电的深度来确定的，其计算公式为：
ｕ一
ｃ－—ＤＯＤ番Ｅ‰１
×
，×（
＼１，
一
Ｅ，）
（１）
式中：￡一系统日耗电量，单位ｋＷ＂・ｈ；Ｄ一估计最多无风无光照的天数，或要求的蓄能天数；ＤＤＤ一蓄电池的最大放电深度，约５０％～８０％；Ｅ．一系统能量转换率，
约８０％～９０％；Ｅ２一电力传输损失，约５％。
由此计算出Ｃ＝４
４５４．９
Ｗ・ｈ，若选择１２Ｖ的标
称电压铅酸蓄电池单体，串联成２４Ｖ电池蓄电池组，根据电池组容量安时数等于所需瓦时除以电池组电压，得电池组的容量为：
ｕ一２４—
ｃ，：鲁：掣：１８５．６
２４
一
‘
Ａ．ｈ（２）＼厶７
由计算可得电池组总容量为１８５．６Ａ・ｈ，所以采用广州恒达蓄电池厂生产的６ＧＦＭ系列阀控制式全密封铅酸蓄电池，由４块１００
Ａ・ｈ／１２
Ｖ蓄电池先两两
串联再并联组成此蓄电池组。３．３控制器选择
由于系统日耗电￡为７９０Ｗ・ｈ，根据当地平均日照时间为６ｈ，可以得出太阳能电池板需要的时均总功率为：
Ｐ总：７Ｔ９０：１３１．７总一‘
一
。
ｗ
ｗ
（３）
＼Ｊ，
根据太阳能电池对太阳光的转换效率９０％，控制器和逆变器的转换效率为７５％，得出太阳能电池板的功率为：
Ｐ板２１３１・７÷Ｏ・７５÷Ｏ・９＝１９５Ｗ
’ｆ４１，板＝１９５／２４＝８．１２
…７
Ａ
由于蓄电池采用串联，又依据上述计算结果，笔者
选择２４
Ｖ／ＩＯ
Ａ的控制器，型号为ＤＢ－２００。
３．４逆变器功率选择
根据广西来宾用户的负载实况，要求计算出负载总功率为：
Ｐ市＝４×１５＋４０＋３０＋１００＝２３０Ｗ
（５）
由于负载的总功率大于逆变器总功率的８０％时，逆变器会发热过度，从而减少逆变器的使用寿命，所以
第１期曹莹：家用太阳能光伏发电系统设计
・１１７・
选择逆变器时需要考虑其损耗率，则逆变器的功率计算如下：
，，１ｎ
Ｐ。＝点等＝２８７．５逆一Ｒｎ％一
。
Ｗ
（６）
＼，
根据计算得出逆变器的功率为２８７．５Ｗ，因而本研究选用３００Ｗ的逆变器是最为合适的，型号为ＳＮ．１８０。３．５太阳能电池方阵的计算
太阳能电池组件是太阳能供电系统工作的基础，它的功能是将太阳能辐射转化为电能，其光电转换效率决定了供电系统的工作效率，所以光电转换效率是选择太阳能电池组件需要考虑的一个重要参数。目前，太阳能电池主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅３种。其中单晶硅电池板的光电转换率为１５％一２０％
以上，最高可以达到２４％，使用寿命一般为１５年左
右，最高可达到２５年。多晶硅电池板的光电转换率为１２％，非晶硅约为１０％，综合考虑，本系统的太阳能电池组件采用单晶硅太阳能电池旧４引。
根据式（４）计算得到太阳能电池板的功率为
１９５
Ｗ，本研究可以选择总功率为２００Ｗ的太阳能组
件，为此选择用ＳＲＰＶｌ００－２４／Ａｃ型单晶硅太阳能电池标准组件（１２５单晶），由２块１００Ｗｐ的组件构成此太阳能方阵，单晶硅的转换效率为１６％。３．６太阳能电池方阵的安装角度计算
由于太阳光照射到地面的角度时时刻刻都在变化，而太阳能电池只有在Ｅｔ光直射的时候发电的效率是最高的，因此太阳能电池方阵布置有两种方法：一种是安装向日跟踪系统；另外一种是根据计算确定最佳安装角度安装太阳能电池方阵。前者可以提高太阳能电池的发电效率，但成本很高，后一种虽然效率没有前者高，但建设成本较低，笔者综合考虑采用第２种方法。
接近回归线的地区，其安装倾斜角就越小。北回归线为２３．４５０，而广西来宾的纬度为２３．７。，是十分接近回归线的地区，其光照也是十分丰富。所以根据该地实际情况，笔者选择中午１２时的太阳高度角进行计算安装。即计算如下：
Ｑ倾＝１８００一（９００＋６５．７。）＝２４．９３０
（７）
其中，６５．７。为正午１２时太阳高度角，依据以上计算可得太阳能电池方阵安装的倾斜角度为２４．９３０。
万方数据
在不影响太阳能电池方阵发电效率的基础上，本研究选择方便安装的２５。倾斜角。
３．７太阳能电池方阵的基础稳定性分析
作为在太阳能电池方阵基础上作用的荷重，第一考虑的是风压荷重，要考虑被强风吹动、倒塌、被风刮跑等后果，因此需要根据当地实际情况对太阳能电池
方阵的基础稳定性进行分析计算。
４结束语
本项目设计的系统已经为广西来宾县的用户提供了数月的用电量，系统运行稳定，也证明了设计的正确性。随着社会各界对“低碳经济”的重视，太阳能光伏发电应用也取得了飞速发展，国家已出台多项政策鼓励新能源产业发展，因此新的太阳能光伏产品将会源源不断地出现。
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Ｇｕｉｄｅ
ｔｏ
Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）Ｓｙｓｔｅｍ
Ｄｅｓｉｇｎ
ａｎｄ
Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ［ＥＢ／ＯＬ】．［２００１—０９—０４］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．
ｅｎｅｒｇｙ．Ｃａ．ｇｏｖ／ｒｅｐｏｒｔｓ／２００１—０９一０４—５００一０１—０２０［１］．
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［编辑：柴福莉］
家用太阳能光伏发电系统设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
曹莹， CAO Ying
南通纺织职业技术学院,机电工程系,江苏,南通,226007机电工程
MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING MAGAZINE2011,28(1)
参考文献(20条)
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