离网式户用光伏发电装置减少二氧化碳排放的方法

雷鹏

(云南电网公司，昆明 650011)

离网式户用光伏发电装置减少二氧化碳排放的方法

雷鹏

(云南电网公司，昆明 650011)

介绍一种单相离网式交流户用光伏发电装置的功能、结构，能直接与户用负载联接，独立对负荷供电。

二氧化碳排放；光伏发电；离网式；户用

0 前言

近年，光伏发电产业迅猛发展[1-2]。云南高海拔的山区电力需求小、电网建设难度大、运行维护成本高[3-4]。为了解决无电人口通电，减少二氧化碳排放，研究了一种离网式户用光伏发电装置。

1 离网式户用光伏发电装置

1.1 云南太阳能资源分析

云南平均海拔2 000 m，属山地高原地形，大气层密度低、阳光透过率高、日照时间长，云南约90%以上的地区年太阳辐射量为4 500～6 000兆焦/平方米·年，年日照时间为2 100～2 800小时/年，具有丰富的太阳能资源，具备运用光伏发电的条件[5-6]。

1.2 光伏发电装置的设计

1.2.1 系统结构图

离网式户用光伏发电装置由光伏组件、控制器、逆变器、蓄电池和电力负载五部分组成，系统结构如图1所示[7]。

图1 离网式户用光伏发电装置结构图

1.2.2 居民户用负载用电量设计

云南边远地区每户居民典型用电负载如表1所示。

表1 云南边远地区每户居民典型用电负载

根据表1，计算每户居民用电设备总功率P如式 (1)，其中P1、P2和P3分别为照明、电视机和卫星接收器的用电功率。

计算每户居民用电设备日总用电量Q如式(2)，其中Q1、Q2和Q3分别为照明、电视机和卫星接收器的日用电量。

1.2.3 光伏组件直流电压设计

根据标准光伏组件产品和蓄电池产品的类型、电气特性和电压分类，户用系统的光伏组件直流电压UDC设计为12 V。

1.2.4 蓄电池设计

经分析对比传统开口式铅酸蓄电池和阀控密封式铅酸蓄电池的电气特性和产品分类，并根据光伏组件输出直流电压等级，选用12 V免维护阀控密封式铅酸蓄电池作为户用系统的电能存储装置。计算蓄电池的容量C如式 (3)。

式中，最长无日照天数d设计为3天，满足在连续3个阴雨天的条件下，系统能正常工作；按工程经验，蓄电池放电容量的修正系数F取1.2；蓄电池放电深度D取0.5；包括逆变器在内的交流回路损耗率K取0.8[8]，UDC为光伏组件直流电压；Q为每户居民用电设备日总用电量。

根据式 (3)计算的蓄电池容量，并联两个12 V、200 A·h蓄电池作为户用系统的电能存储装置。蓄电池的主要电气参数如表2所示。

表2 蓄电池的主要电气参数

1.2.5 光伏组件阵列设计

根据云南的气象数据，云南年平均太阳总辐射量为5 596.5兆焦/平方米·年，计算日平均峰值日照时数Tm和光伏组件阵列峰值功率Pm分别如式 (4)和式 (5)。

式中，Q为每户居民用电设备日总用电量；F为蓄电池放电容量的修正系数；K为逆变器在内的交流回路损耗率。

根据式 (5)计算的光伏组件阵列峰值功率，并联两块12 V、85瓦多晶硅标准光伏组件组建户用系统光伏阵列。光伏组件的主要电气参数如表3所示。

表3 光伏组件的主要电气参数

1.2.6 控制-逆变一体机设计

根据表3所示光伏组件的主要电气参数，计算光伏组件阵列的最大短路电流ISCM如式 (6)。

式中，Np为光伏组件并联数；ISC为光伏组件的短路电流；1.25为安全系数。计算控制器最大负载电流I如式 (7)。

式中，1.25为安全系数；P为每户居民用电设备总功率；K为逆变器在内的交流回路损耗率；U为逆变器输出电压，取220 V。

计算控逆一体机的输出功率PCI如式 (8)。

式中，P为每户居民用电设备总功率；1.5为安全系数。

根据式 (8)计算的控逆一体机输出功率，考虑控逆一体机的功率损耗，设计控逆一体机的额定功率为300V·A。控逆一体机的主要电气参数如表4所示。

表4 控逆一体机的主要电气参数

控逆一体机具有输出过载保护、输出短路保护、输入接反保护、输入欠压保护、输入过压保护、蓄电池过放保护、蓄电池过压保护、蓄电池电压充电保护、蓄电池开路保护、夜间防反充电保护等保护功能。

1.2.7 光伏组件支架和室内控制柜设计

室外光伏组件支架由热轧无缝钢管、表面镀锌角钢和螺栓组成，根据选用的85瓦光伏组件的外形尺寸，室外光伏组件支架结构如图2所示。

图2 室外光伏组件支架结构图

2 结束语

文中研究的离网式户用光伏发电装置已广泛运用于云南边远地区，系统结构简单、运行稳定，节能环保和社会经济效益明显。在太阳能资源丰富，具备光伏发电运用条件的地区，该光伏发电装置的成功运用，将为解决无电人口通电、减少二氧化碳排放提供经济高效的实施途径。

[1] A.Luque，S.Hegedus.Handbook of photovoltaic science and engineering[M].USA：Willy press，2002.

[2] Chiang，S.J.，Chang，K.T.，Yen，C.Y. Residential photovoltaic energy storage system[J]，IEEE transactions on industrial electronics，1998，45 (3)：385-394.

[3] 云南省人民政府研究室，等.云南经济年鉴2013 [M].云南：云南人民出版社，2013.

[4] 云南省统计局.云南统计年鉴2013[M].北京：中国统计出版社，2013.

[5] 林文贤，吕恩荣.云南省太阳能辐射资源研究——总辐射 [J].云南师范大学学报 (自然科学版)，1990，Z1，27-38.

[6] 《云南电力年鉴》编辑部.云南电力年鉴2013 [M].云南：云南人民出版社，2013.

[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].北京：科学出版社，2009.

[8] 何道清，等.太阳能光伏发电系统原理及应用技术[M].北京：化学工业出版社，2012.

Research on CO2Emissions Reduction with Application of Off-grid Household Photovoltaic Generating Appliance

LEI Peng
(Yunnan Power Grid Corporation，Kunming 650011)

one kind of single-phase off-grid household photovoltaic(PV)generating appliance was researched in this paper.An off-grid household photovoltaic generating appliance is a device that is connected to home electrical loads directly and provides electric power supply for family.

CO2emissions；PV；off-grid；household

TM62

B

1006-7345(2014)06-0094-03

2014-10-08

雷鹏 (1978)，男，硕士，工程师，云南电网公司，主要从事电力电子在电力系统中的应用、电网谐波治理和无功补偿方面的研究 (e-mail)13708715098＠126.com。