家用太阳能光伏发电系统方案深析

庄晓武

（羲和太阳能电力有限公司，江苏南京 210012）

家用太阳能光伏发电系统方案深析

庄晓武

（羲和太阳能电力有限公司，江苏南京 210012）

我国是一个资源消耗非常大的国家，然而资源储量又很低。所以工业化进程的快速发展和消费的巨大需求让我国资源就更加的缺乏，只能依赖进口。能源短缺以及爆发式发展所带来的环境污染已威胁到经济和社会的发展。而且，我国有很多居住在偏远地方的人们还没有用上电。这些事实情况更加要求我们要寻找和开发新能源，太阳能作为一种古老而又环保的能源、搭上科技的列车，已不受地域限制，因此太阳能光伏发电是解决能源问题的一个很好的选择。

家用太阳能 光伏发电 并网

由于越来越多的家庭安装太阳能电池板，使其并网运行及建筑一体化研究势在必行。而数字信号处理器（DSP）及智能家居的出现使家庭太阳能发电并网系统的控制方法得到进一步的发展完善。太阳能发电不会产生任何废料，也不会排放任何气体，对环境不会造成影响，是一种特别清洁的能源。如果太阳能能够取代传统能源，就会对人类的可持续发展有着很深远的意义。

1　家用太阳能光伏发电系统的组成

家用太阳能光伏发电系统主要由光伏电池组件，光伏系统电池控制器，蓄电池和交直流逆变器组成，它的核心元件是光伏电池组件。（见图1）

（1）光伏电池组件，把太阳的光能直接转化为电能。按基本材料分为：晶体硅太阳能电池，非晶体硅太阳能电池，化合物太阳能电池和有机半导体太阳能电池。

（2）逆变器（或控制逆变一体机），是把直流电转换为交流电的装置。另外，当用于离网的时候，控制逆变一体机还提供对蓄电能电池的充放电管理功能。另外，逆变器还拥有自动稳压的功能，它可以改善光伏发电系统的供电质量。

（3）蓄电池，是存储从光伏电池转换为的电力，根据需要随时的把电释放出来。太阳能光伏系统中采用的是铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池。

（4）充放电控制器（亦可与逆变器集成一体），是能自动防止太阳能光伏电源的储能蓄电池过度充电和过度放电的设备，它是光伏发电系统的核心部件之一。白天，太阳能组件将太阳光能转变为电能后汇集到汇流箱后，进入逆变器将直流电转变成标准的市电供家用电器使用，如果有多余还可送到电网上，晚上或太阳光线不强的情况下，仍通过电网取电维持生活用电。

（5）并网配电箱：连接光伏系统与电网系统的设备，起连接、保护及电能分配功能。连接光伏系统与电网系统的设备，期连接、保护及电能分配功能。

图1　家用太阳能光伏发电系统原理图

2　家用太阳能光伏发电系统的特点及分类

2.1家用太阳能发电系统特点

家用太阳能光伏发电系统大多数都会安装在屋顶或幕墙上，光伏发电系统也能以优雅美学的方式安装在建筑上，与家庭建筑融为一体，使建筑更加的美观。

（1）太阳能资源取不尽用不完，能自产自用，大大的减少了电能传输所用成本和运行中的损失。

（2）并网后对国家电网起到减弱用电高峰的作用，特别是在夏季用电高量比较大的地方。

（3）太阳能光伏发电是绿色环保的。光伏发电即不需要用燃料，也不会排放二氧化碳，对空气不会污染，没有噪声产生。

（4）其应用的范围比较广。只要有光照的地方都可以用太阳能进行光伏发电。

（5）使用的寿命比较长、维护也简单、而且可靠性也高。晶体硅太阳能电池寿命可达20-35年；因为没有机械转动部件，而且一般都采用自动控制技术，大部分不用人工操作。

（6）太阳能电池组件非常简单，体积小又轻，运输和安装方便，光伏发电系统建设周期比较短。

（7）系统组合容易。由一些太阳能电池组件和蓄电池单体组合而成，太阳能电池方阵和蓄电池组；逆变器、控制器也可以集成。因此光伏发电系统大小可随意变化，组合容易、扩大比较方便。

2.2家用太阳能发电应用分类

家用太阳能根据地理条件、电网情况及用电要求，可归纳为以下几类：

（1）离网光伏蓄电系统：这是常见的太阳能应用方式，与电网不相连，光伏所发电量一部分通过储能部分存储起来，供夜间使用。在国内外应用已有很多年，系统比较简单，而且适应性比较广泛，适用于人口分布稀疏，电网不发达地区。

（2）光伏并网发电系统：如果用电负荷比较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或者电力用不完时，可以把多余的电力卖给市电。在联合电网的情况下，这个系统节省了蓄电池，不但扩张了使用范围的灵活性，而且还降低了造价。这个系统在人口分布稠密地区比较适用。

（3）A、B两者混合系统：这个系统适应性比较强，供电可靠性高。既可以依据电网的高峰电价来调整发电策略，也可为对供电要求极高的安防系统供电，减少电网对系统的影响，但此系统的造价和运行成本是比较高的。

（4）家用一体化太阳能设备：例如：太阳能庭院灯、草坪灯等美化照明，随着人民生活水平的提高，居民对夜间照明等美化照明提出越来越高的要求，采用传统照明不仅需要额外的能源，还需要布线、3家用太阳能光伏发电的应用

放线，成本高，维护量大；而太阳能一体化设计，完美的解决了上述难题，其白天吸收太阳光并储存起来，夜间释放，不需要额外的能源及布线，检修安装方便。。

家用太阳能光伏发电系统不仅用于没有电、缺电的地方。比如中国的西部地区，还有一部分人居住海岛离海岸线地区，也可用于发达地区的居民住宅。

我国西部地区和沿海岛屿有着特别丰富的太阳能资源，在传统能源越用越少情况下，迫切需要新的能源作为补充，城市及农村建筑可以安装大量的光伏组件，完全可以利用太阳能光伏发电来解决用电的问题，而且既环保又经济，还是可再生的能源。

到现在已有大约75万套家用太阳能光伏发电系统已被使用。其中大多数都是牧区的牧民家庭，他们的通电水平还是比较低的，平常只能用于基本的照明需要。另外，还有林区和农区的农户和养蜂户以及不通电的公路道旁、学校、商店等小单位都在使用家用太阳能光伏发电系统来提供电，还有一些电力比较缺乏地区的城镇居民，也在使用家用太阳能光伏发电系统发电。假如这些家用太阳能光伏发电系统的保有量按80%计，再加上国家光明工程和送电到乡工程的光伏电站，我国现在至少有100万户家庭都要靠光伏发电系统解决最基本的生活用电。因为地域的限制，一般他们只能采用分散的供电方法，也就是家用太阳能光伏发电系统。现在许多地方已用上了光伏系统的地方已经升级换代，提高了生活用电水平。所以，我国的光伏市场潜力很大。在人口稠密的城市，光伏发电系统也越来越重要。能源危机迫在眉睫，太阳能有其清洁、高效和永不衰竭的特征得到了各国能源专家的关注，没有油田煤矿的城市有者两亿平方米的屋顶，只要有阳光，每个屋都是一个小型的绿色发电厂；为其安装“太阳能并网屋顶光伏发电系统”，每年至少都能发电4.3亿度，用电紧张得到很大的缓解。

4　结语

太阳能作为一种取之不尽用之不谒的能源，即没有污染有没有废物排放，这样的清洁能源是将来取代常规能源的重要形态。以家庭住宅为单位建设小型的光伏发电系统，既不用额外占地，同时也实现了分散发电，自给自足，节能又环保，是大力推广应用的好能源。由于我国是一个能源消耗大国，而且人口分布不均匀，所以发展太阳能光伏发电系统对于我国的可持续发展、保持能源供给的独立性和安全性，以及分散人口地区居民用电具有重要意义。对能源的需求，对新技术的追求以及人们不断提高的物质文化的需要，都将促使太阳能光伏技术成为21世纪的关键技术，而家用太阳能光伏发电系统也必然会走进各家各户。

［1］沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术［M］.化学工业出版社，2005.

［2］曹莹.家用太阳能光伏发电系统设计［J］.机电工程，2011年01期.

［3］岳畏畏，张会娟.太阳能光伏发电在绿色建筑中的有效利用［J］.建筑节能，2012年01期.

［4］李维亚.未来太阳能光伏并网发电对电网的影响.中国论文下载中心，08-06-15.

［5］刘宏，吴达成，杨志刚，翟永辉.家用太阳能光伏电源系统［M］.北京：化学工业出版社，2007.