【调研报告】户用独立光伏发电系统在陕西地区的选型设计-solarbe文库

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RU RA LE LE CT RI FIC AT IO N 新能源 New Energy 摘要该文以陕西地区应用户用独立光伏发电系统为目标，设计了不同配置类型的系统，并进行了性能预测。研究结果表明光伏组件在陕北地区发电量最大，陕南地区发电量最小；同时冬季发电量小于夏季，春、秋季节发电量最小。根据以上特性，针对不同地区分别进行系统的选型配置，性能分析表明配置可满足无电户的基本生活用电。关键词太阳能；光伏发电；户用独立光伏发电系统中图分类号 TM727 文献标志码 B 文章编号 1003-0867201102-0054-02 段宇涵户用独立光伏发电系统在陕西地区的选型设计陕西省地形南北长约 870 km ，拥有陕北高原、关中平原和陕南秦巴山地三大地貌区，气候类型分成三种类型，陕北属暖温带干旱半气候，关中属暖温带半湿润气候和陕南属北亚热带湿润气候。在这种情况下，太阳能资源分布的地区差异较大，特别是南北相差大，年太阳总辐射量在 38305750 MJ/m 2之间，年日照时数在 12702900h 之间，日照百分率在 28％ 64％之间 [1-3] 。户用独立光伏发电系统由光伏组件、蓄电池、控制器和逆变器四大部件构成，其中光伏组件是将太阳辐射能转换为电能的核心部件，其发电量主要是受太阳辐射、方阵倾角和温度等因素影响。如晶体硅光伏组件的发电量与接受太阳辐射强度成正比，发电效率则与温度成反比 [4-5] 。基于以上原因，该文以陕西地区应用户用独立光伏发电系统为目标，设计了不同配置类型的系统，并进行了性能预测。 1 资源条件陕西省年太阳总辐射量居较高水平，太阳能总储量 2.71 108 ，排全国第 11位。其空间分布特征是北部多于南部，南北相差大，高值区位于陕北长城沿线一带及渭北东部区域，低值区主要分布于陕南。按照太阳年总辐射量的大小，陕西省太阳能资源可以划分为三个区，即太阳能资源很丰富区，包括陕北北部；太阳能资源丰富区，包括了陕北南部、关中地区、陕南商洛及安康东北部；太阳能资源较丰富区，包括陕南汉中和安康大部。陕西日照时数和日照百分率如图 1和图 2所示 [6] 。四季中，夏季总辐射量为四季之最，占全年的 35％，夏季太阳总辐射有两个高值中心，一个在陕北北部，另一个在渭北东部；冬季总辐射量为四季中最少的季节，仅占全年的 16％。 2 用电负荷参考其它地区调查情况，煤油灯、蜡烛、炉火及手电是没有光伏发电之前人们照明的首选设备，电视、 VCD 、 DVD 等家电在没有光伏以前是空白。采用光伏发电系统之后，电灯成为人们照明用的主要设备，电视、录音机等家用电器呈显著上升趋势。设计用电负荷按电视 70 W功率、电灯 30 W 功率考虑，用于保证基本生活用电。用电时间在 4h 左右，用电峰值负荷在 100W 左右，平均负荷在 80W 左右。 3 设计选型 3.1 光伏发电原理光伏发电用的太阳能电池是面接触型 PN结。在无光照时，相当于一个二极管；在有光照时，电池片两面有电压，正好使 PN结正向偏置，其理想的等效电源模型是一个恒流源正向并联一个二极管。 3.2 设计计算图 3显示陕西 8个地市的太阳能资源和温度情况，为 40° Ν 39° Ν 38° Ν 36° Ν 35° Ν 34° Ν 33° Ν 32° Ν 31° Ν 106° Ε 107° Ε 108° Ε 109° Ε 110° Ε 111° Ε 112° Ε 37° Ν h 2700 2550 2400 2250 2100 1950 1800 1650 1500 1350 图 1 陕西日照时数（陕西地方电力集团公司，陕西西安 710061） 40 ° N 39 ° N 38 ° N 37° N 36 ° N 35 ° N 34 ° N 33 ° N 32 ° N 31 ° N 106 ° E 107 ° E 108° E 109° E 110° E 111° E 112° E 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 图 2 陕西日照百分率 RURAL ELECTRIFICATION New Energy 新能源了便于选型，以 100Wp 单晶硅组件按当地纬度为倾斜角放置条件下，模拟计算了光伏组件每月的理论发电量，结果如图 4所示。计算结果显示，由于受当地太阳辐射和环境温度的综合影响，总的趋势是冬季发电量小于夏季。由于光伏组件的发电效率与温度成反比，温度每升高 1 ℃，效率下降约 0.5，因此 9、 10月份的发电量一般最小。特别是榆林和延安地区虽然冬季太阳辐射较弱，但由于环境温度在零度以下，因此发电量大于夏季。 3.3 配置选型在此基础上，同时依据用电负荷和光伏组件产品序列，确定其配置如表 1所示。由表 1所确定的配置，依据当地气象资料，各地区太阳能光伏组件发电量预测如图 5所示。假设蓄电池的充电效率为 90 ，逆变器的工作效率为 80 ，则各地区发电量和用电量的电量关系如图 6所示。从性能分析结果看，户用独立光伏发电系统的发电量大于电视和电灯的用电量，配置满足了无电户的基本生活用电。 4 结论陕西地区太阳能资源分布和温度的地区差异均较大，同时纬度差异也较大，这些都是影响光伏发电系统性能的主要因素。因此，通过本项研究有如下结论主要受太阳能资源影响，光伏组件在陕西不同地区的发电量差异较大，陕北地区发电量最大，陕南地区发电量最小。由于受太阳能资源和环境温度的综合影响，一般情况下，光伏组件冬季发电量小于夏季，春、秋季节发电量最小。根据以上陕西光伏组件的发电特性，针对不同地区分别进行系统的选型配置，性能分析表明配置可满足无电户的基本生活用电。参考文献 [1] 沈辉，曾祖勤. 太阳能光伏发电技术 [M]. 北京化学工业出版社， 2005.8. [2] 王炳忠. 太阳辐射计算讲座 [J]. 北京 solar energy， 2000.4. [3] 邱国全，夏艳君，杨鸿毅 .晴天太阳辐射模型的优化计算 [J]. 北京太阳能学报， 2001.4. [4] 狄大卫，施正荣，陆红艳. 光伏应用学 [M]. 上海上海交通大学出版社， 2008. [5] 李安定. 太阳能光伏发电系统工程 [M]. 北京北京工业大学出版社， 2001. [6] 吴林荣，江志红，鲁渊平，等. 陕西省日照时数和日照百分率时空分布演变特征 [J]. 西安陕西气象， 2008.1. （责任编辑刘艳涛） 50 100 150 200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 / 月总辐射 /k Wh 榆林延安宝鸡咸阳渭南汉中安康商洛图 3 陕西太阳总辐射 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 / 月发电量 /k Wh 榆林延安宝鸡咸阳渭南汉中安康商洛图 4 100 Wp组件发电量 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 / 月发电量 /k Wh 榆林延安宝鸡咸阳渭南汉中安康商洛图 5 各地区光伏组件发电量预测 2 4 6 8 10 12 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 / 月发电量 /k Wh 榆林延安宝鸡咸阳渭南汉中安康商洛电视负荷电灯负荷图 6 户用独立光伏发电系统发电量预测序号地区光伏组件逆变器蓄电池 1 榆林 135 Wp 300 VA 24V65 Ah 2 延安 170 Wp 300 VA 24V65 Ah 3 渭南 170 Wp 300 VA 24V65 Ah 4 宝鸡 180 Wp 300 VA 24V65 Ah 5 咸阳 180 Wp 300 VA 24V65 Ah 6 汉中 180 Wp 300 VA 24V80 Ah 7 商洛 180 Wp 300 VA 24V80 Ah 8 安康 180 Wp 300 VA 24V80 Ah 表 1 选型配置表