浅谈无电村光伏发电系统的开发应用

摘 要：海南白沙县无电村户用光伏发电系统的应用，对于解决边远贫困地区居民生活用电，促进地区经济社会的协调发展和民族团结有着重要意义，本文拟对这一技术在海南无电自然村应用的实际问题进行探讨。

关键词：无电村;光伏发电系统;开发应用

0 引言

在海南省白沙县南开乡坡告村和道银村这两个无电自然村实施的户用光伏发电系统，是云南电网公司北京能源新技术研究发展中心研发的项目，项目实施点位于海南省白沙县南开乡无电自然村坡告村和道银村，该地区日照长，光热充足，具有热带山区气候特征，全年日照2075小时，常年平均气温23摄氏度，年平均太阳总辐射量约为6500MJ/m2;两个无电自然村共28户，153人，均为黎族，交通不便，不通公路，而且属于偏远山区，经分析后认为采用电网延伸的方式供电成本太高，而且线路穿越原始森林，虽然具备水电资源，但由于受旱雨季及台风的影响，小水轮发电机不能够全年提供稳定电能。另外该地区丘陵纵横，植被繁茂，风力资源非常有限，风电开发利用也非常困难，因此选择太阳能光伏发电的方式解决。

根据以上情况，项目研究中心在这两个无电自然村安装了28套600W户用光伏发电系统。

1 系统原理

户用光伏发电系统的原理如图1所示，设计过程主要是进行负载用电量计算，太阳电池方阵功率设计，蓄电池容量选择等。

1.1 设计原则

光伏发电系统的设计，在满足用户需求的基础上，为了能更好的控制设备成本，预留出以后的扩容空间，同时使系统的管理更方便，并且提供质量有保证的产品，在设计时遵循了如下原则：

(1) 成本可优化性-采用标准化、模块化分系列设计，根据用户的实际需求，配置最合适的供电系统，使供电系统的成本经济性与合理性;

(2) 容量可扩充性-逆变器和控制器的设计留出适当的裕量以备用户扩充系统容量时直接加装电池板和蓄电池;

(3) 管理可执行性-加装电能质量管理功能，对供电质量和用电数量进行监控和管理;

(4) 质量可保障性-鉴于特殊地理条件，采用较高质量标准和可靠性参数，最大限度降低系统维护工作量。

1.2 系统选型

根据云南电网公司北京能源新技术研究发展中心技术人员的实地考察，并通过科学计算及对部件的仔细选型，该中心专为海南省白沙县无电自然村设计YJ-600-SS-01型户用光伏发电系统，每户600W光伏系统设计，配太阳电池组件600W，200Ah/12V阀控密封免维护铅酸蓄电池四组，电能表一只，低压刀闸一组，20W/220V节能灯泡一盏和多功能插座一只。

1.3 负载设计

在负载设计时充分考虑当地居民现在及未来的用电需求，当地居民除了看电视和照明外，将来还要增加其他用电器，所以系统功率设计时应有一定余量。

经过对这两个无电自然村的实地统计，95%以上的户家中有彩电、组合音响、硬碟机、卫星信号接收器等家用电器。负载用电量预测：每户使用彩电(100W)1台，卫星接收机(20W)1台，每天使用3h，影碟机(20W)1台，每天使用1h，组合音响(300W)1台，每天使用1小时，20W节能灯泡1盏,每天每盏平均使用2h，无线座机电话(17.6W)1部，每天使用0.5h，则负荷日用电量为：

Q =(100+20)×3+20×1+300×1+20×2+17.6×0.5= 728.8(Wh)

1.4 太阳电池组件功率的确定

平均峰值日照时数：

Tm=年平均太阳总辐射量/3.6/365=6500/3.6/365=4.95(h)

太阳电池组件的峰值功率(W)：

Pm =QKo K1/ TmK

式中：

Q为负荷日用电量，Q=728.8(Wh);K0为蓄电池数量，K0取4;

K1为蓄电池的过充系统，K1=充入安时数/放电安时数，一般取1.1;

Tm为平均峰值日照时数，Tm=4.95(h);

K为包括逆变器在内的交流回路的损耗率，一般取0.8。

则上式可简化为：Pm=809.77(Wp)

考虑当地大多数居民用电实际需求，功率取600Wp。

1.5 蓄电池的选择

系统的使用寿命主要取决于蓄电池的寿命，应选用质量好、使用寿命长、维护方便的蓄电池，并采取有效的技术措施使光伏发电系统及蓄电池的整体性能稳定可靠，本系统的蓄电池选择型号为YJ-BM12V200-01。

浅循环放电有利于延长蓄电池的寿命，取放电深度为30%，确定蓄电池的容量为：

C=QDF/KU

式中：

C为蓄电池容量(wh);

D为最长无日照用电天数;

F为蓄电池放电效率的修正系数，通常取1.05;

Q为所有用电设备的用电量(wh);

U为蓄电池放电深度，取30%;

K为包括逆变器在内的交流回路的损耗率，通常取0.8。

如用上述所取的系数，上式可简化为：

C=4.375DQ

用电系数直流工作电压(V)除上式，即得到用Ah表示的蓄电池容量。

C=4.375DQ/V

本系统的直流工作电压设计为12V，D取2.5天，则C=661.54(Ah)，取容量为200 Ah的蓄电池四组。

1.6 控制器与逆变器选择

根据设计原则的要求，户用光伏放电系统由八块75Wp的组件并联组成600Wp方阵，四只200Ah/12V固定式阀控密封免维护铅酸蓄电池，控制逆变器选用型号为YJ-CIM48V800-04的控制逆变器。

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