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发布时间：2022-07-08 16:38:10
时间：2017-02-14 06:38:10来源：网络收集Tags: ()
曾智虹
（广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东 肇庆 526000）
摘 要：文章分析了家用太阳能光伏电源系统的特点，介绍了太阳能电池组件、蓄电池、控制器、逆变器等太阳能光伏电源系统的主要部件，从配置原则、用电需求分析、容量计算3个方面，阐述了家用太阳能光伏电源系统的设计思路与应用形式。
关键词：家用太阳能；光伏发电技术；光伏电源系统
中图分类号：TM615+.2；TM71 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2016.11.070
随着我国对新能源的积极开发与利用，太阳能已逐渐成为社会使用的主要能源之一。太阳能资源是一种丰富的可再生清洁资源，不受地域、海拔等相关因素的限制，便于各地人民日常使用。家用太阳能光伏发电系统具有结构简单、安装与运输方便、操作简单、使用寿命长等优点，有利于人们的生产与生活，具有良好的发展前景。因此应积极探索家用太阳能光伏发电技术的应用形式。
1 家用太阳能光伏电源系统的主要特点
家用太阳能光伏电源系统是一种离网型的光伏电源系统，其中组成的部件为电路保护、蓄电池组以及控制器等，从而形成一种便捷式的光伏电源[1]。这种太阳能光伏电源适合应用在环境范围比较广的区域，如果是在通电率、用电水平高的区域，就要使用小型、便捷式的太阳能光伏电源；在通电率与用电水平低的区域，家用太阳能光伏电源系统可以应用在生活中，成为主要能源。例如，在太阳能资源比较丰富的区域，要根据家庭用户的实际特点，创建合理的太阳能光伏发电系统，这样不仅促进了清洁能源的有效利用、减少碳的排放，而且提高了通电率，可以为一些偏远山区的用电形式提供有利参考依据。
2 家用太阳能光伏电源系统的主要部件
1）太阳能电池组件。光伏发电系统构成的组成部分就是太阳能电池，但太阳能电池并不能直接应用到系统中去[2]。单一的太阳能电池不仅机械强度低，而且容易破碎，如果将其暴露在空气中，还容易发生腐蚀现象。受硅片材料自身尺寸的影响，单一的太阳能电池功率比较小。为了改善以上情况，要对单一的太阳能电池串联使用，并对其进行封装，不仅要实现内部的连接方式，而且要为其提供直流电输入输出，以形成不可分割的太阳能电池组件。在家用系统构建形式下，为了满足其相关要求，太阳能电池组件应遵循3点原则：一是要具有较强的机械强度，使太阳能电池组件在安装与使用过程中能够免受冲击、振动；二是要达到良好的电气绝缘性以及较强的抗紫外线辐射能力，从而保证它的使用寿命；三是要利用不同的工作电压以及不同的输出功率接线方式，这样不仅能促进太阳能电池片之间形成可靠连接，降低串联中存在的效率损失，还能保证实际使用成本的稳定性[3]。
2）蓄电池。在光伏发电系统中，太阳能电池主要是将太阳的辐射能转化为直流电能，以蓄电池的方式实现电能到化学能的转化与储存。对于太阳能光伏电源系统，其中的贮藏装置要能够随时保证负载具有充足的电能，以实现使用的稳定性，从而保证对太阳能电池中的电能进行储存、调节。蓄电池作为一种贮藏形式，要在使用期间不断进行充电与放电的过程。如果在使用期间充电、放电不到位，会影响使用并缩短蓄电池寿命。为了确保太阳能系统运行的稳定性，家用太阳能光伏系统在使用蓄电池期间，需注意以下2个方面：一要使用具有循环性放电性能、循环寿命长以及充电、放电能力较强的蓄电池；二要通过日常维护减少维修，并保证在低温环境下能实现良好的充电、放电性能。从而实现蓄电池的无初充电操作形式，由于充电、放电特性对高温不够敏感，这样能够实现较高的能量效率，以保证较高的性价比[4]。
3）控制器。充放电控制器是防止太阳能光伏电源系统的贮能蓄电池过充过放的设备，能够实现自动化运行，并成为光伏发电系统的主要核心部件。控制器对输出的电压、电流进行分配，能够对光伏系统能量、保护蓄电池以及整个光伏系统的运行情况进行管理。家用光伏电源系统中的充放电控制器不仅能对负载短路、内部短路、反向放电、雷击等情况进行保护，还能合理地控制太阳能电池两端的电压损坏现象的发生。
4）逆变器。逆变器主要包括直流逆变器与交流逆变器，它们都是直流电转换为交流电的主要
装置。我国的各种家用电器以及其他设备均使
用220 V，50 Hz的交流电；而蓄电池使用的都是
12 V，24 V，48 V的低压直流电，它们通过交换器输出220 V交流电，并在各种环境中广泛使用。对家用光伏发电系统中的逆变器进行研究，不仅要对电压的变化范围、电压的输出频率、静态电流等相关的技术指标进行分析，而且要对逆变器的带载能力、保护能力以及绝缘能力进行分析[5]。例如，在对输入电压、输出功率的额定值进行确认期间，将环境温度确定为25 ℃，逆变器会连续工作。同时，不仅能够对其中的过电流、短路以及雷击现象等进行保护，还要考虑相关人员在操作期间的安全性与稳定性，而且要将逆变器中的直流输入、交流输入及机壳之间存在绝缘电阻控制在相应数值范围内。
3 家用太阳能光伏电源系统的设计
图1为光伏发电系统示意图，这是家用太阳能光伏电源设计的主要方法。虽然太阳能光伏系统构件少，但为了使光伏发电系统发挥最大效果，要有效掌握太阳能的辐射参数、用户用电需求，以做到各种组件参数的优化设计[6]。因此在执行期间要遵循以下分析原则，以促进设计工作规范进行。
1）配置原则。普通的家庭太阳能光伏发电系统一般使用固定模式，但因为太阳能光伏发电产品应用的效率并不高，所以在对光伏发电系统进行配置期间，不仅要保证整体的牢固性、减少受外界的破坏程度，还能方便维修与维护中组件的简单安装，从而实现产品较强的通用性特点。
2）用电需求分析。太阳能光伏发电系统在设计过程中，要考虑用电负荷、负载性质以及使用的时间、供电保证率等相关因素。一是对用户类型进行分析，因为受太阳能光伏发电系统造价的影响，发电成本都比较高，并在配置期间，按照使用时间以及供电保证率等对用电需求进行分类，最后对相关的设计方案进行针对性选择。二是对负荷特性进行分析[7]。在对太阳能光伏发电系统、系统设备进行选型期间，要对负载特性进行分析。负荷形式主要包括直流负载、交流负载等。三是对太阳能辐射能资源进行计算，太阳辐射随着季节的不断变化，存在不同形式。家用太阳能辐射光伏发电系统的设计是根据每年的辐射情况进行设计的，如果不按照全年日照差的辐射值对该系统进行设计，就会造成成本增加，从而导致发电量不能满足合理供需。
3）容量计算。在对太阳能光伏发电系统进行设计期间，要对系统中的太阳能电池组件、蓄电池以及逆变器的容量进行计算。因为太阳能电池组件与系统的发电量存在较大关系，逆变器容量由负荷的总功率、负载的类型确定，而蓄电池容量与充电的数量及放电的深度相关。在对容量进行设计时，不仅要分析负载的需求变化，满足用户用电的可靠性，减少电池的使用形式，还要避免成本升高与蓄电池容量减小。
4 结束语
随着太阳能光伏发电效率的不断提高，发电成本也不断降低，从而使太阳能光伏发电技术应用到每个家庭中去。在各个地区使用太阳资源，不仅能实现节能减排，还能促进低碳时代的积极发展。