太阳能光电在苏州住宅小区的应用调研与推广

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摘 要 能源是当前热门的话题，而太阳能光伏发电又是一个新兴的事物，太阳能光伏发电是利用太阳能的光生伏打效应原理，日照时，把太阳光能转换为电能，经过蓄电池储能，直接或逆变成交流电供给负载设备。该系统的应用能达到节能、环保的目的。

关键词 太阳能；光伏发电；环保；偏远用电

中图分类号：TU18 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0121-02

目前，全球能源危机、环境污染致使新能源的应用成为热点的话题，而太阳能凭借其清洁、可再生、分布广等优势获得了普遍关注。而光伏发电，就是利用太阳光能转换成电能，供人类使用，发电时无污染，深受社会的喜欢，但光伏发电的实际应用缺少之又少。

1 项目背景

发展可再生能源如今已成为全世界共同关注的课题，而其中发展最好的三大可再生能源中太阳能最被业内人士看好，其潜力也最大。特别是近几十年来太阳能开发中提出的光伏发电研究成果，因其具有极好的商业化和市场开拓潜力，使得太阳能研究领域迅速发展成为全球快速稳定发展的新兴产业之一。本项目重点研究的就是太阳能光伏产业如何更好地将其提提倡的绿色电力在苏州住宅小区中推广，以期从点到面来研究该行业的推广应用，使其能在真正意义上成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。

1.1 立项原因

太阳辐射能源是一种极其丰富、无污染、廉价的能源，其取之不尽用之不竭的特性，使无数研究者趋之若鹜。本项目组就目前太阳能发电的研究成果，中国太阳能发电设备的出口限制和供求关系等因素，申请了该项目，学习研究实施太阳能光伏发电。

1）太阳能发电的趋势。根据国家《可再生能源中长期发展规划》（可再生能源中长期发展规划，2007.9，中华人民共和国-国家发展和改革委员会），要大力推广应用小功率光伏系统，建立分散型和集中型兆瓦级联网光伏示范性电站。我国国内光伏市场十分巨大。

2）中国太阳能发电设备的出口限制和供求关系。目前，我国的光伏行业出口受到很大的限制，也就是一般意义上的“双反”。由于以往的光伏产业主要都是欧美国家在生产，为了鼓励我国企业自行从事太阳能的研发生产，我国制定了一系列鼓励政策。因为国外的光伏产业已经经历了大规模的发展，起步较晚的中国光伏制造企业为了生存发展只能选择走低价路线，一番价格竞争以后欧美的光伏企业纷纷开始使用地方保护政策和法律武器保护自己，即双反。鉴于此，中国太阳能发电设备的出口受限，主要供求都局限在国内市场。

1.2 住宅小区采用光伏发电的需求分析

1）环保需要。目前太阳能基本上是无污染的能源，光伏发电，不会产生“目视污染”外的其他污染。

2）用电需要。现在住宅小区，用电的地方很多，如：居民家中、公共楼道、路灯、小区门卫室、绿化灯光美化照明等。

3）科技发展的需要。光伏是个新兴的技术行业，能为人类的生活带来很大的方便。

1.3 太阳能发电的优势

1）量大价廉。太阳能资源取之不尽、用之不竭，且免费。

2）无需配送。可原地发电、原地使用，节约输配电网的投资，并减少了输配电损耗。

3）改善环境。安装在屋顶和墙面上的光伏阵列能在吸收太阳能的同时避免了屋顶和墙面的阳光直射，尤其在夏日，可明显改善室内温度环境。

4）保护空气。现在全球大部分地区都是采用化石燃料发电，这会对空气造成严重污染，如果选用了太阳能光伏发电，则能有效的保护空气，防止雾霾现象的进一步恶化。

5）占地面积小。太阳能光伏发电无需额外占地建设，只需安装在屋顶即可，节省了土地资源，这对于人口密集、土地昂贵的城市建筑尤为重要。

1.4 光伏发电的挑战

1）稳定性差。气候和昼夜的变化对太阳能的获取量影响很大。为了使其达到一定的稳定度就必须有贮存装置，这一措施不仅增加了技术难度，也提高了造价。鉴于目前的贮存系统都不够理想，要具体应用也较为困难。

2）装置成本过高。虽然地面接收到的太阳能量非常大，但其分散度太大，密度太低，因此，作为能源使用就必须安装面积相当大的收集设备才能达到预期效果。但是大面积必将造成价位高，从而提高这一量大价廉的能源价格。

3）太阳能光伏面板损坏。太阳能光伏面板有一定的寿命，目前还不是很明确；冰雹天气对太阳能光伏面板有一定的破坏作用；天气灰尘较多，时间长后，会覆盖在太阳能面板上，影响太阳能的接收。

2 太阳能发电原理的学习与研究

2.1 太阳能发电的原理

太阳能电池组件能在太阳照射下将太阳能转换为电能，一方面通过控制器将直接送入用电设备完成诸如照明、电路控制等多种功能，如有需要还可通过AC/DC逆变器为交流负载提供电能。另一方面也可通过控制器将多余的电能送入蓄电池内贮存起来，提供夜间所需的电能。

2.2 目前太阳能发电的节能减排分析

太阳能光伏发电相比火力发电，可以减少污染物的排放，起到节能减排的作用。表1是天科光伏公司对上海、苏州地区的太阳能节能减排的分析。

表1 发电量与节能减排分析

100 kW光伏项目 kWh/年 节省 减排

标准煤 二氧化碳 二氧化硫 氮氧化物

年均发电量 85800 33.46T 87T 0.8T 0.23T

25年总

发电量 2145000 836.5T 2175T 20T 5.75T

3 苏州太阳能发电的可行性

3.1 环境可行性

苏州全年太阳总辐射4605.55 MJ/m2（兆焦/平方米），日均太阳辐射为12.62 MJ/m2，其中7月份太阳辐射最多，达到日均17.17 MJ/m2；1月份最少，为7.05 MJ/m2。全年日照时数1829小时，年日照率为42%。

3.2 经济可行性

苏州属于III类资源区，苏州的光伏发电的上网价格是1.0元/千瓦。分布式光伏的保底收入就是当地“标杆电价+0.42元/度”，而正常情况下用电价格是高于当地燃煤机组标杆上网电价的，所以自发自用比例越高，收益越高。

表2 光伏发电入网价格

3.3 政策可行性

目前我国有多项政策对大阳能发电研究进行支持，其中国发〔2013〕24号《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》制定的发展目标如下。

把扩大国内市场、提高技术水平、加快产业转型升级作为促进光伏产业持续健康发展的根本出路和基本立足点，建立适应国内市场的光伏产品生产、销售和服务体系，形成有利于产业持续健康发展的法规、政策、标准体系和市场环境。2013～2015年，年均新增光伏发电装机容量1000万千瓦左右，到2015年总装机容量达到3500万千瓦以上。加快企业兼并重组，淘汰产品质量差、技术落后的生产企业，培育一批具有较强技术研发能力和市场竞争力的龙头企业。加快技术创新和产业升级，提高多晶硅等原材料自给能力和光伏电池制造技术水平，显著降低光伏发电成本，提高光伏产业竞争力。保持光伏产品在国际市场的合理份额，对外贸易和投融资合作取得新进展。（国发〔2013〕24号国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见（节选），2013.8）

所有的这些政策，基本上都是对光伏发电产业的支持。

4 太阳能发电模型的建立

4.1 太阳能电池组件

该项目建立的模型如下。

1）系统硬件配置。10 W太阳板X2、电源箱、导线、LED光源（2W球泡、3 W球泡、8 W球泡、6 W＼300 MM灯管、9 W＼500 MM灯管，客户可根据应用需求做出组合选择）组成。①普通家居照明可选1 W球泡或2 W灯管；②商业照明可选3 W球泡或4 W灯管。

2）系统可照明时间说明。①满电状态下可为：2 W光源照明最少8小时；②在光照充足的情况下，太阳板充电一天可为2 W光源提供12小时所需电能；两天可以基本充满电；③如果遇到持续阴雨天，太阳板将无法为系统正常补充电能，请缩短每晚照明时间，从而延长照明天数；④每天晚上照明4-6小时以内，白天及时充电，尽量使电池始终处于满电状态，这样既可以保证系统有3天的储电量，也可以大大延长蓄电池的使用寿命。

3）持续阴雨天时请关注电压表，当指针显示电压低于12 V时，请及时充电！如天气未能转晴，可用专用的AC220V―DC12V适配器为系统充电。

4）充电插口有两个，太阳板、适配器均可任意接入充电。

5）照明插口有四个，位于USB接口的下方，插上光源的插头即可照明。

6）指示灯说明见电源箱的说明，系统设置为微电脑默认模式，正常使用即可。

4.2 蓄电池

牵引式蓄电池是目前光伏系统中的最常用蓄电池为，通常放电率可超过80%，该类型的电池主要有VRLA（铅酸）蓄电池、Ni-Cd（镍镉）蓄电池和Ni-H（镍氢）蓄电池三种类型。涉及2 V、4 V、6 V、12 V和24 V等型号电池，品种有0.5AH～2000AH近百个规格。

蓄电池应与太阳能电池、负载相匹配。可采用一种简单方法大致确定它们之间的关系。太阳能电池板额定输出功率和负载输入功率之间的关系在华东地区大致是2～4：1，系统才能正常工作，具体比例要根据灯具每天工作时间以及对连续阴雨天照明要求决定。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压的20～30%，才能保证给蓄电池正常充电。蓄电池容量必须比负载日耗电量高6倍以上为宜。

4.3 专用控制器

本系统的控制器电路主要完成以下功能。

1）为了防止蓄电池深度放电和过度充电的问题，必须限制其充、放电条件，以延长蓄电池的使用寿命。

2）控制器电路，同时实现了负载控制功能，能自动光控或者时控方式下的路灯工作状态。

3）控制器具有以下几个特点：防反充电控制；防过充电控制；防过放电控制；光控自动切换负载工作。因此，在温差较大的地方能进行温度补偿功能。该产品技术已极为成熟，设备型号有数十种之多。

4.4 蓄电池参数

为了有效减少蓄电池的数量，本项目设定了工作目标，以此来设计匹配不同型号的蓄电池。根据前期调研，为了实现最终模型，本项目需要在蓄电池充满情况下连续工作5个阴雨天，得出蓄电池容量应为（AHL×DW/ DOD =69.58×5/0.6=579.8AH），因此本项目选用了4台24 V150AH的蓄电池来完成目标。若根据负载需要设计匹配不同型号的蓄电池，可有效减少蓄电池的数量。此外，为了将蓄电池工作电压由24 V降低到12 V供负载使用，还需使用直流降压器。

4.5 太阳能电池组件

蓄电池总充电电流

式中，ε为太阳能组件系统综合损失系数，取ε=1.05；η为蓄电池充电效率，取η=0.9。

CS6P-240型太阳能电池组件数量N

为了保证系统在太阳辐射最少的月份能稳定运行，必须对系统设计进行校对。苏州地区而言1月份日平均太阳辐射最低，为7.05兆焦/平方米即1.96 kWh/m2。系统日耗电量为3.39 kWh，单晶硅电池效率为18%，则CS6P-240型太阳能电池组件数量N。

5 总结推广

5.1 成功之处

我们团队能够熟练掌握太阳能光伏发电的基本原理，组装过程，注意事项等。团队的每位成员都能够快速、正确的配置安装太阳能光伏发电系统。

5.2 有待提高

虽然该项目已经接近尾声，但还有一些不足之处，如：

1）模型较小，因为考虑到携带、演示的方便，我们的模型较小，功率不大。

2）目前太阳能光伏发电的设备较贵，如果要联网发电，一般至少要2 kW，而2 kW的价格基本上在16000元左右，我们的科研经费受限。等工作后，我们可以利用业主、社区或企业，提供经济支持，建立联网发电系统。

6 总结

经过大家辛苦努力，大家学到了很多太阳能光伏发电的知识，该项目的调研报告终于完成了，模型也基本上能够展现太阳能发电原理和实际的应用。

参考文献

[1]张晓俊，吴玺，何建龙，等.太阳能公交车站系统的设计及分析[J].信息化研究，2011（1）.

[2]刘汉元.加快发展光伏产业 确保我国能源与环境安全[J].中国科技产业，2013（7）.

作者简介

姚树春，男，项目管理师。

刘雅婧，女，工程师。