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太阳能户用系统

 SUCE

太阳能户用系统是指将光伏电池板置于家庭住宅顶层或者院落内,用小功率或者微逆变器进行换流过程,并直接利用该新能源,亦可将多余的电能并入电网。

我国的太阳能光伏事业,由于国家对新能源开发的重视,加大了资金的投入,一批科研院所在太阳能的利用和研究方面取得了丰硕成果,在太阳能产品开发和应用方面迈出了实质性的一步,为推动太阳能光伏行业走向市场奠定了基础。

一、背景


我国的太阳能资源比较丰富,但也比较集中,由于在现在的技术条件下太阳能电池板的发电效率还不高,如果要想大规模利用太阳能的话,就必须将太阳能电池板大面积的呈矩形排列在空旷且日照充足的地方,这样要建造太阳能发电站的条件就变得相当苛刻。相比较而言家庭太阳能发电系统适合作为分布式发电发展。单个家庭用电负荷一般较小。只要一个家庭有不大的场地如阳台或屋顶就可以安装太阳能发电系统,而且一个小型的太阳能发电系统发出的电能也足够一个家庭使用并有富余。

       二、现状


随着太阳能电池及其组件的制造技术的进步,单晶硅电池片光电转换效率接近 30% ,太阳能光伏系统不断升级,由小型的独立发电系统向大规模的太阳能发电站系统发展,太阳能发电技术业已成熟。在这一技术领域,欧、美、日等国家居于世界前列,太阳能光伏技术比较先进,应用范围广,光伏发电的目标已向城市发展,开始大力推进屋顶阳光并网发电计划。我国的太阳能光伏事业,由于国家对新能源开发的重视,加大了资金的投入,一批科研院所在太阳能的利用和研究方面取得了丰硕成果,在太阳能产品开发和应用方面迈出了实质性的一步,为推动太阳能光伏行业走向市场奠定了基础。虽然我国的光伏产品有了很大的发展,但与国外同类产品相比其质量和技术性能都较落后,很难与国外产品竞争。
国内户用光伏产品的生产多集中在中国西部地区,生产户用光伏产品的多属小型民营企业。品种单一,生产规模小,手段落后,且多停留在作坊式生产,工艺落后;标准和技术规范不健全、不配套;缺乏必要的检测仪器设备,缺乏工艺规程监管;技术路线落后,一般以模拟电子线路为基础,产品性能不稳,质量较差;功能单一,影响系统整体质量。因此,加大资金投入,开发多品种,扩大应用范围,形成规模化生产,是发展光伏产业的当务之急。尽管我国光伏产品在产品设计、技术方法上相对落后,但也存在独特的发展优势,如产品成本低、产品标识直观、方便实用,可通过一般的技术手段实现多项功能,满足现阶段我国市场需要,而且单位性能价格比与国外同类产品比相对较低,消费者易于接受,这也是现阶段培育市场的有利条件。
       三、系统组成



太阳能户用系统由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池(组)、逆变器组成。
1、太阳能电池组件
太阳能电池组件是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,通过电缆接入控制器送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。
2、太阳能控制器
太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。控制器具备温度补偿的功能。
3、蓄电池
一般为铅酸电池,小微型系统中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池,目前光伏独立系统多使用胶体蓄电池。其作用是在有光照时将太阳能电池组件所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。
4、逆变器
太阳能电池组件的输出电压一般是12VDC、24VDC、48VDC。要为220VAC的电器提供电能,就需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC逆变器。其主要作用就是将直流电转变为交流电,为交流负载供电。太阳能光伏户用系统都是采用电池组件加控制柜的形式,也就是说客户只需要将电池组件连接到户用控制柜上,系统就可以正常工作了,达到即插即用的工作模式。系统简图如右图。
       四、供水供电系统的构成、原理及特点



户用供水供电系统指的是利用太阳能为用户提供生活、庭院作物灌溉用水和为家用视听照明电器提供电力的整套装置。该系统的基本构成主要有太阳电池方阵、蓄电池、控制器、彩电、照明灯、水泵、水井、贮水箱及附件等(右图)。
太阳能户用供水供电系统的工作原理:太阳电池方阵接收太阳能产生电能,该电能贮存在蓄电池中或直接供给水泵电机使其从井中抽水送入贮水箱备用;蓄电池贮存的电能,可在夜间或无日照时,为电视机、照明灯或其它音响、视听设备提供电能。
该户用供水供电系统克服了以往仅供视听照明的太阳能光伏系统和只用于抽水的光伏提水系统使用功能单一的缺点,具有如下特点。
(1)改善泵水功能
良好的光伏水泵系统,通常只有当辐照度达到标准值的38.5%以上时,水泵电机才可启动工作,而户用供水供电系统借助于蓄电池,可以使水泵每天提前约1h工作,并可根据需要将泵水时间延后0.5h。在需要的时候,即使在阴天或多云天气也可以泵水,这是通常光伏水泵系统所不能达到的。
( 2)降低配置,提高利用率
一般来说,当日照越强时,天气也越热,人、畜禽和植物的需水量也较大,水泵工作的时间也长一些,这样,可降低系统蓄电池容量的配置。这套系统可避免蓄电池约15%的电能充放损失,也完全能消除蓄电池过充电的问题,大大地提高了太阳能的利用率。另外,由于蓄电池的调节作用,水泵电机的工作点随太阳光强弱的变化减小,使其工作在最佳工作点附近,具有较高的转换效率和太阳能利用率。
( 3)性能/价格比增加
一般的光伏水泵系统,由于人与动植物在一年里的需水量变化较大,造成年利用率不高,经济性能低下,至今推广应用量非常小。以往的光伏视、听、照明系统,只能用于照明、收看电视等,属于纯消费产品,而价格高达万元,对普通用户来说显得比较昂贵。户用供水供电系统不但能满足用户的水、电等生活需求,还能满足庭院养殖、种植的用水需要,使得太阳能产品成为既能消费又能产出的产品,其性能/价格比大大地提高。
       五、市场前景


太阳能光伏电源系统,在我国的应用有着得天独厚的条件。我国地域辽阔,经济发展不平衡,西部地区尽管具有丰富的电力资源,但是由于受到地理环境、交通和环境保护等因素制约,从经济角度考虑常规电力无法进入,使得这些地区经济和人们的生活环境极其落后,国家西部大开发战略,给这一地区的经济发展注入了活力。正在实施的“光明工程”解决了部分无电乡生活、办公、学校用电问题,使一大批农牧民结束了无电的历史,改善了生活质量。但是在中国的西部,游牧、半游牧的广大农牧民还有几百万,户用光伏系统市场潜力仍然很大。并网发电系统,是光伏技术进步的重要标志。光伏系统步入大规模发电阶段,意味着能源结构将发生根本的变化,也是人类社会利用能源的一场革命。自上个世纪90年代以来,世界发达国家掀起了发展屋顶并网光伏系统的高潮,屋顶并网光伏系统充分利用了日光的分散性的特点,将太阳电池安装在现成的屋顶之上,其灵活性和经济性都大大优于大型并网光伏电站,因而倍受各国重视,使太阳能研发和应用向更新、更宽拓展。