淺談無電村光伏發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)應用

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摘要：海南白沙縣無電村戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用，對于解決邊遠貧困地區(qū)居民生活用電，促進地區(qū)經(jīng)濟社會的協(xié)調(diào)發(fā)展和民族團結(jié)有著重要意義，本文擬對這一技術在海南無電自然村應用的實際問題進行探討。 

關鍵詞：無電村；光伏發(fā)電系統(tǒng)；開發(fā)應用  0 引言  在海南省白沙縣南開鄉(xiāng)坡告村和道銀村這兩個無電自然村實施的戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)，是云南電網(wǎng)公司北京能源新技術研究發(fā)展中心研發(fā)的項目，項目實施點位于海南省白沙縣南開鄉(xiāng)無電自然村坡告村和道銀村，該地區(qū)日照長，光熱充足，具有熱帶山區(qū)氣候特征，全年日照2075小時，常年平均氣溫23攝氏度，年平均太陽總輻射量約為6500mj/m2；兩個無電自然村共28戶，153人，均為黎族，交通不便，不通公路，而且屬于偏遠山區(qū)，經(jīng)分析后認為采用電網(wǎng)延伸的方式供電成本太高，而且線路穿越原始森林，雖然具備水電資源，但由于受旱雨季及臺風的影響，小水輪發(fā)電機不能夠全年提供穩(wěn)定電能。另外該地區(qū)丘陵縱橫，植被繁茂，風力資源非常有限，風電開發(fā)利用也非常困難，因此選擇太陽能光伏發(fā)電的方式解決。  根據(jù)以上情況，項目研究中心在這兩個無電自然村安裝了28套600w戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)。  1 系統(tǒng)原理  戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理如圖1所示，設計過程主要是進行負載用電量計算，太陽電池方陣功率設計，蓄電池容量選擇等。  圖1戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)原理  1.1 設計原則  光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計，在滿足用戶需求的基礎上，為了能更好的控制設備成本，預留出以后的擴容空間，同時使系統(tǒng)的管理更方便，并且提供質(zhì)量有保證的產(chǎn)品，在設計時遵循了如下原則：  (1) 成本可優(yōu)化性-采用標準化、模塊化分系列設計，根據(jù)用戶的實際需求，配置最合適的供電系統(tǒng)，使供電系統(tǒng)的成本經(jīng)濟性與合理性；  (2) 容量可擴充性-逆變器和控制器的設計留出適當?shù)脑Ａ恳詡溆脩魯U充系統(tǒng)容量時直接加裝電池板和蓄電池；  (3) 管理可執(zhí)行性-加裝電能質(zhì)量管理功能，對供電質(zhì)量和用電數(shù)量進行監(jiān)控和管理；  (4) 質(zhì)量可保障性-鑒于特殊地理條件，采用較高質(zhì)量標準和可靠性參數(shù)，最大限度降低系統(tǒng)維護工作量。  1.2 系統(tǒng)選型  根據(jù)云南電網(wǎng)公司北京能源新技術研究發(fā)展中心技術人員的實地考察，并通過科學計算及對部件的仔細選型，該中心專為海南省白沙縣無電自然村設計yj-600-ss-01型戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)，每戶600w光伏系統(tǒng)設計，配太陽電池組件600w，200ah/12v閥控密封免維護鉛酸蓄電池四組，電能表一只，低壓刀閘一組，20w/220v節(jié)能燈泡一盞和多功能插座一只。  1.3 負載設計  在負載設計時充分考慮當?shù)鼐用瘳F(xiàn)在及未來的用電需求，當?shù)鼐用癯丝措娨暫驼彰魍?，將來還要增加其他用電器，所以系統(tǒng)功率設計時應有一定余量。  經(jīng)過對這兩個無電自然村的實地統(tǒng)計，95%以上的戶家中有彩電、組合音響、硬碟機、衛(wèi)星信號接收器等家用電器。負載用電量預測：每戶使用彩電（100w）1臺，衛(wèi)星接收機（20w）1臺，每天使用3h，影碟機（20w）1臺，每天使用1h，組合音響（300w）1臺，每天使用1小時，20w節(jié)能燈泡1盞,每天每盞平均使用2h，無線座機電話（17.6w）1部，每天使用0.5h，則負荷日用電量為：  q =（100+20）×3+20×1+300×1+20×2+17.6×0.5= 728.8（wh）  1.4 太陽電池組件功率的確定  平均峰值日照時數(shù)：  tm=年平均太陽總輻射量/3.6/365=6500/3.6/365=4.95(h)  太陽電池組件的峰值功率（w）：  pm =qko k1/ tmk  式中：  q為負荷日用電量，q=728.8（wh）；k0為蓄電池數(shù)量，k0取4；  k1為蓄電池的過充系統(tǒng)，k1=充入安時數(shù)/放電安時數(shù)，一般取1.1；  tm為平均峰值日照時數(shù)，tm=4.95(h)；  k為包括逆變器在內(nèi)的交流回路的損耗率，一般取0.8。  則上式可簡化為：pm=809.77（wp）  考慮當?shù)卮蠖鄶?shù)居民用電實際需求，功率取600wp。  1.5 蓄電池的選擇  系統(tǒng)的使用壽命主要取決于蓄電池的壽命，應選用質(zhì)量好、使用壽命長、維護方便的蓄電池，并采取有效的技術措施使光伏發(fā)電系統(tǒng)及蓄電池的整體性能穩(wěn)定可靠，本系統(tǒng)的蓄電池選擇型號為yj-bm12v200-01。  淺循環(huán)放電有利于延長蓄電池的壽命，取放電深度為30%，確定蓄電池的容量為：  c=qdf/ku  式中：  c為蓄電池容量（wh）；  d為最長無日照用電天數(shù)；  f為蓄電池放電效率的修正系數(shù)，通常取1.05；  q為所有用電設備的用電量（wh）；  u為蓄電池放電深度，取30%；  k為包括逆變器在內(nèi)的交流回路的損耗率，通常取0.8。  如用上述所取的系數(shù)，上式可簡化為：  c=4.375dq  用電系數(shù)直流工作電壓（v）除上式，即得到用ah表示的蓄電池容量。  c=4.375dq/v  本系統(tǒng)的直流工作電壓設計為12v，d取2.5天，則c=661.54（ah），取容量為200 ah的蓄電池四組。  1.6 控制器與逆變器選擇  根據(jù)設計原則的要求，戶用光伏放電系統(tǒng)由八塊75wp的組件并聯(lián)組成600wp方陣，四只200ah/12v固定式閥控密封免維護鉛酸蓄電池，控制逆變器選用型號為yj-cim48v800-04的控制逆變器。  逆變器容量為800va，具有ac輸出端的防短路保護、超負荷保護、過熱保護和低電壓保護功能。其容量留有余量，可以根據(jù)用戶的需求擴展，增加太陽電池組件的功率和蓄電池的容量即可。控制器具有過充過放保護、循環(huán)充電、均衡充電等功能。  2 運行管理與維護  （1）光伏發(fā)電系統(tǒng)對當?shù)鼐用駚碚f是新事物，在他們能接受的范圍內(nèi)，進行光伏發(fā)電知識的培訓。在安裝調(diào)試過程中，讓當?shù)鼐用駞⑴c施工，在施工中培訓，完工后又進行集中培訓，講解系統(tǒng)使用方法和安全用電注意事項。  （2）制定《光伏發(fā)電系統(tǒng)管理辦法》，規(guī)定當?shù)鼐用褚床僮饕?guī)程使用和維護系統(tǒng)，不準私自拆卸設備，不準私自接負荷較大的用電器，確保設備的正常運行。  （3）供電局安排專職光伏知識系統(tǒng)管理員進行日常維護和管理，并向當?shù)鼐用裰v解系統(tǒng)的使用管理知識，指導當?shù)鼐用襁M行日常的使用和管理。  3 運行狀況及其社會意義  經(jīng)過對這兩個無電自然村的光伏發(fā)電系統(tǒng)使用情況跟蹤調(diào)查，28套系統(tǒng)從竣工投入運行到現(xiàn)在一切正常。光伏發(fā)電系統(tǒng)在無電地區(qū)的使用具有重要的社會意義，具體表現(xiàn)以下幾個方面：  （1）滿足無電自然村人民群眾用電需求。  （2）改善無電自然村人民生產(chǎn)生活條件。  （3）促進當?shù)氐纳鐣?jīng)濟進步，提高當?shù)厝罕姷木C合素質(zhì)，增強民族團結(jié)，為全面建設社會主義新農(nóng)村創(chuàng)造條件。  （4）改善無電自然村能源使用結(jié)構(gòu)，有利于節(jié)能環(huán)保。  另外，通過無電自然村的電力建設，電網(wǎng)企業(yè)可以更好的服務“三農(nóng)”，主動承擔社會責任，實踐“為海南做貢獻，為南網(wǎng)添光彩”的理念，做到讓政府放心，讓人民滿意。  4 結(jié)束語  本系統(tǒng)具有分散供電的技術優(yōu)勢，適宜解決偏遠山區(qū)的居民的供電問題，運輸方便，安裝簡捷，使用維護簡單，同時居民搬遷也方便，而且系統(tǒng)擴展性較好，可以根據(jù)用戶的不同需求和經(jīng)濟條件，進行光伏發(fā)電系統(tǒng)的擴容，達到最佳的匹配。  在海南省白沙縣南開鄉(xiāng)坡告村和道銀村這兩個無電自然村實施的戶用600w光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過長期的運行，設備正常，性能可靠，使用維護簡單，便于推廣和應用。