光伏系統(tǒng)應(yīng)用中的誤區(qū)

光伏系統(tǒng)應(yīng)用中的誤區(qū)摘要:闡述了光伏系統(tǒng)設(shè)計的重要意義，討論了光伏系統(tǒng)設(shè)計的原則，并針對光伏系統(tǒng)設(shè)計和建造中存在的問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞:

光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)最優(yōu)化

0引言

為了解決日益逼近的化石燃料儲量逐漸枯竭和人類生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重污染的危機(jī)局面，在能源領(lǐng)域中，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，加速開發(fā)利用以太陽能為主體的可再生能源，已成為人們的共識。

近年來，在不少國家實施“光伏屋頂計劃”的推動下，光伏發(fā)電得到了迅速的發(fā)展，應(yīng)用范圍正從偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)入城鎮(zhèn)，開始涉足龐大的電力市場。相應(yīng)地光伏技術(shù)的研究也在不斷深入。然而，在我國，人們對高效率、低成本太陽電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新型太陽電池的進(jìn)展給予了很大的關(guān)注，而對光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的研究卻重視不夠。

光伏應(yīng)用技術(shù)包括硬件和軟件兩方面，從硬件上來說，要配備性能可靠、價格合理的光伏配套部件，如蓄電池、控制器、逆變器等以及配套產(chǎn)品如燈具、水泵等。在軟件方面，則要對光伏系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計，以確定最合適的太陽電池方陣和蓄電池組的配置及規(guī)模、對各部件的性能參數(shù)及匹配要求。這項工作十分重要，如果設(shè)計不當(dāng)，即使太陽電池組件性能再好、價格再便宜，結(jié)果不是光伏系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，就是容量過大，造成很大浪費(fèi)。所以，從一定意義上來講，光伏系統(tǒng)設(shè)計要比光伏器件更加重要。因此，有必要大聲疾呼，必須對光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的研究給以足夠的重視。

1.

光伏系統(tǒng)設(shè)計的原則

設(shè)計光伏系統(tǒng)時，應(yīng)在滿足負(fù)載用電需要的前提下，采用最少的光伏組件和蓄電池容量組合，以盡量減少投資費(fèi)用[1~4]。對于可靠性要求，也有一定限度，有些用戶盲目追求高可靠性，要求完全不能停電，這樣將大大增加投資。實際上，這對一般用戶并無必要。通常，負(fù)載缺電率只要取10-2~10-3即可[5]。所以，總的設(shè)計原則應(yīng)該是：使光伏系統(tǒng)滿足負(fù)載供電合理的可靠性同時，又有最佳的經(jīng)濟(jì)性。

影響光伏系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素很多，牽涉面很廣，太陽輻射量又有其隨機(jī)性，所以，光伏系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計比較復(fù)雜。不少人在設(shè)計時就只是大致估算，而不作最優(yōu)化設(shè)計，這種“毛估估”現(xiàn)象，屢見不鮮。以下根據(jù)我們的體會，對在光伏系統(tǒng)設(shè)計和建造中常見的一些問題，進(jìn)行分析討論。

2.

光伏系統(tǒng)設(shè)計和建造中常見的一些問題

2．1為了迎合造價低廉的要求，設(shè)計容量明顯不足，有的甚至連最基本的能量守恒定律都不能滿足

如某廠生產(chǎn)的太陽能照明燈[6]，燈具用8W日光燈，每天工作3小時，配備太陽電池4.2W，蓄電池用6V-3AH。試粗略計算一下：其工作電流為I=8÷6=1.33A，每天耗電量QL=1.33x3=4AH，而蓄電池容量只有3AH，還要考慮充放電效率及放電深度等因素，蓄電池容量嚴(yán)重不足。此外，每天耗電

8WX3H=24WH，即使不計任何損耗，每天充電當(dāng)天用完，其峰值日照時數(shù)也要Tm=24÷4.2=5.7小時，這在我國大部分地區(qū)是達(dá)不到的。

這種現(xiàn)象在光伏戶用電源或光伏照明電源中并不少見，經(jīng)常出故障在所難免，嚴(yán)重影響了光伏產(chǎn)品的聲譽(yù)。

2．2容量過大，增加了投資，造成浪費(fèi)

有些外國光伏公司在我國推銷了很多工業(yè)應(yīng)用的光伏電源系統(tǒng)，設(shè)計容量往往偏大，對于一般用途的光伏系統(tǒng)，蓄電池每月的荷電狀態(tài)也幾乎都是100%（即蓄電池放電深度為零），個別月份也都在80~90%以上。顯然這種設(shè)計很不合理。究其原因，與其說是為了增加安全系數(shù)，不如說是利益的驅(qū)使，因為多數(shù)用戶不懂光伏系統(tǒng)設(shè)計，最多只能在光伏組件的價格上討價還價，卻不知道在總投資上增加了很多不必要的支出。這種情況在一些國內(nèi)光伏工程中也有存在。

2．3蓄電池容量偏大，容易形成充電不足

原來的設(shè)計方法中，確定蓄電池容量等于全年各月光伏發(fā)電虧欠量總和，再加上當(dāng)?shù)剡B陰雨天數(shù)，這樣使得蓄電池容量太大，相對而言光伏方陣規(guī)模太小，蓄電池本身還有自放電等消耗，會使得蓄電池經(jīng)常處于欠充狀態(tài)，系統(tǒng)很難正常工作。如某廠生產(chǎn)的ZH879-B型太陽能導(dǎo)航燈，工作電壓為12V，工作電流1.5A，以每天平均工作12小時，航標(biāo)燈占空比1：3計算，則每天負(fù)載耗電量為4.5AH，或等于54WH，實際所配備的太陽電池功率為23W，蓄電池組的容量為60AH，顯然所配太陽電池功率太小，相對來說蓄電池容量偏大。

2．4安裝時不注意光伏方陣的方向及傾角

對于固定式光伏方陣，通常都要求朝向赤道，傾斜安裝。這樣有兩個好處：一是全年方陣面上接收的太陽輻射量要比水平放置的多；二是由于蓄電池有額定容量的限制，夏季太陽輻射量大，蓄電池充滿后，就不能再充，這會造成能量的浪費(fèi)。而冬天往往由于太陽輻射量小而使得蓄電池充電不足。在方陣傾斜放置時，會使方陣面上冬季月份接收的太陽輻射量增加，夏季月份接收的太陽輻射量削弱，使得全年趨于均衡，這樣對蓄電池充電有利。所以，在獨(dú)立光伏電源系統(tǒng)中，除了光伏方陣安裝在車、船等運(yùn)動的底座上，由于無法保證方陣面隨時朝向赤道，只能水平放置外，一般情況下方陣面都應(yīng)傾斜安裝，其傾角根據(jù)使用地點不同而有個最佳值[7]。

然而，有些廠家生產(chǎn)的太陽能庭院燈等產(chǎn)品，竟然將太陽電池方陣水平安裝，顯然這是不合理的。

在上海等城市的街頭，安裝了一些太陽能鐘，這為行人掌握時間提供了方便，也是光伏產(chǎn)品很好的示范場所。然而常常有些鐘走得不準(zhǔn)，甚至不走。仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)不少太陽電池板表面蒙上了一層厚厚的灰塵，有些太陽電池板處在樹蔭或建筑物的陰影之中，甚至有的竟是朝北安裝，這樣使得光伏電力不足，鐘當(dāng)然不會走得準(zhǔn)。

此外，由于光伏系統(tǒng)多數(shù)用于偏遠(yuǎn)地區(qū)，使用者文化水平較低，常出現(xiàn)太陽電池板放置方向不對，或有樹木遮擋，有的甚至將太陽電池板垂直掛在外墻上等，這些都會影響光伏系統(tǒng)的正常工作[8]。

對于較大容量的光伏系統(tǒng)，方陣所占面積較大，有時無法避免全天中有部分時間陽光被遮擋，這時每塊組件上要安裝旁路二極管，以免過分降低方陣輸出功率。

2．5不重視太陽電池組件的性能匹配

在較大容量的光伏系統(tǒng)中，往往要將許多太陽電池組件串、并聯(lián)，以滿足負(fù)載的需要。由于制造過程中，各片太陽電池的性能參數(shù)不可能完全保持一樣，所以在封裝組件時，要將單體太陽電池進(jìn)行選配，使工作電流相近的串成一組。否則，只要有一片太陽電池的工作電流偏低，就會影響整串電池的電流輸出。同樣，在安裝較大容量的光伏系統(tǒng)時，由于各塊組件的性能有差別，也應(yīng)將工作電流相近的串在一起，在并聯(lián)時挑選工作電壓相近的，否則會影響總的輸出功率。這點在實際安裝時常常容易忽視。

目前常用的光伏組件一般都是由36片太陽電池串聯(lián)起來，給12V蓄電池充電，由于晶體硅太陽電池的電壓溫度系數(shù)大約為-2.3mv/0c，隨著溫度升高，最佳工作電壓會下降，所以有的生產(chǎn)廠家將組件中的單體太陽電池片增加到38片串聯(lián)，以保證夏天高溫時充電的需要。其實，在多數(shù)情況下并無必要，因為在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，一塊組件的峰值工作電壓約為17.3V，當(dāng)溫度上升到600C時，峰值工作電壓降為14.4V，仍可勉強(qiáng)充電，當(dāng)然這時充電效率會下降，但應(yīng)考慮到夏天天熱時，太陽輻射量也大，有一定補(bǔ)償作用。而且對一般地區(qū)而言，夏天高溫天數(shù)畢竟不多，每個組件要增加1/18的成本，全年可能得不償失。所以除了常年高溫的熱帶地區(qū)以外，沒有必要采用38片太陽電池的組件。

2．6控制器功能不適當(dāng)

對于光伏系統(tǒng)的正常運(yùn)行，控制器起著相當(dāng)大的作用。不同用途和規(guī)模的光伏系統(tǒng)，對控制器功能的要求不一樣，一般的光伏系統(tǒng)只要具有防止過充、過放等基本功能即可，不應(yīng)求大求全。有的中小學(xué)光伏電源系統(tǒng)還配備有遙測遙控等功能，這樣將大大增加投資。除非有特殊需要，否則大可不必。

2．7線路安排不當(dāng)，接觸不良

光伏方陣發(fā)出的是低壓直流電，如果連接負(fù)載的線徑較細(xì)，線路太長，就可能造成線路末端壓降太大，以至負(fù)載不能正常工作。所以連線要盡量粗而短。

此外，在連接處應(yīng)盡可能采用焊接，如用接線柱，導(dǎo)線端最好焊上接線鼻。由于接線處螺釘未擰緊而形成松動，或因為腐蝕、生銹等原因造成連接處接觸不良，甚至斷路等故障情況時有發(fā)生。所以安裝時一定要保證連接牢靠。

3.結(jié)束語

光伏系統(tǒng)設(shè)