光伏发电-模块化工业住宅的设计及应用

光伏发电-模块化工业住宅的设计及应用

王鹏飞

沈阳远大铝业工程有限公司沈阳瑞福工业住宅有限公司辽宁沈阳110027)

摘要：利用光伏发电为模块化工业住宅提供电能。

关键词：光伏发电组件、模块化工业住宅、电能储存、系统设计

引言

美国学者马丁.司达尔1965年在《哈佛商业评论》上发表《模块化生产：一个新概念》，明确提出了“模块化生产”的概念，并赋予了清晰的解释。本文就以模块化工业住宅和光伏发电系统二者相结合，既能体现模块化工业住宅在现阶段的发展趋势，也突出了光伏发电系统在建筑节能、减排、缓解雾霾天气的优势之处。

光伏发电发电利用半导体材料的光生伏打效应原理，直接将太阳辐射能转换为电能的技术。通过光伏发电组件进行太阳能-电能的直接转换，并与储能装置、测量控制装置、传感器、充放电控制器和逆变器等装置相配套，构成了光伏发电发电系统。

光伏发电发电具有许多其它发电方式无法比拟的优点：不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单、寿命较长等等，所以对于独立的、运输方便的模块化工业住宅来说，无疑是提供了良好的电力供应方式，为适用于野外、远离市区的模块化工业住宅提供了发展的空间。

光伏发电-模块化工业住宅系统组成

1.1模块化工业住宅

模块化工业住宅的95%以上都是工厂内生产和组装，节省了现场施工的过程：

◆主体结构：由Q345B钢材为钢柱，底盘、顶梁组成；

◆墙体和地面：以冷弯薄壁+保温层+石膏板或保全板和冷弯薄壁+保温层+水泥纤维板、水泥刨花板组成；

◆屋面：以石膏板或保全板+保温层+钢板+太阳能电池板组成；

◆配套：给排水系统，电气系统，门窗，内装饰，外装饰，家居，家电组成。

1.2光伏发电系统

◆太阳能电池板

太阳能电池板分单晶硅、多晶硅、非晶硅等：

1）单晶硅太阳能电池板

转换效率达到15.5％～24.4％，电池表面多为黑色或深色。

2）多晶硅太阳能电池板

转换效率为12.5％～14.6％，电池表面多为蓝色。

3）非晶硅太阳能电池板

转换效率为<10％，存在能量转换不稳定的缺点。

◆太阳能逆变器

太阳能逆变器（以下简称逆变器）是把太阳能电池板转化的直流电转换成交流电。为了保证逆变器的使用效率，光伏组件的阵列的电压必须与逆变器的输入电压范围相符合，逆变器的最大功率应大于太阳能组件输出最大功率10%左右。逆变器中内置了一块太阳能电池板，利用安装在光伏组件旁的温度传感器，通过现场光照和所测量光伏组件温度，可以估算输出电量，并且将该数据与逆变器输出端的实际测量数据进行比较，检测日渐显现的光伏组件的老化衰减、组件故障、阴影、污染或引起发电量暂时或长期减少的类似因素等问题。

◆蓄电池

将光伏光伏组件转化的电能储存在蓄电池内。

◆电源控制器

电源控制器功能是对蓄电池过充，放电时强行切断负载，为蓄电池提供保护。通过电源控制器控制蓄电池充、放电，防止蓄电池过充、放电影响电池使用寿命。

光伏发电-模块化工业住宅设计

2.1光伏发电系统参数

◆标准模块化工业住宅设计面积：S=47.52㎡

◆标准模块化工业住宅设计总负载功率：P1=4000W

◆单晶硅太阳能电池板功率：P2=250W/块

◆蓄电池容量A1=200Ah/块，标称电压U=12V

◆每天平均用电时间T=8h

◆每天平均太阳光日照量T1=5h

◆太阳能电池板利用率数ξ=0.6（包括线路传输损耗,蓄电池充放电损耗,逆变损耗,以及太阳能电池板功率衰减和阴天预充电）

◆蓄电池放电深度γ=80%

◆蓄电池阴雨天备用时间T2=2天

◆其它配电辅材（配电箱，电缆，支架等）

2.2光伏发电系统配置

◆每个标准模块化住宅需要太阳能电池板功率

P=P1*T/T1/ξ=4000W*8t/5t/0.6≈11*10³W

◆每个标准模块化住宅需要太阳能电池板数量

N=P/P2=11*10³W/250W≈44块

◆蓄电池总容量

A=P1*T/γ=4000W*8t/0.8≈40*10³W

◆蓄电池总数量

N1=A/U1*T2/A1=40*10³W/12V*2/250At≈27块

太阳能发电系统安装图

3光伏发电系统使用及维护

3.1太阳能电池板维护

◆太阳能电池板表面应保持清洁，清洗太阳能电池板时应注意：

1）应使用干燥或潮湿的柔软洁净的布料擦拭太阳能电池板，严禁使用腐蚀性溶剂或用硬物擦拭太阳能电池板；

2）应在辐照度低于200W/m2的情况下清洁太阳能电池板，不宜使用与组件温差较大的液体清洗组件；

3）严禁在风力大于4级、大雨或大雪的气象条件下清洗太阳能电池板；

◆太阳能电池板应定期检查，若发现下列问题应立即调整或更换太阳能电池板：

1）太阳能电池板存在玻璃破碎、背板灼焦、明显的颜色变化；

2）太阳能电池板中存在与组件边缘或任何电路之间形成连通通道的气泡；

3）太阳能电池板接线盒变形、扭曲、开裂或烧毁，接线端子无法良好连接。

◆太阳能电池板上的带电警告标识不得丢失。

◆使用金属边框的太阳能电池板，边框和支架应结合良好，两者之间接触电阻应不大于4Ω。

◆使用金属边框的太阳能电池板，边框必须牢固接地。

3.2蓄电池维护与保养

◆蓄电池室温度宜控制在5℃~25℃之间，通风措施应运行良好；在气温较低时，应对蓄电池采取适当的保温措施。

◆蓄电池在使用过程中应避免过充电和过放电。

◆若遇连续多日阴雨天，造成蓄电池充电不足，应停止或缩短对负载的供电时间。

◆应定期对蓄电池进行均衡充电，一般每季度要进行2~3次。若蓄电池组中单体电池的电压异常，应及时处理。

◆对停用时间超过3个月以上的蓄电池，应补充充电后再投入运行。

3.3逆变器、控制器维护

◆逆变器结构和电气连接应保持完整，不应存在锈蚀、积灰等现

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象，散热环境应良好，逆变器运行时不应有较大振动和异常噪声。

◆逆变器中模块、电抗器、变压器的散热器风扇根据温度自行启动和停止的功能应正常，散热风扇运行时不应有较大振动及异常噪音，如有异常情况应断电检查。

◆直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间的绝缘电阻应大于2兆欧。

◆逆变器中直流母线电容温度过高或超过使用年限，应及时更换。

4光伏发电-模块化工业住宅前景

光伏发电-模块化工业住宅，是一种时尚且实用的建筑体系，可随时随地移动到各地，为人们带来更方便的舒适生活，通过光伏发电提供室内所有负载用电。随着电力电子技术和信息技术的发展，光伏发电-系统部件的尺寸越来越小，成本越来越低，系统集成的步伐却越来越快。未来的光伏光伏系统将向着部件集成化模块化、接口标准化统一化、运行状态可测可控的方向发展。

参考文献

［1］何道清.太阳能光伏发电系统原理与应用技术.化学工业出版社.2012.07

［2］王志峰.太阳能热发电站设计.化学工业出版社.2014.09

［3］黄汉云.太阳能光伏发电应用原理.化学工业出版社.2015.01

［4］GeoffStapleton（译者王一波）.太阳能光伏并网发电系统.机械工业出版社.2015.12