家用太阳能分布式光伏并网发电系统研究

家用太阳能分布式光伏并网发电系统研究

王新华李春喆

天津城市建设管理职业技术学院，天津300134

天津五岳工程建设监理有限公司，天津300000

摘要：光伏发电作为太阳能利用的主要方法和发展,系统的规模可大可小,和投资在长期的技术,该技术适用于普通家庭,发挥其峰值功率使用,减少现场,减少传输损耗,并在本地故障发现的优点,将更能反映光伏技术的综合经济效益。太阳能光伏发电系统主要分为独立发电和并网发电两种类型。前者主要用于山区和太阳能路灯等输电困难的地区，后者主要用于住宅和大型发电系统。如果普通家庭光伏并网发电系统得到广泛应用，将大大缓解我国的能源需求。

关键词：家用太阳能；分布式；光伏并网；发电系统

一、家用分布式光伏并网发电系统结构

分布式光伏发电可以当做分布式电源，它是在用户本地或者接近用电场所配备小规模的光伏发电系统，以保障特定用户的用电，同时兼容现行的配电网。家用分布式光伏并网发电系统是小型光伏发电系统的主要趋势。家用分布式光伏并网发电系统主要包括光伏电池组件、光伏方阵支架、并网逆变器、光伏控制器、蓄电池、多用电表和交流负荷。其运行模式是在白天天气条件良好时，由太阳能电池组通过光伏控制器给并网逆变器提供电源，最后供给交流负载，白天用电量少，还可以将多余的电能储存在蓄电池组里或者卖给电网；当天气条件比较差或者夜晚时，可以由蓄电池通过光伏控制器提供电源给并网逆变器，最后供给交流负载，若蓄电池电能不足以满足交流负载，此时可以切换到电网供电。家用分布式并网光伏发电系统结构示意图如图1所示。

二、家用分布式光伏发电系统设计

1、普通家用电量需求

一个普通家庭用电负荷可以概括为：4个20W的照明灯，每天平均工作6小时；一台180W的电视，每天平均工作4个小时；1台200W的冰箱，每天平均耗电1kW.h；1个600W电饭煲，每天平均耗电0.6kw.h；其他家用电器设备日均耗电按1kW.h计。

2、光伏控制器选择

光伏控制器应为双向交流充电器，既可实现太阳能光伏电池板发出的能量存储在蓄电池，又可实现蓄电池能量向家用交流负载或电网释放。由于系统日均耗电为3.68kW.h，根据本地日照平均时间为5小时，可以得出太阳能光伏电池板的时均功率为：

3、并网逆变器5

本文设计的是光伏电池容量在3.68kW的家用并网太阳能发电系统，技术关键是设计匹配3.68kW容量的并网逆变器，并网逆变器当中的变压器和平波电抗器设计也是一大难点。本文设计的并网逆变器采用有源逆变器，即逆变器的交流侧接到电网，采用的电路基本模型是全波逆变电路。这种逆变电路结构简单，容易实现，难点是设计相位相差180°的同步触发脉冲。因为本文中逆变电路当中的可控硅需要大功率触发脉冲，且对同步要求非常高，而常用的单结晶体管触发电路驱动功率较小，锯齿波触发脉冲电路同步性比较差，所以重点解决的技术问题有设计具有良好同步效果且驱动功率较大的触发脉冲电路。为了提高光伏电池板的最大功率输出，采用基于负载阻抗调节式MPPT理想型最大功率点跟踪控制，光伏电池MPPT最大功率跟踪控制是一种通过改变开关电源波形占空比的方法，调整其输出电压，将太阳能光伏电池所发的电能以最大功率的形式供给负载。本文重点要解决因为天气恶劣导致光伏发电量不足，此时需要自动切换到电网供电的技术问题，采用的方法是实时采集电池板的功率输出，当光伏电池板输出功率不能正常满足家用时的电量，就停止逆变器工作，让电网来供电。本文还要能够计量太阳能发电回送电网卖出的电量和从电网获取的电量，解决的办法是使用双向电能表计量。如图2所示为单相全波有源逆变电路。图3为单相全波有源逆变电路中A点的电压波形。

式中：LQ为日均所有用电设备的总负荷，W.h；d为储能天数；F为蓄电池容量修正因子，一般取1.2；K为含逆变器在内的功率损耗，取0.8-1；D为蓄电池放电深度，一般取0.5。本文中放电深度取80%，损耗率取0.8，根据上述用电量和储能时长，可以计算出蓄电池容量为WC=11.04kW.h。若选择12V的标称电压铅酸蓄电池单体，串联成48V蓄电池组，依据电池组容量(A.h)数=所需W.h比上电池组的电压，算出电池的容量为：

结束语

本文主要介绍了家用分布式光伏并网发电系统的主要结构和工作方式，并分别对系统中光伏控制器的选型进行了总结。该系统为分布式光伏发电的推广应用提供了解决方案，具有一定的应用价值。

参考文献

[1]刘芃伶等.家庭太阳能分布式并网发电系统[J].电力科学与工程，2014(30)5：17-22.

[2]黄鹤然，丁浩.家用分布式光伏并网发电系统的设计和研究[J].机械设计与制造，2016，4.