施宏
（中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司 云南昆明 650051）
摘要：自进入21世纪以来，智能家居的出现，给人以方便的同时，也让人们多样化的生活需求得以满足，据当前形式看来，太阳能的发展规模、技术都逐步走向成熟；但是智能家电太阳能发电机系统在发展过程中出现了一些问题，比如说，某些特殊阶段，太阳能并不能满足人们正常需求、光伏发电量容易出现过剩等。在本文中，笔者以云南气象参数和诸多家庭用电现状为研究样本，基于"方便销售和安装、价格低廉"的宗旨，设计更具经济性的集成方案，为农村智能家用太阳能发展提供些许参考。
关键词：光伏发电；集成系统；农村家庭
前言
根据当前太阳能发展现状看来，诸多新型光电技术在不断发展，太阳能发电系统涉及面逐步加宽，广泛应用于航天领域的同时，在人们日常生活中的作用也越来越明显；当今时代，社会经济发展迅速，光伏发电系统愈发完善，市场前景较为广阔；在中共正确领导下，中国农村发展日新月异，与城市之间的差距越来越小，政府不断加大新农村建设投入力度，农村传统能源被新能源（如太阳能）取代；只不过，国内太阳能技术发展虽快，成熟度却不够，需要加以完善，才可增强太阳能在中国乡村的应用力度，提升其利用率。所以，就当前形式而言，设计出的太阳能发电系统应当适用于农村，具有高性价比，才可能促进智能太阳能系统在我国农村普及。
1 太阳能发电系统的原理与设计概述
1．1 太阳能电池光电转换原理概述
太阳能光伏发电是基于高科技，把光能转化为电能的技术手段；其中，太阳能电池是技术实施的核心部分。作为太阳能光伏发电不可或缺的主要组成部分，太阳能电池是一种可以把光能转化为电能的半导体，其转化效率较高；据统计，可用来制作太阳能电池的材料很多，最为典型的多晶硅和单晶硅。通常情况下，单晶硅是制造太阳能电池的主要材料，但是，使用多晶硅或者其它材料也可以制造太阳能电池，具体而言，以如今的高科技手段为基础，添加某些元素材料进入其中，形成P型硅和N型硅，使用技术促进二者有机融合，组成PN结。太阳能电池将光能转化为电能的流程可概括如下：太阳光集中于电池表层时，硅离子硅吸收部分阳光，输送给硅原子之后，四散开来，空穴利用PN结聚集在P区；如此一来，电子与空穴就在PN结两侧聚集，因聚集量的差异而形成电位差，通电后，电流及电功率就会产生。
1．2 系太阳能发电系统设计原理概述
通常情况下，离网发电系统及并网发电系统是组成太阳能发电系统不可或缺的主要部分；其中，离网发电系统的构成部件包括控制装置、逆变器、电池等几个部分，适用于光能路灯、家用太阳能供电等用电体系；并网发电系统主要利用太阳能电池中的电流转化成为公用电能，其中，起关键作用的是特定转换器。总而言之，并网供电在农村应用更为广泛，构建农村家永远型并网发电系统，不仅拥有国家政策大力支持，系统本身占地面积还不大，且具有建设周日短、成本少等优势；正常情况下，农村家庭用电量大约在3kw.h左右，设计一个电容量与此差距不大嗯太阳能电池，可以为农村家庭供电；只不过，这种容量的电池设计必须先设计出供电系统，并安装在合理位置，系统安装完毕，可以根据家庭用电量电话予以升级和完善，以提供更好的用电服务；太阳电池组件、控制器、逆变器等零部件共同构成一个完整的太阳能发电系统。详情区下图（1）所示。
图1 家用太阳能发电系统框图
2 系统组件的选择及应用
2．1 太阳能电池片选用
电池或电池片是太阳能光伏发电系统中最为基础的部件，一般由单晶硅、多晶硅、非晶硅材料构成；一般情况下，运用最多的材料是单晶硅和多晶硅，多用于大型系统之中，而一些小型系统使用的多少非晶硅；其中，光伏组件指的是由一个或一个以上的太阳能电池组成的构件，其在太阳能发电系统中的作用极其重要；国内晶硅电池的太阳能转换率大约在10%～16%之间，与西方发达国家还存在一些差距。下表（表1）中，笔者列出了国内大部分太阳能电池的电能转化率。
根据国内太阳能发展环境看来，其半导体技术是较为先进的，尤其是单晶硅与多晶硅的生产量在日益加大，产量的增加促使价格不断下降；近些年，硅的价格下降速度较快，多晶硅直接出现“跳水”，下降到 6 元/W。当今中国，电能市场发展空间极为广阔，大多数太阳能电池板材料都以中国市场为主要市场，将生产基地选在国内，以获取更多利润。
表1 各类太阳能电池光电转化率
2．2 控制器设计原理与应用
根据白天太阳光线的变化，太阳能电池可以吸收一部分太阳能，转化为电流，但是，电流若是在蓄电池没储存或者直接供给用户，蓄电池可能会被损坏，整个太阳能发电系统的使用周期可能会因此缩短；一般而言，中央处理器、开关控制器、电子元件等零部件组合就可以构成一个太阳能控制器；负载供电就是将蓄电池中的电流导入控制器，不断调整之后，让电流负载即可；这样不仅可以维护电池使用效率，还可以延长电池使用寿命，严格保护电池全生命周期。根据本文研究需要，笔者选取了额定功率为3kW，电流为45A的WS30－48 型太阳能控制器作为本次太阳能发电系统的主要控制器，他具有低价格、高安全性的优势。
2．3 蓄电池选择与应用
发展至今，蓄电池已不再是单一蓄电功能的主体，其功能更加多样化，在白天，蓄电池可以吸收太阳能，将其储存在电池中，当人们使用电能的时候，就可以逐步转化为电能；蓄电池种类虽多，但可以大致概括如下：胶体蓄电池、铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池等。其中，因价格合适、绿色环保、生命周期长等优点，铅酸免维护蓄电池得以在太阳能发电系统中广泛应用，为中国农村家庭供电提供了诸多便利。免维护铅酸蓄电池一般为13V额定电压、100A.h额定容量，多由6个6－QA－100：的单体电池组成，可以给系统田志稳定能源。
2．4 逆变器设计与应用
一般情况下，人们选择的家用电器大多都是220V的供电流电器，但太阳能电池转化而来的电流却是以直流电为主，只能为特殊设备提供电流；电流提供过程中，还需要把直流电转化为交流电才可以使用，通常来说，人们都会使用一些运行机器（如DC－AC 逆变器等）作为转化器；逆变器一般可以分为就离网逆变器和并网逆变器两类；就电路形式而言，全桥、单项半桥、变压器洪洞县组成PWM 型逆变器单项电路。其中，在太阳能电池中发挥最大效用的是全桥电路，其次是单项半桥电路，最后是变压器；但是，半桥电路功率不大，一般不会用于大场合，其功率开关器件共有2个，电流通道开关仅有1个，但带有中心抽头变压器，完全适用于小场合。DC电压越稳定，其电压值就可以一直保持在固定数值上，转换率就会保持在96%以上；根据相关案例看来，3kW变压器安装在朝南屋顶，每年可获得电能2550kW.h。此时，若逆变器效率达到96%及其以上，就可以多发电 25kW.h。据此看来，逆变器在太阳能发电中确实起着关键作用，但本系统仅需要 1．5kW、2 个逆变器便可以实现目标。
3 结束语
综上所述，设计智能家用发电系统时，应当将其重心方向改变之后再加上系统方案设计，选用的太阳能电池板、控制器、蓄电池、逆变器等都要以上佳为主，以保证整个系统功能性运行良好，打造物美价廉的系统，让广大农村居民认可，愿意去使用太阳能发电系统；当今中国，农村电价相对较高，很多农村用电用户难以承受高昂电价，新能源的推广在农村虽然状态良好，但仍旧有很长一段路要走。
参考文献：
[1]新能源光伏发电系统的应用途径[J].成竹.电子技术与软件工程.2017（14）
[2]光伏发电系统的技术分析[J].邹一铭.中国战略新兴产业.2017（24）
[3]家用太阳能光伏发电技术应用探索[J].曾智虹.国网技术学院学报. 2016（05）
论文作者:施宏
论文发表刊物:《河南电力》2019年2期
论文发表时间:2019/10/14
标签：系统论文; 太阳能电池论文; 太阳能论文; 逆变器论文; 电流论文; 蓄电池论文; 电能论文; 《河南电力》2019年2期论文;