浅谈无电村光伏发电系统的开发应用

关键词：无电村；光伏发电系统；开发应用 

0 引言 

在海南省白沙县南开乡坡告村和道银村这两个无电自然村实施的户用光伏发电系统，是云南电网公司北京能源新技术研究发展中心研发的项目，项目实施点位于海南省白沙县南开乡无电自然村坡告村和道银村，该地区日照长，光热充足，具有热带山区气候特征，全年日照2075小时，常年平均气温23摄氏度，年平均太阳总辐射量约为6500mj/m2；两个无电自然村共28户，153人，均为黎族，交通不便，不通公路，而且属于偏远山区，经分析后认为采用电网延伸的方式供电成本太高，而且线路穿越原始森林，虽然具备水电资源，但由于受旱雨季及台风的影响，小水轮发电机不能够全年提供稳定电能。另外该地区丘陵纵横，植被繁茂，风力资源非常有限，风电开发利用也非常困难，因此选择太阳能光伏发电的方式解决。 

根据以上情况，项目研究中心在这两个无电自然村安装了28套600w户用光伏发电系统。 

1 系统原理 

户用光伏发电系统的原理如图1所示，设计过程主要是进行负载用电量计算，太阳电池方阵功率设计，蓄电池容量选择等。 

图1户用光伏发电系统原理 

1.1 设计原则 

光伏发电系统的设计，在满足用户需求的基础上，为了能更好的控制设备成本，预留出以后的扩容空间，同时使系统的管理更方便，并且提供质量有保证的产品，在设计时遵循了如下原则： 

(1) 成本可优化性-采用标准化、模块化分系列设计，根据用户的实际需求，配置最合适的供电系统，使供电系统的成本经济性与合理性； 

(2) 容量可扩充性-逆变器和控制器的设计留出适当的裕量以备用户扩充系统容量时直接加装电池板和蓄电池； 

(3) 管理可执行性-加装电能质量管理功能，对供电质量和用电数量进行监控和管理； 

(4) 质量可保障性-鉴于特殊地理条件，采用较高质量标准和可靠性参数，最大限度降低系统维护工作量。 

1.2 系统选型 

根据云南电网公司北京能源新技术研究发展中心技术人员的实地考察，并通过科学计算及对部件的仔细选型，该中心专为海南省白沙县无电自然村设计yj-600-ss-01型户用光伏发电系统，每户600w光伏系统设计，配太阳电池组件600w，200ah/12v阀控密封免维护铅酸蓄电池四组，电能表一只，低压刀闸一组，20w/220v节能灯泡一盏和多功能插座一只。 

1.3 负载设计 

在负载设计时充分考虑当地居民现在及未来的用电需求，当地居民除了看电视和照明外，将来还要增加其他用电器，所以系统功率设计时应有一定余量。 

经过对这两个无电自然村的实地统计，95%以上的户家中有彩电、组合音响、硬碟机、卫星信号接收器等家用电器。负载用电量预测：每户使用彩电（100w）1台，卫星接收机（20w）1台，每天使用3h，影碟机（20w）1台，每天使用1h，组合音响（300w）1台，每天使用1小时，20w节能灯泡1盏,每天每盏平均使用2h，无线座机电话（17.6w）1部，每天使用0.5h，则负荷日用电量为： 

q =（100+20）×3+20×1+300×1+20×2+17.6×0.5= 728.8（wh） 

1.4 太阳电池组件功率的确定 

平均峰值日照时数： 

tm=年平均太阳总辐射量/3.6/365=6500/3.6/365=4.95(h) 

太阳电池组件的峰值功率（w）： 

pm =qko k1/ tmk 

式中： 

q为负荷日用电量，q=728.8（wh）；k0为蓄电池数量，k0取4； 

k1为蓄电池的过充系统，k1=充入安时数/放电安时数，一般取1.1； 

tm为平均峰值日照时数，tm=4.95(h)； 

k为包括逆变器在内的交流回路的损耗率，一般取0.8。 

则上式可简化为：pm=809.77（wp） 

考虑当地大多数居民用电实际需求，功率取600wp。 

1.5 蓄电池的选择 

系统的使用寿命主要取决于蓄电池的寿命，应选用质量好、使用寿命长、维护方便的蓄电池，并采取有效的技术措施使光伏发电系统及蓄电池的整体性能稳定可靠，本系统的蓄电池选择型号为yj-bm12v200-01。 

浅循环放电有利于延长蓄电池的寿命，取放电深度为30%，确定蓄电池的容量为： 

c=qdf/ku 

式中： 

c为蓄电池容量（wh）； 

d为最长无日照用电天数； 

f为蓄电池放电效率的修正系数，通常取1.05； 

q为所有用电设备的用电量（wh）； 

u为蓄电池放电深度，取30%； 

k为包括逆变器在内的交流回路的损耗率，通常取0.8。 

如用上述所取的系数，上式可简化为： 

c=4.375dq 

用电系数直流工作电压（v）除上式，即得到用ah表示的蓄电池容量。 

c=4.375dq/v 

本系统的直流工作电压设计为12v，d取2.5天，则c=661.54（ah），取容量为200 ah的蓄电池四组。 

1.6 控制器与逆变器选择 

根据设计原则的要求，户用光伏放电系统由八块75wp的组件并联组成600wp方阵，四只200ah/12v固定式阀控密封免维护铅酸蓄电池，控制逆变器选用型号为yj-cim48v800-04的控制逆变器。 

逆变器容量为800va，具有ac输出端的防短路保护、超负荷保护、过热保护和低电压保护功能。其容量留有余量，可以根据用户的需求扩展，增加太阳电池组件的功率和蓄电池的容量即可。控制器具有过充过放保护、循环充电、均衡充电等功能。 

2 运行管理与维护 

（1）光伏发电系统对当地居民来说是新事物，在他们能接受的范围内，进行光伏发电知识的培训。在安装调试过程中，让当地居民参与施工，在施工中培训，完工后又进行集中培训，讲解系统使用方法和安全用电注意事项。 

（2）制定《光伏发电系统管理办法》，规定当地居民要按操作规程使用和维护系统，不准私自拆卸设备，不准私自接负荷较大的用电器，确保设备的正常运行。 

（3）供电局安排专职光伏知识系统管理员进行日常维护和管理，并向当地居民讲解系统的使用管理知识，指导当地居民进行日常的使用和管理。 

3 运行状况及其社会意义 

经过对这两个无电自然村的光伏发电系统使用情况跟踪调查，28套系统从竣工投入运行到现在一切正常。光伏发电系统在无电地区的使用具有重要的社会意义，具体表现以下几个方面： 

（1）满足无电自然村人民群众用电需求。 

（2）改善无电自然村人民生产生活条件。 

（3）促进当地的社会经济进步，提高当地群众的综合素质，增强民族团结，为全面建设社会主义新农村创造条件。 

（4）改善无电自然村能源使用结构，有利于节能环保。 

另外，通过无电自然村的电力建设，电网企业可以更好的服务“三农”，主动承担社会责任，实践“为海南做贡献，为南网添光彩”的理念，做到让政府放心，让人民满意。 

4 结束语 

本系统具有分散供电的技术优势，适宜解决偏远山区的居民的供电问题，运输方便，安装简捷，使用维护简单，同时居民搬迁也方便，而且系统扩展性较好，可以根据用户的不同需求和经济条件，进行光伏发电系统的扩容，达到最佳的匹配。 

在海南省白沙县南开乡坡告村和道银村这两个无电自然村实施的户用600w光伏发电系统经过长期的运行，设备正常，性能可靠，使用维护简单，便于推广和应用。