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文檔簡介
1、太陽能為住宅供電原理 有了光伏(PV)模塊,我們該如何利用呢?如何利用太陽能來為房間供電?盡管它并非像隨便在屋頂放置一些模塊那樣簡單,但也不是特別復(fù)雜。首先,并非每個(gè)屋頂都有合適的朝向或傾斜角度可以充分利用太陽能。北半球的無軌道光伏系統(tǒng)應(yīng)指向正南(這是方位)。它們應(yīng)該以該地區(qū)緯度來設(shè)定傾斜角度,以便可以整年吸收盡可能多的能量。如果希望在上午或下午以及夏季或冬季獲得盡可能多的能量,可以采用不同的方位、傾角。當(dāng)然,不管在一天有了光伏(PV)模塊,我們該如何利用呢?如何利用太陽能來為房間供電?盡管它并非像隨便在屋頂放置一些模塊那樣簡單,但也不是特別復(fù)雜。
2、首先,并非每個(gè)屋頂都有合適的朝向或傾斜角度可以充分利用太陽能。北半球的無軌道光伏系統(tǒng)應(yīng)指向正南(這是方位)。它們應(yīng)該以該地區(qū)緯度來設(shè)定傾斜角度,以便可以整年吸收盡可能多的能量。如果希望在上午或下午以及夏季或冬季獲得盡可能多的能量,可以采用不同的方位、傾角。當(dāng)然,不管在一天或者一年中的什么時(shí)間,模塊決不能被附近的樹木或者建筑物擋住。在光伏模塊中,即使36塊電池中只有一塊被擋住了,發(fā)電量也會(huì)減少一大半。如果您有一間房子,它的屋頂沒有遮擋并且朝南,那么您還需要確定自己需要的系統(tǒng)規(guī)模。這是一項(xiàng)復(fù)雜的工作,因?yàn)榘l(fā)電量取決于天氣情況,而天氣從來都是不可完全預(yù)測的,并且您的用電需求也會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化。這些障礙
3、很容易清除。氣象數(shù)據(jù)會(huì)提供不同地理區(qū)域每月的平均日照水平。其中考慮了降雨和多云天氣,以及緯度、濕度和其他更細(xì)微的因素。您在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到日照狀況最差的月份,這樣才能保證全年都有充足的電力供應(yīng)。有了這個(gè)數(shù)據(jù),并且清楚自己家里的平均用電需求(通過用電帳單即可得知每月的用電量),可以用一些簡單的方法來確定您需要多少個(gè)光伏模塊。此外,您還需要確定系統(tǒng)電壓,這可以通過決定串聯(lián)的模塊數(shù)量來控制。您可能已經(jīng)猜到我們要解決的幾個(gè)問題了。首先,在沒有太陽光照射時(shí)我們應(yīng)該怎么做?當(dāng)然,如果可以選擇的話,肯定沒有人愿意接受只在白天并且只在晴朗的白天才有電的生活。我們需要能量存儲(chǔ)裝置電池。遺憾的是,電池為光伏系統(tǒng)增加
4、了很多成本和維護(hù)工作。但是在目前,電池還是一個(gè)必需品,因?yàn)橹挥羞@樣才能完全擺脫天氣的影響。繞開這個(gè)問題的一個(gè)方法是,將房子與電網(wǎng)相連,從而可以在需要電的時(shí)候買電,而在發(fā)電量超過需要時(shí)賣電。這樣,電網(wǎng)實(shí)際上充當(dāng)了一個(gè)巨大的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。當(dāng)然,這需要征得電網(wǎng)方面的同意,并且在大多數(shù)情況下,它們從您這里買電的價(jià)格將比它們售電的價(jià)格低得多。您還需要特殊的設(shè)備來確保出售給電網(wǎng)的電力與它們的電力同步即共享相同的正弦波形和頻率。安全性也是一個(gè)問題。電網(wǎng)需要確保如果在您的住宅附近出現(xiàn)斷電,您的光伏系統(tǒng)不會(huì)向線路工人以為已經(jīng)沒有電的線路供電。這稱之為隔離。如果您決定使用電池,請切記電池是需要維護(hù)的,并且在一定年
5、限之后需要更換。光伏模塊應(yīng)該可以使用20年或者更長的時(shí)間,但電池就沒有這么長的壽命了。由于電池中存有能量且包含酸性電解液,光伏系統(tǒng)中的電池可能非常危險(xiǎn),因此您需要為它們提供一個(gè)通風(fēng)良好的非金屬外殼。盡管常用的電池有好幾種類型,但它們都有一個(gè)共同的特性,即它們都是深循環(huán)電池。與您的汽車電池(淺循環(huán)電池)不同,深循環(huán)電池可以釋放出比存儲(chǔ)電能還要多的電能,同時(shí)還能保持較長的壽命。汽車電池在很短的時(shí)間內(nèi)會(huì)釋放很大的電流來啟動(dòng)您的汽車,并且在您駕駛時(shí)立即充電。光伏電池通常需要經(jīng)過較長的時(shí)段(如整夜時(shí)間)才會(huì)釋放出較小的電流,并在整個(gè)白天進(jìn)行充電。最常用的深循環(huán)電池是鉛酸電池(密封式和開口式)和鎳鎘電池。
6、鎳鎘電池雖然價(jià)格昂貴,但使用壽命較長,并且可以更徹底地放電而不會(huì)對其性能造成損害。即使是深循環(huán)鉛酸電池,在百分之百放電的情況下也不可避免地會(huì)嚴(yán)重縮短電池壽命。通常來說,光伏系統(tǒng)中鉛酸電池的放電率不會(huì)超過40%到50%。另外,使用電池時(shí)還需要安裝充電控制器。如果能夠妥善使用電池,避免過度充電或過度消耗,那么電池的壽命會(huì)長得多。這正是充電控制器要做的工作。一旦電池充滿電,充電控制器就不再允許電流從光伏模塊繼續(xù)流入電池中。同樣,一旦電池電量消耗到一定水平(通過測量電池電壓來控制),很多充電控制器將不允許更多的電流繼續(xù)從電池流出,直至對電池進(jìn)行重新充電。充電控制器的使用對延長電池壽命起到了重要作用。另
7、一個(gè)問題是,由光伏模塊產(chǎn)生的電以及從電池中提?。ㄈ绻x擇使用電池)的電都是直流電,而電網(wǎng)所供應(yīng)的電(以及您房間中各種家用電器使用的電)是交流電。因此您需要一個(gè)換流器,這是一種能將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備。大多數(shù)大型換流器還允許您自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作方式。有些名為交流模塊的光伏模塊實(shí)際上在每個(gè)模塊中內(nèi)置了一個(gè)換流器,因而無需使用大型的集中型換流器,并簡化了接線問題。帶有電池存儲(chǔ)的光伏系統(tǒng)的一般示意圖</tr>配備了安裝硬件、接線、接線盒、接地設(shè)備、過電流保護(hù)、直流和交流斷路器以及其他附件之后,您就有了一個(gè)自己的系統(tǒng)。安裝時(shí)必須遵守電氣法規(guī)(美國國家電氣法規(guī)(National Elec
8、trical Code)中有一個(gè)針對光伏系統(tǒng)的條款)。強(qiáng)烈建議由在光伏系統(tǒng)方面有經(jīng)驗(yàn)的持證電工來完成安裝工作。安裝完成之后,光伏系統(tǒng)幾乎不需要維護(hù)(尤其在不使用電池的情況下),并可在20年或者更長的時(shí)間里提供清潔、安靜的電能。既然光電是這么好的一種免費(fèi)能源,那么為何全世界沒有都靠太陽能來發(fā)電呢?有些人對太陽能抱有一種錯(cuò)誤的觀念。盡管太陽光確實(shí)是免費(fèi)的,但光伏系統(tǒng)發(fā)的電并不是免費(fèi)的。從我們對家用光伏系統(tǒng)的討論中您可以看到,這個(gè)系統(tǒng)需要很多硬件。目前,一個(gè)安裝好的光伏系統(tǒng)的成本約為每峰瓦9美元。為了讓您對家用發(fā)電系統(tǒng)的成本有一個(gè)概念,讓我們來看一看太陽房一幢位于北卡羅萊納州羅利市的模型住宅,北卡羅萊納州太陽能中心在其中安裝了光伏系統(tǒng),以展示這項(xiàng)發(fā)電技術(shù)。這是一幢相當(dāng)小的住宅,據(jù)估計(jì),它的3.6千瓦光伏系統(tǒng)將滿足總電力需求的一半(該系統(tǒng)沒有使用電池,而是與電網(wǎng)相連)。盡管如此,以每瓦特9美元的價(jià)格來計(jì)算,安裝這個(gè)系統(tǒng)將花費(fèi)您大約32,000美元。光伏系統(tǒng)之所以通常用于遠(yuǎn)離傳統(tǒng)電源的偏遠(yuǎn)地區(qū),原因就在于此?,F(xiàn)在,它確實(shí)無法與電網(wǎng)競爭。不過,隨著研究工作的深入,太陽能發(fā)電的成本將會(huì)下降。研究人員相信,總有一天,市區(qū)的光伏系統(tǒng)的成本效益會(huì)同偏遠(yuǎn)地區(qū)一樣。部分問題在于,
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