李海
宁夏银星能源光伏发电设备制造有限公司 宁夏回族自治区 银川市 750021
【摘 要】在我国的电力事业中，光伏并网系统和离网系统已为我国的电力事业做出很多贡献，是国家电网的重要组成部分。但是在实际的光伏系统运行中，设计出光伏并网系统和离网系统，由于系统的局限性无法完全被用户和电网控制和接受；离网、并网集成式的太阳能户用电源系统则不仅可以满足系统的监控需求，还可以实现监控系统电能质量、电能计量与并网控制，以下浅谈一种离网、并网集成式的太阳能户用电源系统的设计。
一、前言
目前，国内太阳能户用电源产品已经研发成功，并在市场进行销售。笔者通过产品调查，对国内太阳能户用电源从产品功能、产品销售价格以及产品成本三方面进行解析。
我国市场太阳能户用电源的的功率范围以200W，500W，800W，1500W，2000W，3000W这几种规格比较常见，销售均价在15元/W---30元/W之间。产品服务功能主要有：1.具有电能变换功能，即将直流电转换为交流电；2.市电互补功能，即在蓄电池剩余电量无法满足负载的功率需求时，将市电切换入供电线路中。3.蓄电池充放电管理功能。
但是太阳能户用电源系统相关产品销售情况并不十分良好，主要的订单产生于政府招标过程中，产品在商用住宅建设中并未广泛使用。产生这种情况主要有以下几种原因：
首先，我国的光伏产业正处于发展阶段，市场并未完全成熟。采用太阳能光伏建筑一体化技术将增加开发商的建筑成本，而国家目前并没有针对该领域出台相应的补贴政策，因此，无法调动起建筑承接开发商对于“太阳能光伏建筑一体化”的兴趣。
其次，虽然未来光伏产品的发展方向是“建筑一体式”和“分布式发电”，但是，关于这两个方面国家正在制定详细的产品检测技术标准以及其他相关政策，这些都需要经过一定时间的修改和完善。
最后，产品功能单一，产品结构简单，无法真正满足市场对于太阳能电源的需求。目前，市场销售的太阳能户用电源的产品功能着重于对逆变电路的设计。。
二、常见光伏系统简析
户用光伏系统，就是利用光伏电池组件将太阳能转化为电能。普通的户用光伏系统只能作为一个独立的系统进行工作，或者是与电网结合将发出的电能以大电网作为储存点运行。两者的主要区别是在于存储电能的介质，一个为实体介质、另一个是虚拟介质。
1、光伏离网系统
户用离网型光伏发电系统是由光伏组件发电，经控制器对蓄电池进行充放电管理，并给直流负载提供电能或通过逆变器给交流负载提供电能的一种新型电源。
该类系统其优点是独立，不需要其他相关联的电力支撑，随时可以使用规避了光伏发电的间歇性；其缺点则是转换效率低、储存单元的成本高（已经达到光伏系统造价的三分之一）、维护成本高等等。
2、光伏并网系统
户用并网型光伏发电系统是由光伏电池方阵并网逆变器组成，不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接将电能输入公共电网。其优点是省掉了蓄电池储能和释放的过程，减少了其中的能量消耗，节约了占地空间，还降低了配置成本；而缺点是放大了间歇式能源的缺点：不稳定。
三、系统原理设计
1、设计理念
目前，太阳能户用电源的服务范围并不单单局限于家庭用电，市政、公共设施照明等行业也拥有巨大的市场需求，而这些行业对于太阳能户用电源的功能需求偏向于对负载的控制。本系统的设计研究是通过对家庭用电、市政、公共设施照明等系统考察研究和实验，将光伏系统中使用的控制器、微型逆变器、市电等一系列预留接口采用蜂窝结构布置于PCB板上，从而设计出的一款离网、并网混合的集成式太阳能户用电源系统，从而减少户用光伏系统中储能成本的居高不下以及并网过程中的能量间歇。
2、设计原理
如图1所示，本系统是通过对PV矩阵输出功率、用电负荷实际需求功率、储能模块中实际剩余电量进行综合分析，根据储能模块中剩余电量、PV矩阵输出功率的实际情况，确定是否需要用电负荷供电线路不间断瞬间切换至市电供电。当市电电网出现故障，储能模块中剩余电量低于设定值，且当PV矩阵无输出时，优先为系统中高供电等级负载供电。
四、设计优势与特点
本系统是根据光伏组件当前显示的电流、电压值，逆变器当前输出电流、电压、电流频率，储能模块当前剩余电量，放电电流、电压进行统筹分析，实现能量调度、协调并网和市电互补的功能。
图1：户用电源系统系统原理图
1、能量调度功能：对PV矩阵输出功率、用电负荷实际需求功率、储能模块中实际剩余电量进行综合分析，将储能模块作为电能调峰设备，保证直流母线中电量处于稳定值。
2、市电互补功能：根据储能模块中剩余电量、PV矩阵输出功率的实际情况，确定是否需要用电负荷供电线路不间断瞬间切换至市电供电。
3、优先级供电功能：当市电电网出现故障，储能模块中剩余电量低于设定值，且当PV矩阵无输出时，优先为系统中高供电等级负载供电。
4、定时开关功能：产品预留一路受控电源，用户可以根据需求，设定该路通电/断电时间。
5、电量记忆功能：记录一段时间内用户电量使用情况，并将该电量设为上限值，当每一时刻用电量超出该值时，系统将会及时提醒用户电量降为设定值。
6、通讯功能：系统将会通过CAN通讯模块接收/发送相关数据。
7、显示功能：采用LCD显示，将显示当日发电量、当日用电量等各项信息。
8、物联网通讯拓展功能：系统将预留物联网拓展功能，根据用户需求，建立智能化发电网络。
9、漏电流防护功能：当存在漏电流时，系统报警，并同时启动漏电流防护功能。
五、结论
随着全球资源环境压力的不断增大以及电力市场化进程的不断深入，越来越多的包括离网或并网的光伏户用系统将接入电网并网运行。本文简述了一种可以离网、并网混合的集成式太阳能户用电源系统的思路。
现阶段离网式的光伏系统造价成本约为15-30元/W，而并网式的光伏系统造价成本则约在7-15元/W左右，两种系统由于各自有着的缺点和劣势制约着光伏系统的发展和应用，集成系统是将两种系统中的优点提取出来，使其应用前景更为广阔。
参考文献：
[1]潘金昌.简析户用光伏并网发电系统《信息通信》2014年 第3期
[2]盖立丰.小型光伏发电系统的设计《中国科技博览》2012年 第9期
[3]禹磊.浅谈光伏并网电站智能监控系统设计和应用《工程科技》
论文作者:李海
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第19期
论文发表时间:2016/8/19
标签：系统论文; 光伏论文; 电量论文; 功能论文; 太阳能论文; 市电论文; 电能论文; 《低碳地产》2015年第19期论文;