阎复华，王士军（山东华新房地产开发有限公司，山东泰安271000）
[摘要]太阳能发电系统是利用光生伏打效应原理制作的，是将太阳辐射能量—光能直接转换成电能的发电系统，主要由太阳能电池方阵、蓄电池组、控制器、逆变器、光电互补系统组成，发电后给小区会所、路灯、草坪灯、停车场等供电，节能示范效果明显，具有良好的经济效益和社会效益。本文介绍太阳能发电系统在住宅小区的工程应用。
[关键词]太阳能光伏电站；光电互补；电池方阵；方位角；倾斜角；控制器选择；支架固定；年发电量；社会效益
1．项目概况
1.1简介：泰安奥林匹克花园位于泰安市高新技术开发区，是山东华新房地产开发有限公司与中体产业合作开发的项目，占地33.5公顷，建筑面积35.97万㎡，共计1936套住宅。该项目由高层、小高层、多层住宅及联排别墅组成，另有配套商业区、小学、幼儿园、医院、社区中心会所、地下停车场，是一个功能齐全、设施配套完善的高档住宅小区，也是泰安市首个“国家康居示范工程”，荣获住宅产业国家最高奖“广厦奖”。
1.2节能：泰安奥林匹克花园项目设计与施工中，均采用了新型节能保温的新型建材和新能源产品，在公建部分设计建造了太阳能光伏电站，公用照明灯全部采用了LED节能灯，经过两年的使用，节能效果特别明显，给后期物业管理创造了良好的基础，现就该小区的太阳能光伏电站做一下介绍。
2．太阳能光伏电站简介
太阳能光伏电站是利用太阳能的光生伏打效应原理，把太阳光能转换为电能，经过蓄电池储能，直接逆变成交流电供给地下停车场照明、园区室外照明、草坪灯、路灯、广场灯或其它负载。主要由太阳能电池方阵、蓄电池组、控制器、逆变器、光电互补系统、光散定时控制器组成（如图示），日照时，太阳能电池方阵发出电经过控制器给蓄电池充电，用电时通过逆变器将电能转换为交流电供给负载，当太阳能发电电力不足的情况下，由电网直供负载。
3．太阳能光伏电站设计
3.1设计原则
3.1.1采用用户侧并网模式，太阳能发电系统在原有的线路基础上部分增加，不改造和改变原有回路。光伏系统并网点选择在低压配电柜上。
3.1.2考虑到并网系统在安装及使用过程中的安全及可靠性，在逆变器直流输入端加装直流配电接线箱。
3.1.3并网逆变器采用单相三线制输出方式。
3.2太阳能电池板设置在奥园会所屋顶，蓄电池集中放置在会所地下一层，光伏自给供电天数为七天。该系统可实现与常规电力自动切换，在太阳能发电系统发电量不足的情况下，切换由常规电力补充。太阳能电池板产生的48V直流电通过逆变器转换为220V交流电，然后向用电负荷供电，同时多余电量通过控制器向蓄电池组充电。在日照不足的状况下，通过逆变器由蓄电池向用电负荷供电。当蓄电池电力不足时，自动切换到常规电力，由常规电力给用电器提供电能。整个系统全自动运行，无人值守。
3.3电池组件及方阵设计
3.3.1电池组件
重要参数：输出峰值功率：185W
工作电压：36V
开路电压：44V
工作电流：5A
短路电流：5.3A
3.3.2第一组电池板组件给奥园所有路灯、庭院灯、草坪灯等负载供电。太阳能电池方阵由8块串联成一组，共18组，需要185WP规格组件144块，每一电池组件串联一个30A/1200V防回流反冲二极管，防止组件回放电和产生“热岛效应”；方阵总功率为：185×8×18＝26640WP。
太阳能电池方阵的重要技术参数为：
（1）工作电压：288V
（2）工作电流：90A
（3）转换效率≥15%
（4）工作温度：-40℃—90℃
蓄电池采用2V/1200AH胶体蓄电池96块，配电箱做好防雷接地，冲放电控制器采用智能型，防止蓄电池过充放电。采用200A真空接触器通断，防止大电流时电弧短路，
3.3.3第二组电池板组件给奥园会所地下车库和地上三层办公室照明使用，太阳能电池方阵由2块电池组件串联，共27组，共需185WP电池组件54块。方阵功率为185×2×27＝9990WP。
太阳能方阵重要技术参数为：
（1）工作电压：输入72V，输出220V。
（2）工作电流：135A
（3）转换效率：≥15%
（4）工作温度：-40℃—90℃
蓄电池采用2V/2500AH胶体电池24块，逆变器采用SMA5048型，直流48V输入，交流220V输出，能自动切换。
主要设备性能参数
3.4太阳能方阵设计中的注意问题：
在标准光照条件下，太阳能电池片的额定输出电压为0.48V，它与温度成反比，太阳能电池组件，温度每升一度，电压下降2mV。
3.4.1太阳能电池方阵的方位角与倾斜角
太阳能电池组件的费用约占光伏发电成本的60%，要为电池组件选择一个最佳的方位角和倾角，使之接收到的太阳能辐射尽可能的多。
（1）方位角
太阳能电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角，在北半球，方向一般朝向正南，实际操作时，太阳能辐射能量最大是在中午稍后，方阵的方置稍微向西偏一些，可获得最大发电功率。
（2）倾斜角
正常情形下，认为太阳能电池方阵倾角等于当地纬度为最佳，考虑到太阳能辐射量的连续性、均匀性和极大性，对光伏发电系统的要求是在全年中得最大的太阳能辐射量。用近似方法确定倾角，北方地区比当地纬度增加5°-10°，综合考量，奥园太阳能方阵方位角向西偏10°，倾斜角42°。（如图示为现场太阳能方阵排列图）
3.4.2控制器选择
（1）控制器的功能是对蓄电池进行全面的管理，可根据蓄电池的特性设定各个关键参数点，设置得当，可延长蓄电池和用电负载的使用寿命。
（2）控制器必须具备蓄电池过充保护、过放保护，防反接等控制功能，在温度大的地方，还应具备温度补偿功能，没有一个性能良好的控制器，就不可能有一个性能良好的太阳能光伏发电系统。
（3）控制器防止反充电的方法是在电池组件回路中串联一个二极管，或者用场效应管来实现。防止反过充电的方法是在输入回路中串联或并联一个泄放晶体管。
3.5太阳能电池组件支架抗风设计
太阳能电池方阵的结构设计要保证太阳能电池组件与支架的连接牢固可靠，且能方便更换电池组件，方阵与支架必须能抵抗33.3m/s的风力不被破坏，电池组件与地面之间的最小距离要在0.3m以上，立柱的底部必须牢固连接在基础上，本工程使用的是预埋钢构件（如上图示）。
4.结语
根据奥园太阳能光伏发电站的设计、安装、使用和维护保养，有以下几点心得：
（1）太阳能发电的主要特点是：采用高效率单晶体硅太阳能电池片，转换效率高；使用寿命长：≥25年，衰减少；采用高透光率钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；无人值守，免人维护；初期投资较大。
（2）经济效益：按山东泰安市平均日照时间4.5小时计算，总发电量：（26640+9990）×4.5×365＝60164775wh≈60165KWH
如前所述，奥园采用的是综合节能技术，公共照明采用LED灯，节省电量2/3，该光伏电站所发电量，根据实际运行来看，满足了设计和使用要求，经济效益较明显。
（3）社会效益显现：据统计，每安装1KW太阳能光伏发电系统，每年可减少CO2排放量2000kg，按25年计算：
（26.6+10）×25×2000＝1830000kg＝1830t
折合减少1830吨的CO2排放量。
该工程也在当地新能源推广方面起到了示范作用，参观学习的各方人士络绎不绝。
（4）由于小型光伏发电站初期投资较大，项目规模远远达不到国家补贴最低标准（300KW），需要房地产企业家高瞻远瞩，把经济效益和科技地产、责任地产结合起来，积极探索太阳能发电系统在住宅、商业和旅游地产中的应用；地方建设管理部门对小型光伏发电站应出台相应鼓励政策，使太阳能光伏产业在房地产行业中推广开来。
参考文献
[1]周志敏，纪爱华编著，《太阳能光伏发电系统设计与应用实例》[M].北京:电子工业出版社，2011
[2]《太阳光伏电源系统安装工程设计规范》[M]（CECS84；96）