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3+kW家用型太阳能光伏发电PV系统并网后的运行和监测


第37卷第8期 2009年8月

姜氧电力
East China Electric Power

V01.37 Aug.

No.8 2009



kW家用型太阳能光伏发电(PV)系统 并网后的运行和监测
赵春江,刘永生,杨金焕 (上海电力学院太阳能研究所,

上海200090)

摘要:在上海市莘庄地区某住宅大楼屋顶上安装了3 kW并网型家用太阳能光伏发电系统。经过两年多的运 行,通过对该系统运行的跟踪、对太阻辐射和环境气温的检测以及对气候变化的观测,获取了大量的数据。主要 对这些数据进行整理和汇总,希望汇总结果对上海以及周边地区推广应用太阳能光伏发电技术能提供参考。 关键词:并网型家用PV系统;太阳辐射能;发电量;气温 基金项目:国家自然科学基金项目(10804072);上海市重点攻关项目(061612042);上海市纳米科技专项项目 (0752nm012);上海市青年科技启明星计划项目(07QAl4026);上海市基础研究重点项目(08JCl410400) 作者简介:赵春江(1953-),男,所长,研究员,博士,研究方向为太阳能应用技术。 中图分类号:TM615 文献标志码:A 文章编号:1001-9529(2009)08.1374-04

Operation and monitoring practice of 3 kV grid-connected household PV system
ZHAO

Chun-jiang,LIU

Yong-sheng,YANG

Jin—huan

(Shanghai
Abstract:A 3
ea

Electric Power CoHege,Solar Energy Research

Institute,Stmshai
on

200090)


kV咖d—connected

household PV system has been mounted

the roof of



building in

residential

ar-

in Xinzhuang District,Shanghai.After two years of operation.1arge number of data is obmined by tracking the
to

so-

lar radiation,air temperature and climate change.Analysis of these data would provide useful experience
cation of PV

the appfi?

technology in Shanghai and neighbouring

areas.

Key words:g-d—connected household PV system;solar radiation;power generation capacity;air temperature

向太阳索取电能是工业化发展到今天、大量 化石能源被消耗而面l盗枯竭的必然趋势。太阳能 光伏发电技术是人类向太阳索取电能的重要途 径。利用太阳能光伏发电系统(以下简称Pv系 统)规模可大可小的特点,把该技术推广应用到

检测H.51等。我国在家用PV系统方面也做了多年

的研究与开发怕’7。,但是并网型家用PV系统的实
际应用在本例前未见报道。鉴于此,笔者在某住宅 大楼一个家庭屋顶上建设了一套3 kW的并网型 家用Pv系统。本文汇总了系统投人运行后整整 两年的运行和检测数据,以供读者参考。


普通家庭,发挥家用PV系统的就地发电就地使
用、减少输电损失、故障就地解决的优点,将更能

体现光伏发电技术的综合经济效益。上海是个大
城市,也是人均用电大户,且常规电网四通八达, 如能充分利用家用PV系统的优点,大力推广并

系统构成
系统设置于上海市闵行区一幢13层住宅楼

的顶楼,该楼顶屋面朝南,周围无遮阳建筑,视野 开阔,远处可见交通流量极大的莘庄立交。光伏

网型家用PV系统,则对建设资源节约型和环境
友好型社会具有极大的价值和社会效益。

组件面向正南方向安装,其倾角为25。,由22块
136

作为前期工作,必须有一个示范和技术完善的 过程。国外对家用PV系统的应用技术有众多研
究,其内容有带蓄电系统的并网型…,光伏融入建 筑的建筑一体化型心’3],对系统性能和太阳辐射的

W的多晶硅光伏组件串联构成。图1为光伏

方阵外观。在标准状态下。方阵的开路电压为DC
535

V,工作电压为DCA27V,短路电流为DC
7.01

7.43 2 992

A,工作电流为DC

A,输出功率为DC

万方数据

赵春江,等3 kW家用型太阳能光伏发电(PV)系统并网后的运行和监测

1375

W。光伏发电系统由光伏方阵、并网逆变器、交流 开关箱、交流输出计量电度表和电缆构成;实验检 测系统由太阳能辐射仪、环境气温仪、数据采集传 输处理装置和通信电缆构成。系统原理示于图2。 系统于2006年12月施工,12月15日正式并 网发电。截止2008年12月31日,无故障安全运 行748 d,累计发电6
494.9

阳能日辐照量最大值和最小值是设计离网型PV 系统的重要参数,由于与PV发电量直接相关,因 此也可供电网调度部门参考,如表1和表2所示。 瞬时最大太阳辐照度与PV系统的逆变器等电气 部件容量、耐压、抗过载能力设计有关,且是扰动

电网的一个因素,列于表3,从监测的时间序列判
断,其持续时间不超过1 min。表4和图4列出了 各月的太阳辐照量,它是制订PV月发电计划和

kW?h(以逆变器输 kW?h(以通过

出计量为准),上网电量6

299.5

交流输出计量电度表的电量为准)。其间未进行 维护和清扫,光伏组件表面完全靠雨水自沽。

电网部门制订电力调度计划的参考值,也是设计
离网型PV系统辅助能源的依据。如何定义连续 阴雨天,一天的太阳辐照量为多少才能视作阴天

值得讨论。对带蓄电池的系统而言,蓄电能力设 计多大才为合适始终是设计人员的一大难题。表
5把通常视觉上可以视作阴天的日辐照量分档,

再列出持续的天数和累积辐照量,供设计蓄电池
容量时参考。从表5可以判断,在严重阴雨天 (太阳能日辐照量<500 W?h/m2d)的日子里,光 伏发电保证率几乎接近于零。换言之,在没有其
图l光伏电池方阵
光伏电池方阵(3 kW)

他辅助发电设备(风力发电、柴油机发电等)的情 况下,并网型PV系统的负载将几乎完全依靠电

网供电。对于一个完全由PV系统供电的负载 (路灯、庭院灯等)来说,会发生蓄电池连续三天
放电而得不到充电的情况。

图3太阳能辐射仪

表1全年最大和最小太阳能日辐照量(20@7年)
图2系统原理及构成

2测试结果
直接测定的数据有太阳辐照度、环境气温和
表2全年最大和最小太阳能日辐照量(2008年)

系统发电量,观测数据有气候晴雨表。为便于讨
论,截取了2007年1月1日至2008年12月31

日的完整的两年数据,现整理汇总如下。
2.1太阳辐射 太阳能辐射仪安装在太阳电池方阵的同二平 面上,即安装倾角也为25。,如图3所示。全年太

表3全年瞬时最大太阳辐照度

万方数据

1376

兽京雷力2009'37(8)

注:1)2007年累积辐照量1 345.5 kW?h/m2.2008年累积辐照1 358.9 kW?h/m2。

180

统的欠压和过压有关,将直接影响到太阳电池方 阵的输出电压和输出功率∞J,并影响到逆变器等 设备的运行,对于带蓄电池的系统,则还影响到充 电电压。在表7所列极端气温下,如果不考虑太 阳辐照度引起的温升∞J,则太阳电池方阵的输出 电压将变化±10%左右。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ll 12

童:::
≥120

塞10。0。
碑60 匠40 长20


月份 图4 2007年和2008年平均各月太阳辐照量

表6运行期间最高和最低气温(2007—2008年)

表5太阳辐照量分级 表7运行期间发电时间段最高和最低气温(2007-2008年)

O O

2.2环境气温 气温仪安装在太阳电池方阵的侧旁,通风良 好,如图5所示。图6为运行期间发电时间段的 月平均气温。表6和表7分别列出了运行期间的 最高和最低气温及运行期间发电时间段的最高和
m,0

O O

p\赠圹 ”如筋加:2

O O O O l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

最低气温。运行期间的最高和最低气温与设备的
耐热和抗冻性能有关,可供系统设计参考。而运 行期间发电时间段的最高和最低气温则与PV系 2.3睛雨天

月份 图6发电时间段月平均气温

讨论晴雨天主要是针对PV系统维护量较大
的太阳电池组件表面清洗工作。如表8所示,由 于上海地区雨水较多,且雨天的间隔一般不超过

1个月,只要太阳电池方阵具有一定的倾斜度,人
工清洗灰尘可以免除。但是上海地区汽车流量很 大,其尾气中的含油微粒漂浮于空中,吸附了空气 中的粉尘后又沉降到太阳电池玻璃面上,形成一 层有损透光的粘性油膜,这层油膜很难被雨水冲 洗掉。2008"年年初的一场雪对冲刷油膜很有效, 雪后笔者检查了太阳电池玻璃面,发现油膜已被
图5气温仪

冲刷干净。这可能是因为雪具备了沙和水的双重
表8各月雨天数
d/月 lO月
4 5

笙坌
2007
2008

!旦

14

!旦


!旦
9 2

兰旦



!旦


鱼旦


!旦
5 5







_

11月 3 6

12月

万方数据

赵春江,等3 kW家用型太阳能光伏发电(PV)系统并网后的运行和监测

1377

性能。但是随着地球温暖化的加剧,上海地区下 雪的次数越来越少。在连续3年不下雪的情况

(2)气温最高可达41℃左右,最低可达

一4。C左右,对Pv系统的设备寿命以及输出电压和 功率会有一定的影响,在做系统设计时不能忽视。
(3)年降雨天在70 d左右,且每月都有降 雨,可以考虑免除太阳电池玻璃面上的灰尘清洗, 但是对于玻璃面上的污染性油膜应加以注意。 (4)在太阳电池方阵面朝正南倾斜250安装 的情况下,每kW功率年发电量可达1
040 kW?h

下,建议用去污剂清洗一次太阳电池玻璃面。
4 O 0 O O O O O O


3 卑




2 2 l l

羽 销

|l

∞如∞如∞∞∞∞0




1 2 3 4

左右(以通过交流输出计量电度表的电量为准)。

6 7





10

ll

12

参考文献: [1]
Wu K,Kato T,Yokomizu
vel-ter

月份
Y。et

a1.Economic value of the applied
for

in-

图7 2.4

2007年和2008年平均各月发电量

in

residence一118e PV

system

electricity

stor-

PV系统发电情况 2007年1月1日至2008年12月31日,PV
[2]

age at

night【A].Power Engineering Society Winter Meeting, 2002[C].2002.195-198.

IEEE

系统无故障安全运行731 d(2008年闰2月多1

石川修.住宅用太踢光凳鼋C耋次世代飞一住宅匕太踢光 凳鼋刃融合[J].太踢工丰,L,芊一,2005,31(3):48-50. pe矗mImce

d),累计发电6

409.5

kW?h(以逆变器输出计量
kW?h(以通过交流输

[3]

C,ueymani C.Prediction and hourly globd

a∞e∞l姗t

0f

n嘲

为准),上网电量6

216.7

radiation[J].Solar Energy,2000,68(3):285-303.

出计量电度表的电量为准)。各月发电量如表9
所示,图7为两年的平均值。


[4]

太田勇,畏野克则.屋根全面太踢光凳鼋乡叉于厶老毅时 惫省工木,p芊一住宅力瑗境秤俩[J].太赐工卒儿芊一, 2006,32(2):53石1.

结语
通过以上的数据整理和汇总,对于在上海及

[5]

田中修,三岛崇宏,西田谦一郎.住宅用太踢光凳鼋≯天
于厶力赭特性[J].太赐工丰,p芊一,2006,32(3):39-48.

[6]

赵春江,崔容强.太阳能建材技术的研究与开发(I)光伏
屋顶热性能的调查[J].太阳能学报,2003。24(3):352-
356.

周边地区推广应用并网型家用PV系统可以得出 以下结论。 (1)上海地区虽属三类太阳辐照地区,但是面
[7]

崔容强,赵春江,吴达成.并网型太阳能光伏发电系统 【M].北京:化学工业出版社,2007。93-99.

朝正南250倾斜面上年辐照量平均值仍达到l

350

收稿日期:2009-04-21

kW?h/m2以上,高于日本和德国的全国平均水 平,在利用太阳能方面应属于经济价值高的地区。
袭9

本文编辑:郑文彬

2007年和2008年各月累积发电■”

kW?h

注:1)2007年累积发电量3 159.0 kW?h,2008年累积发电量3

250.5

kW?h。

乌江干流最大水电站首台600 MW机组投运
经过72 h的试运行后,贵州乌江干流水电梯级开发规划中总装机容量最大的水电站——构皮滩水电站首台600 MW大型水电机组于2009年7月31日0:00正式投入运行。


据了解,乌江构皮滩水电站是国家“西电东送”重点工程、贵州省目前在建装机容量最大的水电站,地点位于贵州余
庆县境内,于2003年11月8日开工建设,概算总投资138亿元,总装机容量3 成,其总装机容量超过葛洲坝电站。 构皮滩水电站于2004年11月16日顺利实现大江截流,建设工期为9年2个月。建成后,电站水库总库容达60多 亿一,年发电量96.67亿kW?h。 (本刊讯)
000

MW,由5台600 MW大型水电机组构

万方数据

3 kW家用型太阳能光伏发电(PV)系统并网后的运行和监测
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 赵春江, 刘永生, 杨金焕, ZHAO Chun-jiang, LIU Yong-sheng, YANG Jin-huan 上海电力学院,太阳能研究所,上海,200090 华东电力 EAST CHINA ELECTRIC POWER 2009,37(8) 0次

参考文献(7条) 1.Wu K.Kato T.Yokomizu Y Economic value of the invener in residence-use PV system applied for electricity storage at night 2002 2.石川修 住宅用太踢光発電は次世代へ一住宅と太陽光発電の融合 2005(03) 3.Gueymard C Prediction and perfonrmnce assessment of mean hourly global radiatlon 2000(03) 4.太田勇.長野克則 屋根全面太陽光発電システムを設けた省エネルギ一住宅の環境評価 2006(02) 5.田中修.三島崇宏.西田謙一郎 住宅用太陽光発電システムの諸特性 2006(03) 6.赵春江.崔容强 太阳能建材技术的研究与开发(Ⅰ)光伏屋顶热性能的调查[期刊论文]-太阳能学报 2003(03) 7.崔容强.赵春江.吴达成 并网型太阳能光伏发电系统 2007

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