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【摘 要】太阳能独立光伏发电系统符合环保节能需求。本文针对辽宁沈阳地区农田值班房设计了一套太阳能光伏发电系统，能够满足农田值班房内日常照明、灌溉及基本娱乐需求，且可以在连续三天阴雨天正常工作。通过估算得系统总投资16100元，静态投资回收期和动态投资回收期分别为1.7和4.8年，具有相当的可行性。
【关键词】农田值班房；太阳能光伏发电系统
1.引言
近年来太阳能光伏发电应用领域越来越广泛。目前太阳能光伏发电应用主要集中于大型并网电站的建设，对于小型分散性光伏系统建设着力不多。目前我国无电地区通常远离大电网、人口稀少、居住分散、交通不便，无法采用电网供电。本文旨在为远离电网的偏远山区设计一套用以解决生活需求的独立光伏发电系统：通过计算所需用电负荷参数，确定所需太阳能电池板的数量及布局，完成独立光伏发电系统的设备选型，进而通过静态回收期、动态投资回收期等对系统进行经济性评价。
2.光伏发电系统的设计
本文的设计以辽宁省沈阳市某农田值班房为例进行设计。沈阳市位于北纬41.77度，年日照时数在2200～3000h之间，年总辐射量120～140kcal/cm2年。查询沈阳气象局气象记录，可以得到沈阳地区最佳倾斜角月平均辐照量的数据。根据最佳倾角=纬度+1的原则，可得太阳能电池板最佳倾斜角度为42.77°。
考虑到农田值班房的照明、灌溉、娱乐等需求，对负载做如下设计：1个15W节能灯，日均工作6h；1个100W的21寸彩色电视机，日均工作4h；1个500W的农用潜水泵，潜水泵设计为一周使用两次，平均工作时间为6h，但因潜水泵使用时所需电量很大，故在设计太阳能发电系统时为了满足用电量的需求，以潜水泵每日都在工作为条件进行负载计算；1个25W的卫星电视接收机，日均工作4h；其他小型电器、手机充电器等10W，日均工作3h，则日平均消耗功率为151.25W。
太阳能电池容量由计算，为安装面日照量 的年最小值（Mw·h/cm2·d）；PL为负载的日平均消耗功率（W）；k为系数（K=K1×K2×K3×K4×K5×K6×K7×K8×K9）；K1：充电效率（取0.97；）K2：太阳能电池组件脏污系数；K3：电池板温度补正系数；K4：直并联接线损失系数；K5：最佳输出补偿系数；K6：蓄电池充放电效率（取0.9）；K7：变换器效率；K8：变压器效率；K9：DC线损率。计算得太阳能电池板的容量为1904.43W，为了提高供电可靠性，确定容量为2250W。蓄电池组为电压24V，于是将3块12V单晶硅太阳能电池板串联安装。
蓄电池的容量由Be=（PL×24×D）/（Kb×V）计算，系统连续阴雨天数设计为3天，蓄电池最大放电深度系数0.7，逆变器转换效率0.92，线损为0.05，则安全系数Kb就为0.61，得蓄电池的容量为743.85A·h。为提高系统可靠性，将蓄电池容量定为Be=750A·h。选择12V电池，串联成24V的电池组，蓄电池组由6块250A·h /12V的蓄电池组成，先两两串联后再并联三组。
逆变器是根据负载总功率进行选择的，根据上文用电负载的总功率为650W，选用功率为800W，输出端口为230V的逆变器。系统电压24V，太阳能电池板单体的工作电流8.38A，因此选择工作电压24V，工作电流10A的充放电控制器。表1为系统设备清单，系统总成本16100元。
3. 系统的经济性评价
沈阳市民用电费0.5元/度，太阳能电池方阵日产电量1.6335×9×3.61=53.07kW·h（1.6223为单体太阳能电池板的面积m2；9为太阳能电池板数量；3.61为12月份最佳倾斜面日照量kW·h /m2），全年生产电力价值0.8×53.07×356=9446.46≈9446元，系统总投资16100元，则静态投资回收期为1.7年。
系统总投资29104.1元，其中16100元为光伏系统初建成本，13004.1元为25年（太阳能电池板使用寿命）中每8年更换蓄电池组的费用的折现值金额。安装后的第一年有9446元（全年的电费总额）的净现金流入，假设寿命期内（25年）沈阳地区的市民用电费用保持不变，粗略计算可得动态投资回收期为4.8年。
4. 结论
本文针对辽宁沈阳地区农田值班房设计了一套太阳能光伏发电系统，能够满足农田值班房内日常照明、灌溉及基本娱乐需求，且可以在连续三天阴雨天正常工作，通过对太阳能光伏阵列、蓄电池容量的计算、控制器、逆变器的选型等工作，给出了系统配置。对系统的经济性进行了评价。系统的静态回收期为1.7年，考虑到系统在寿命期内的维护更换费用及社会平均利率等因素，动态回收期为4.8年，从技术和经济性角度证明了系统的可行性。
【关键词】农田值班房；太阳能光伏发电系统
1.引言
近年来太阳能光伏发电应用领域越来越广泛。目前太阳能光伏发电应用主要集中于大型并网电站的建设，对于小型分散性光伏系统建设着力不多。目前我国无电地区通常远离大电网、人口稀少、居住分散、交通不便，无法采用电网供电。本文旨在为远离电网的偏远山区设计一套用以解决生活需求的独立光伏发电系统：通过计算所需用电负荷参数，确定所需太阳能电池板的数量及布局，完成独立光伏发电系统的设备选型，进而通过静态回收期、动态投资回收期等对系统进行经济性评价。
2.光伏发电系统的设计
本文的设计以辽宁省沈阳市某农田值班房为例进行设计。沈阳市位于北纬41.77度，年日照时数在2200～3000h之间，年总辐射量120～140kcal/cm2年。查询沈阳气象局气象记录，可以得到沈阳地区最佳倾斜角月平均辐照量的数据。根据最佳倾角=纬度+1的原则，可得太阳能电池板最佳倾斜角度为42.77°。
考虑到农田值班房的照明、灌溉、娱乐等需求，对负载做如下设计：1个15W节能灯，日均工作6h；1个100W的21寸彩色电视机，日均工作4h；1个500W的农用潜水泵，潜水泵设计为一周使用两次，平均工作时间为6h，但因潜水泵使用时所需电量很大，故在设计太阳能发电系统时为了满足用电量的需求，以潜水泵每日都在工作为条件进行负载计算；1个25W的卫星电视接收机，日均工作4h；其他小型电器、手机充电器等10W，日均工作3h，则日平均消耗功率为151.25W。
太阳能电池容量由计算，为安装面日照量 的年最小值（Mw·h/cm2·d）；PL为负载的日平均消耗功率（W）；k为系数（K=K1×K2×K3×K4×K5×K6×K7×K8×K9）；K1：充电效率（取0.97；）K2：太阳能电池组件脏污系数；K3：电池板温度补正系数；K4：直并联接线损失系数；K5：最佳输出补偿系数；K6：蓄电池充放电效率（取0.9）；K7：变换器效率；K8：变压器效率；K9：DC线损率。计算得太阳能电池板的容量为1904.43W，为了提高供电可靠性，确定容量为2250W。蓄电池组为电压24V，于是将3块12V单晶硅太阳能电池板串联安装。
蓄电池的容量由Be=（PL×24×D）/（Kb×V）计算，系统连续阴雨天数设计为3天，蓄电池最大放电深度系数0.7，逆变器转换效率0.92，线损为0.05，则安全系数Kb就为0.61，得蓄电池的容量为743.85A·h。为提高系统可靠性，将蓄电池容量定为Be=750A·h。选择12V电池，串联成24V的电池组，蓄电池组由6块250A·h /12V的蓄电池组成，先两两串联后再并联三组。
逆变器是根据负载总功率进行选择的，根据上文用电负载的总功率为650W，选用功率为800W，输出端口为230V的逆变器。系统电压24V，太阳能电池板单体的工作电流8.38A，因此选择工作电压24V，工作电流10A的充放电控制器。表1为系统设备清单，系统总成本16100元。
3. 系统的经济性评价
沈阳市民用电费0.5元/度，太阳能电池方阵日产电量1.6335×9×3.61=53.07kW·h（1.6223为单体太阳能电池板的面积m2；9为太阳能电池板数量；3.61为12月份最佳倾斜面日照量kW·h /m2），全年生产电力价值0.8×53.07×356=9446.46≈9446元，系统总投资16100元，则静态投资回收期为1.7年。
系统总投资29104.1元，其中16100元为光伏系统初建成本，13004.1元为25年（太阳能电池板使用寿命）中每8年更换蓄电池组的费用的折现值金额。安装后的第一年有9446元（全年的电费总额）的净现金流入，假设寿命期内（25年）沈阳地区的市民用电费用保持不变，粗略计算可得动态投资回收期为4.8年。
4. 结论
本文针对辽宁沈阳地区农田值班房设计了一套太阳能光伏发电系统，能够满足农田值班房内日常照明、灌溉及基本娱乐需求，且可以在连续三天阴雨天正常工作，通过对太阳能光伏阵列、蓄电池容量的计算、控制器、逆变器的选型等工作，给出了系统配置。对系统的经济性进行了评价。系统的静态回收期为1.7年，考虑到系统在寿命期内的维护更换费用及社会平均利率等因素，动态回收期为4.8年，从技术和经济性角度证明了系统的可行性。