發布日期：2022-10-09 點擊率：113
液位繼電器是控制液面的繼電器。這是一個繼電器內部有電子線路。利用液體的導電性。當液面達到一定高度時繼電器就會動作切斷電源。液面低于一定位置時接通電源使水泵工作。達到自動控制的作用。自動控制由傳感器和控制執行機構組成。液位控制器的傳感器一般是導線。利用水的導電性。水的導電性較差，不能直接驅動繼電器。所以要有電子線路將電流放大，以推動繼電器工作。簡化的話是這樣。線分高低中三線，高為水位溢出點，自由控制水位高度，水位到此自動停止，低為點為自動加水點，水位在這個點時自動啟動加水裝置。中線為常觸點。
①、⑧端子為繼電器工作電源接線端子，電源有AC380V和AC220V兩種電源，圖2中液位繼電器電源為AC220V，即①端子接L1，⑧端子接N；
②、③、④端子輸出液位繼電器的自動控制信號，輸出端子工作電壓為AC220V，③端子為輸出信號公共端，②和③之間輸出供水泵液位控制信號，③和④之間輸出排水泵液位控制信號；
⑤、⑥、⑦為水池中液位電極A、B、C對應的接線端子，液位電極端子間為DC24V的安全電壓，⑤端子接高水位電極A，⑥端子接低水位電極B，⑦端子接水池中位置最低的公共電極C。注意，實驗中入水電極采用1～1.5mm2的銅芯硬質絕緣線，入水一端剝離5mm絕緣皮。
供水型液位繼電器缺水工作，水滿停止。
排水性液位繼電器水滿工作，缺水停止。
“高”為水池上限液位控制點，水位上升達到高點水位，水與探頭（電極）接觸，控制器自動開泵，開始排水。
“中”為水池下限液位控制點，水位下降至中點水位以下，水與探頭（電極）脫離接觸，控制器自動關泵，停止排水。
“低”為水池地線，放在水池的最低點，與水池底部接觸。
太陽能家庭發電系統由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。
太陽能家庭發電系統分為離網發電系統與并網發電系統：
1、離網發電系統。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。
2、并網發電系統就是太陽能組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電這后直接接入公共電網。并網發電系統有集中式大型并網電站一般都是國家級電站，主要特點是將所發電能直接輸送到電網，由電網統一調配向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，發展難度較大。而分散式小型并網發電系統，特別是光伏建筑一體化發電系統，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優點，是并網發電的主流。
組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。
1）太陽能板
太陽能電池板是太陽能家庭發電系統中的核心部分，太陽能電池板的作用是將太陽的光能轉化為電能后，輸出直流電存入蓄電池中。太陽能電池板是太陽能家庭發電系統中最重要的部件之一，其轉換率和使用壽命是決定太陽電池是否具有使用價值的重要因素。 組件設計：按國際電工委員會IEC：1215：1993標準要求進行設計，采用36片或72片多晶硅太陽能電池進行串聯以形成12V和24V各種類型的組件。該組件可用于各種戶用光伏系統、獨立光伏電站和并網光伏電站等。
2）太陽能控制器
太陽能控制器是由專用處理器CPU、電子元器件、顯示器、開關功率管等組成。
3）蓄電池
蓄電池的作用是在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。太陽能蓄電池是‘蓄電池’在太陽能光伏發電中的應用，主要采用鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池，膠體蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池四種。 國內廣泛使用的太陽能蓄電池主要是：鉛酸免維護蓄電池和膠體蓄電池，這兩類蓄電池，因為其固有的“免”維護特性及對環境較少污染的特點，很適合用于性能可靠的太陽能電源系統，特別是無人值守的工作站。
4）逆變器
太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能家庭發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。
光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。光伏發電的優點是較少受地域限 制，因為陽光普照大地;光伏系統還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設周期短的優點。
光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是并 網發電，光伏發電系統主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件，所以，光伏發電設備極為精 煉，可靠穩定壽命長、安裝維護簡便。理論上講，光伏發電技術可以用于任何需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源 無處不在。太陽能光伏發電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系 統和計算器輔助電源等。
優點
1、太陽能取之不盡，用之不竭，地球表面接受的太陽輻射能，能夠滿足全球能源需求的1萬倍。只要在全球4%沙漠上安裝太陽能光伏系統，所發電力就可以滿足全球的需要。太陽能發電安全可靠，不會遭受能源危機或燃料市場不穩定的沖擊；
2、太陽能隨處可處，可就近供電，不必長距離輸送，避免了長距離輸電線路的損失；
3、太陽能不用燃料，運行成本很低；
4、太陽能發電沒有運動部件，不易用損壞，維護簡單，特別適合于無人值守情況下使用；
5、太陽能發電不會產生任何廢棄物，沒有污染、噪聲等公害，對環境無不良影響，是理想的清潔能源；
6、太陽能發電系統建設周期短，方便靈活，而且可以根據負荷的增減，任意添加或減少太陽能方陣容量，避免浪費。
缺點
1、地面應用時有間歇性和隨機性，發電量與氣候條件有關，在晚上或陰雨天就不能或很少發電；
2、能量密度較低，標準條件下，地面上接收到的太陽輻射強度為1000W/M^2。大規格使用時，需要占用較大面積；
3、價格仍比較貴，為常規發電的3~15倍，初始投資高。
1、家庭式太陽能發電系統整體設計步驟
如圖3-1為家庭式太陽能發電系統設計步驟框圖。家庭式太陽能光伏發電系統的設計分為軟件設計和硬件設計，軟件設計先于硬件設計。軟件設計包括：負載用電量的計算，太陽能電池方陣面輻射量的計算，太陽能電池和蓄電池容量的計算，太陽能電池方陣安裝傾角的計算，系統運行情況的預測和系統經濟效益的分析等。硬件設計包括：負載的選型及必要的設計，太陽能電池和蓄電池的選型，太陽能電池支架的設計，逆變器的選型和設計，以及控制系統選型和設計。由于軟件設計牽涉到復雜的太陽能輻射量、安裝傾角以及系統優化的設計計算，一般是由計算機來完成的；在要求不太嚴格的情況下，也可以采取估算的辦法。
在設計計算中，需要的基本數據主要有：現場的地理位置，包括地點、緯度、經度和海拔等；安裝地點的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量及散輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長連續陰雨天數，最大風速及冰雹、降雪等特殊氣象情況。氣象資料一般無法做出長期預測，只能以過去10年到20年的平均值作為依據。另外，從氣象部門得到的資料，一般只有水平面的太陽輻射量，實際使用時必須設法換算到相應陣列傾斜面上的輻射量。對于偏遠地區的太陽輻射數據可能并不類似于附近的城市，可采用鄰近某個城市的氣象資料或類似地區氣象觀測站所記錄的數據進行類推。
2、 光伏方陣最佳傾角計算
由于太陽光照射到地面的角度時時刻刻都在變化，而太陽能電池只有在日光直射的時候發電的效率是最高的，因此太陽能電池方陣布置有兩種方法： 一種是安裝向日跟蹤系統; 另外一種是根據計算確定最佳安裝角度安裝太陽能電池方陣。前者可以提高太陽能電池的發電效率，但成本很高，后一種雖然效率沒有前者高，但建設成本較低，綜合考慮采用第二種方法。
（1）計算方法
（3-1）式中ρ為地物表面反射率。一般情況下，最后一項地面反射輻射量很小，只占HT的百分之幾。式中H為水平面上總輻射量。ρ為地面反射率，范圍大致為0.2～0.7，通常取ρ=0.2。在實際應用時，傾角的計算結果精確到1°已經足夠。具體計算過程相當復雜，為此可利用計算機軟件，只要輸入安裝地點的太陽輻射資料及地理緯度等數據，即可算出任意傾角下的平均日輻射量，最后確定當地的最佳傾角及各月平均日輻射量［10］。
（2）平均峰值日照時數計算
由太陽能電池傾斜面方陣上有輻射資料的歷年逐月日平均太陽能輻射量可求出全年平均日太陽輻射量HT，，并用單位mWh/cm2表示，除以標準日太陽輻射照度，即可求出平均峰值日照時數T0，如式（3-7）所示。
（3）駐馬店地區的氣象資料
駐馬店位于河南中南部，北接漯河，南鄰信陽，地處淮河上游的丘陵平原地區。位于北緯32°18´—33°15´，東經113°10´—115°12´，地處亞熱帶與暖溫帶的過渡地帶，具有亞熱帶與暖溫帶的雙重氣候特征，是典型的季風型半濕潤氣候。主要特點是：季風分明、四季分明、溫濕適中、雨熱同季。年平均太陽輻射總量112～120千卡/平方厘米，年平均日照時數約為2000～2200小時。全年平均氣溫15℃，極端最低氣溫-21℃，極端最高氣溫達44℃。全市多年平均降水量為920mm，南部多于北部，西部多于東部。常年主導風向冬季為西北風和北風，夏季為東南風和南風，最大風速為25米/秒。
根據駐馬店地區的歷年逐月日平均輻射量及駐馬店地區的緯度經計算駐馬店地區平均實際日照時數7小時；平均峰值日照時數（組件表面上）為4.33小時；最小的日峰值日照時數為3.68小時；駐馬店地區的太陽能電池組件最佳傾角為41°。結果見表（3-3）所示。
3、家庭日用電負荷計算
本次試驗設計所用的家庭負荷量數據采用調查訪問的形式獲得，對普通家庭式日常用電負荷進行調查，計算統計出家庭常用負荷的功率及其用電時數，表3-4為普通家庭日常負荷表。
由統計表知普通家庭家用負載總功率約為1.78KW；每日耗電量L約為5.77kW.h 。
4、電池組件的確定
太陽能電池組件板的功率
式中，L為負載每天總耗電量；T0為平均峰值日照時數；η1為蓄電池充電效率（0.80～0.90）；η2為方陣方陣組合損失表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數，通常可取0.9～0.95；η3為逆變器的轉換效率，通常可取0.9～0.98。K為考慮一些未知工作因素，而引入的安全系數，可根據電壓等級，數據準確程度，運行環境等，在1.05～1.30之間選取。
由日耗電量L=5.77kW.h，可計算出該系統需要太陽能電池板的總功率
PA=1.67KW，由此可以選擇總功率為1.7KW的太陽能組件，一般采用太陽能電池標準組件，通過串并聯構成所需要功率的太陽能電池方陣。該系統可采用36塊每塊電壓為0.5V，功率為2.8W的太陽能電池板串聯成面積125&TImes;125，電壓18V，功率100W單晶太陽能電池組件，再用17塊該太陽能組件進行并聯使用。
5、蓄電池容量的確定
在獨立型家庭式太陽能光伏發電系統中，蓄電池是僅次于光伏組件的最重要部件，而且隨著光伏組件價格的不斷降低，蓄電池在總投資中的比例正在逐漸增加。所以，合理配置蓄電池容量十分重要：容量過大，不僅增加投資，而且會造成蓄電池充電不足，長期處于虧電狀態，加上自放電等原蓄電池容量因，蓄電池容易損壞；容量太小，容易造成過放電，不能滿足負載用電需要。參考《《RAPS Design Manual》》和《《Applied Photovoltaics》》兩個文獻，蓄電池容量的計算可以根據用電負荷和連續陰雨天數來確定，實際計算可按式（3-9）
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式中，C－蓄電池容量， S－蓄電池供電支持的天數（一般取2.5～5.0d）， L－負載平均每天用電量，；DOD－蓄電池放電深度（一般取0.8）， ηout -從蓄電池到負荷的效率：ηout = Fo&TImes;Fi， Fo－交流配電電路效率（一般取0.95），Fi－逆變器效率（一般取0.90～0.98），K－蓄電池放電容量修正系數（一般取1.2）等于蓄電池Amp-hour效率的倒數。 根據系統要求計算日耗電量L=5.77kW.h，再根據式（3-9），可算出蓄電池組的容量C值為27.91kWh，選擇12V的標稱電壓鉛酸蓄電池單體，串聯成24 V電池蓄電池組；根據電池組容量安時數等于所需瓦時除以電池組電壓，得電池組的容量C′= C/24 = 1162.86Ah，所以可選擇12個12 V，200 Ah的密封免維護鉛酸蓄電池先兩兩串聯后再進行并聯，即可接成滿足需要的蓄電池組。
6、逆變器和控制器的確定
根據用戶的負載實況要求計算出負載總功率為P負為1.77KW，由于負載的總功率大于逆變器總功率的80%時，逆變器會發熱過度減少逆變器的使用壽命，所以選擇逆變器時需要有設計余量，一般逆變器的功率計算為P逆= P負/η ，一般η取80%，則P逆為1.77kW/80% =2.22KW，所以需要選用3KW的逆變器。
太陽能電池板需要的時均總功率為PA為1.7KW ，由于采用24 V電池，因此系統最大電流約為PA/24 =70.8 A，我們可選擇24 V 80A的控制器。
7、太陽能組件安裝設計
本次設計選定的駐馬店地區位于北緯32.58o，經計算太陽能電池組件最佳傾角為41o，；比較理想的安裝位置是將太陽能電池板直接安裝在屋頂上，依據屋頂的傾角合理安排，依托不銹鋼支架安裝太陽能電池板。
一般情況下，我們在計算發電量時，是在方陣面完全沒有陰影的前提下得到的。因此，如果太陽電池不能被日光直接照到時，那么只有散射光用來發電，此時的發電量比無陰影的要減少約10％～20％。通常，在電池組件周圍有建筑物及山峰等物體時，太陽出來后，建筑物及山的圍會存在陰影，因此在選擇鋪設太陽能組件的地方時應盡量避開陰影。如圖3-2與圖3-3 為家庭式太陽能發電系統的初步設計框圖，圖3-4為家庭式太陽能發電系統連接框圖
8、家庭式太陽能系統的效益分析
8.1、系統的投資預算
系統設備具體選擇如下：
（1）太陽能電池組件：選用選用中國深圳市鑫光源太陽能科技有限公司的的多晶硅XGY-100P系列太陽能電池組件17塊進行并聯。性能優勢：高透光率的剛性玻璃，提高光的穿透性和組件的機械強度，組件玻璃具有自清潔能力，降低灰塵及其他影響組件發電效率的機率；對所有組件進行功率和電流分檔，以提高系統整體性能和組件的壽命；防水接線盒和集成旁路二極管，以減少太陽能電池組件因表面被遮擋造成的熱斑效應從而引起的組件損傷；通過多項國際認證和測試IEC， Tuv， CE， ISO，提供五年的產品質量保證和10-25年的產品功率保證。工作參數指標：最大功率 100W；工作電流 5.88A；工作電壓 17.2V；系統電壓 12V；開路電壓 21V；短路電流 6.5A；電池數量 36只；外形尺寸 1161&TImes;670&TImes;35（mm）；參考重量 8.6KG。
（2）蓄電池電池組：選用中國深圳環宇昌電池有限公司的鉛酸電池，選擇容量為200Ah的12塊電池，兩兩串聯后再進行并聯。工作參數指標：電壓：12 V；型號：HYS122000 ；化學類型：免維護； 電液量：標準 L；外型尺寸：327*172*225 mm；額定容量：200Ah ；重量：29.8KG。由此知防反充二極管的耐壓值可取35V。
（3）控制器：選用中國北京普泰日盛的大功率控制器。性能優勢：可根據不同的使用環境調整參數，最大效率的進行光-電能量轉換；淘汰了傳統控制器落后的技術，采用了全新的硬件技術；采用真正的多級PWM充電模式，有效延長蓄電池壽命；具有過充、過放、過熱、電子短路、過載保護，防反接等完善的保護功能；溫度適應范圍（-25℃--55℃），并自帶溫度補償程序，令控制器在充放電控制中自動適應當前溫度，有效保護蓄電池。工作參數指標：額定電壓12V/24V/48V/220V，過充電壓14.4V、×2/24V，過放電壓11.1V、×2/24V，負載能力40A/60A/80A/100A/120A。
（4）逆變器：選用中國北京普泰日盛的中等功率逆變器。性能優勢：逆變器核心元器件全部為美國原裝進口，安全、穩定、可靠；標準工頻純正弦波輸出，適用于任何負載；抗沖擊能力強，150%過載可工作20s，最大程度避免客戶在使用不當的時造成設備損壞；輸入、輸出回路完全隔離，確保用戶安全使用；完善的保護功能：自動穩壓、過壓保護、欠壓保護、過載保護、短路保護、過熱保護、直流端防反接保護等。工作參數指標：額定功率：1KW～5KW；輸入電壓：DC12V/24V/48V；輸出電壓：AC220V/110V；輸出頻率：50HZ±0.05Hz；逆變效率：95%。
該家庭式太陽能發電系統的總投資約為6.61萬元，具體預算如表3-5所示。
8.2、系統的經濟效益 節約的電量計算如下：
式中 PA為太陽能電池板的最大功率量，該系統為1.7KW；T0為平均峰值日照時數，4.33h；η1為蓄電池充電效率（0.80～0.90）；η2為方陣表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數，通常可取0.9～0.95；η3為逆變器的效率通常可取0.9～0.98；E0為線路傳輸損耗，綜合考慮可取0.05；N為每年的天數，通常可取365。
每年節約的用電量：P=2138.69 kW.h
年節約電費A1=1132.24 kWh×0.56元=1191.66元
此外還有個對應電價上調節約的增加額G1=1132.24 kW.h×0.04元=85.54元 分別利用等額收付（Uniform Series Present Worth Factor）和遞增等差收付序列（Present Worth Factor of the Uniform Gradient Series）現值計算公式，25年節約電費現值P1計算過程如下：
式中i是對應于可再生能源系統的社會年利率（10%），n是光伏發電系統的太陽能電池組件工作年限， A1是每年光伏發電系統節省的等年值電費， G1是光伏發電系統每年節省的因電價預期上調增加的等差變額電費。
8.3、系統的社會效益
根據專家統計：每節約 1度（千瓦時）電，就相應節約了0.4千克標準煤，同時減少污染排放0.272千克碳粉塵、0.997千克二氧化碳（CO2）、0.03千克二氧化硫（SO2）、0.015千克氮氧化物（NOX）。
則該系統每年可以為國家節省發2138.69度電所消耗的標準煤0.86噸，減少排放污染物0.582噸碳粉塵、2.132噸二氧化碳（CO2）、0.073噸二氧化硫（SO2）、0.032噸氮氧化物（NOX）。
經過計算可以知道，目前家庭式太陽能系統的造價成本相對較高，但是可以用于偏遠地區。當然了我們不能只考慮到它的經濟效益，還要考慮其巨大的社會效益。隨著光伏發電技術的提高，以及國家對新型能源扶持力度的加大，家庭式太陽能發電系統必將以惠民的價格走入千家萬戶，創造出巨大的社會效益。
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