太陽(yáng)能為住宅供電原理

有了光伏（PV）模塊，我們該如何利用呢？如何利用太陽(yáng)能來(lái)為房間供電？盡管它并非像隨便在屋頂放置一些模塊那樣簡(jiǎn)單，但也不是特別復雜。

首先，并非每個(gè)屋頂都有合適的朝向或傾斜角度可以充分利用太陽(yáng)能。北半球的無(wú)軌道光伏系統應指向正南（這是方位）。它們應該以該地區緯度來(lái)設定傾斜角度，以便可以整年吸收盡可能多的能量。如果希望在上午或下午以及夏季或冬季獲得盡可能多的能量，可以采用不同的方位、傾角。當然，不管在一天或者一年中的什么時(shí)間，模塊決不能被附近的樹(shù)木或者建筑物擋住。在光伏模塊中，即使36塊電池中只有一塊被擋住了，發(fā)電量也會(huì )減少一大半。水份計 | 轉換器 | 酸堿度計 | 管鉗 | 酸堿計 | 熱流計 | 高斯計 | GPS | VOC檢測儀 | 溫度記錄儀 | 電池測試儀 | 氣體分析儀 | 密度計 | 圓嘴鉗 | 光度計 | 萬(wàn)用表 

如果您有一間房子，它的屋頂沒(méi)有遮擋并且朝南，那么您還需要確定自己需要的系統規模。這是一項復雜的工作，因為發(fā)電量取決于天氣情況，而天氣從來(lái)都是不可完全預測的，并且您的用電需求也會(huì )隨時(shí)發(fā)生變化。這些障礙很容易清除。氣象數據會(huì )提供不同地理區域每月的平均日照水平。其中考慮了降雨和多云天氣，以及緯度、濕度和其他更細微的因素。您在設計時(shí)應考慮到日照狀況最差的月份，這樣才能保證全年都有充足的電力供應。有了這個(gè)數據，并且清楚自己家里的平均用電需求（通過(guò)用電帳單即可得知每月的用電量），可以用一些簡(jiǎn)單的方法來(lái)確定您需要多少個(gè)光伏模塊。此外，您還需要確定系統電壓，這可以通過(guò)決定串聯(lián)的模塊數量來(lái)控制。

您可能已經(jīng)猜到我們要解決的幾個(gè)問(wèn)題了。首先，在沒(méi)有太陽(yáng)光照射時(shí)我們應該怎么做？當然，如果可以選擇的話(huà)，肯定沒(méi)有人愿意接受只在白天并且只在晴朗的白天才有電的生活。我們需要能量存儲裝置——電池。遺憾的是，電池為光伏系統增加了很多成本和維護工作。但是在目前，電池還是一個(gè)必需品，因為只有這樣才能完全擺脫天氣的影響。繞開(kāi)這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)方法是，將房子與電網(wǎng)相連，從而可以在需要電的時(shí)候買(mǎi)電，而在發(fā)電量超過(guò)需要時(shí)賣(mài)電。這樣，電網(wǎng)實(shí)際上充當了一個(gè)巨大的能量存儲系統。當然，這需要征得電網(wǎng)方面的同意，并且在大多數情況下，它們從您這里買(mǎi)電的價(jià)格將比它們售電的價(jià)格低得多。您還需要特殊的設備來(lái)確保出售給電網(wǎng)的電力與它們的電力同步——即共享相同的正弦波形和頻率。安全性也是一個(gè)問(wèn)題。電網(wǎng)需要確保如果在您的住宅附近出現斷電，您的光伏系統不會(huì )向線(xiàn)路工人以為已經(jīng)沒(méi)有電的線(xiàn)路供電。這稱(chēng)之為隔離。

如果您決定使用電池，請切記電池是需要維護的，并且在一定年限之后需要更換。光伏模塊應該可以使用20年或者更長(cháng)的時(shí)間，但電池就沒(méi)有這么長(cháng)的壽命了。由于電池中存有能量且包含酸性電解液，光伏系統中的電池可能非常危險，因此您需要為它們提供一個(gè)通風(fēng)良好的非金屬外殼。

盡管常用的電池有好幾種類(lèi)型，但它們都有一個(gè)共同的特性，即它們都是深循環(huán)電池。與您的汽車(chē)電池（淺循環(huán)電池）不同，深循環(huán)電池可以釋放出比存儲電能還要多的電能，同時(shí)還能保持較長(cháng)的壽命。汽車(chē)電池在很短的時(shí)間內會(huì )釋放很大的電流來(lái)啟動(dòng)您的汽車(chē)，并且在您駕駛時(shí)立即充電。光伏電池通常需要經(jīng)過(guò)較長(cháng)的時(shí)段（如整夜時(shí)間）才會(huì )釋放出較小的電流，并在整個(gè)白天進(jìn)行充電。

最常用的深循環(huán)電池是鉛酸電池（密封式和開(kāi)口式）和鎳鎘電池。鎳鎘電池雖然價(jià)格昂貴，但使用壽命較長(cháng)，并且可以更徹底地放電而不會(huì )對其性能造成損害。即使是深循環(huán)鉛酸電池，在百分之百放電的情況下也不可避免地會(huì )嚴重縮短電池壽命。通常來(lái)說(shuō)，光伏系統中鉛酸電池的放電率不會(huì )超過(guò)40%到50%。

另外，使用電池時(shí)還需要安裝充電控制器。如果能夠妥善使用電池，避免過(guò)度充電或過(guò)度消耗，那么電池的壽命會(huì )長(cháng)得多。這正是充電控制器要做的工作。一旦電池充滿(mǎn)電，充電控制器就不再允許電流從光伏模塊繼續流入電池中。同樣，一旦電池電量消耗到一定水平（通過(guò)測量電池電壓來(lái)控制），很多充電控制器將不允許更多的電流繼續從電池流出，直至對電池進(jìn)行重新充電。充電控制器的使用對延長(cháng)電池壽命起到了重要作用。

另一個(gè)問(wèn)題是，由光伏模塊產(chǎn)生的電以及從電池中提�。ㄈ绻�您選擇使用電池）的電都是直流電，而電網(wǎng)所供應的電（以及您房間中各種家用電器使用的電）是交流電。因此您需要一個(gè)換流器，這是一種能將直流電轉換為交流電的設備。大多數大型換流器還允許您自動(dòng)控制系統的工作方式。有些名為交流模塊的光伏模塊實(shí)際上在每個(gè)模塊中內置了一個(gè)換流器，因而無(wú)需使用大型的集中型換流器，并簡(jiǎn)化了接線(xiàn)問(wèn)題。

帶有電池存儲的光伏系統的一般示意圖

配備了安裝硬件、接線(xiàn)、接線(xiàn)盒、接地設備、過(guò)電流保護、直流和交流斷路器以及其他附件之后，您就有了一個(gè)自己的系統。安裝時(shí)必須遵守電氣法規（《美國國家電氣法規》（National Electrical Code）中有一個(gè)針對光伏系統的條款）。強烈建議由在光伏系統方面有經(jīng)驗的持證電工來(lái)完成安裝工作。安裝完成之后，光伏系統幾乎不需要維護（尤其在不使用電池的情況下），并可在20年或者更長(cháng)的時(shí)間里提供清潔、安靜的電能。

既然光電是這么好的一種免費能源，那么為何全世界沒(méi)有都靠太陽(yáng)能來(lái)發(fā)電呢？有些人對太陽(yáng)能抱有一種錯誤的觀(guān)念。盡管太陽(yáng)光確實(shí)是免費的，但光伏系統發(fā)的電并不是免費的。從我們對家用光伏系統的討論中您可以看到，這個(gè)系統需要很多硬件。目前，一個(gè)安裝好的光伏系統的成本約為每峰瓦9美元。為了讓您對家用發(fā)電系統的成本有一個(gè)概念，讓我們來(lái)看一看太陽(yáng)房——一幢位于北卡羅萊納州羅利市的模型住宅，北卡羅萊納州太陽(yáng)能中心在其中安裝了光伏系統，以展示這項發(fā)電技術(shù)。這是一幢相當小的住宅，據估計，它的3.6千瓦光伏系統將滿(mǎn)足總電力需求的一半（該系統沒(méi)有使用電池，而是與電網(wǎng)相連）。盡管如此，以每瓦特9美元的價(jià)格來(lái)計算，安裝這個(gè)系統將花費您大約32,000美元。

光伏系統之所以通常用于遠離傳統電源的偏遠地區，原因就在于此�，F在，它確實(shí)無(wú)法與電網(wǎng)競爭。不過(guò)，隨著(zhù)研究工作的深入，太陽(yáng)能發(fā)電的成本將會(huì )下降。研究人員相信，總有一天，市區的光伏系統的成本效益會(huì )同偏遠地區一樣。部分問(wèn)題在于，必須大規模生產(chǎn)才能盡可能地降低產(chǎn)品成本。而只有產(chǎn)品價(jià)格降到有競爭力的水平，才會(huì )產(chǎn)生對光伏系統的需求。這就陷入了進(jìn)退兩難的境地。即便如此，需求量和模塊效率還是在不斷地提高，產(chǎn)品價(jià)格也在不斷地下降，全世界也越來(lái)越關(guān)注傳統電源所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，所有這些都為光電技術(shù)帶來(lái)了光明的前景。