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物理

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自制家用太阳能发电照明系统  

2015-05-06 22:22:51|  分类: 素材新9全21,22 |  标签: |举报 |字号 订阅

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太阳能发电系统由太阳能电池、太阳能充放电控制器、铅酸免维护蓄电池、逆变器和照明灯具组成。

太阳能电池(30W)

一般使用单晶硅/多晶硅太阳能电池,体积小,光电转换效率高。现在的价格平均为30元/W,封装后的成品会略贵些。建议购买成品,质量和稳定性有保证。本人使用30W单晶硅太阳能电池,设计寿命为25年,使用不锈钢支架安装于阳台外(可在铝合金门窗加工店定制),横向摆放可使抗风性更好,如图1。

 

图1

 太阳能充放电控制器(12V/10A)

太阳能充放电控制器是专为太阳能直流供电系统设计的,目的是为了提供过充、过放、电子短路、过载保护,在10W以上的太阳能系统中,是必不可少的,相当于整个系统的心脏。控制器的空载损耗仅为6mA,非常省电。太阳能充放电控制器有三对正负极接口,分别接太阳能电池、蓄电池和负载,如图2。控制器的选购跟负载有关,如负载超过120W,需要选用12V/20A的控制器。 

图2

 铅酸免维护蓄电池(12V/24AH)

在有些国家的太阳能系统中,可以直接通过逆变器转为交流电后输到电网,由政府收购,然后晚上再从电网问政府买电,如果发电量大还可以赚钱,也节约了蓄电池的成本。但我国目前还没有类似收购计划,电表也是单向运转的,如果将电输到电网,还会增加每月电费开支,所以使用蓄电池来存储白天所发的电量以供夜间使用,如图3。蓄电池建议选择铅酸免维护蓄电池,不用加水,使用方便。蓄电池的容量不能选太小,因为太小会浪费太阳能电池所发电量;也不能选太大,因为长时间处于未充满状态会影响电池寿命。一般情况下,以两天可以充满电池为宜。

图3

 逆变器(70W)

现在市面上有很多车载逆变器,转换效率高,价格便宜。因车载逆变器也是12V输入,所以用来当太阳能发电系统的逆变器正好合适。经测试,如果负载达到20%以上,即可使逆变器达到90%以上的转换效率;如果负载在20%以下,会使转换效率变低。所以根据负载选择合适的逆变器,可以达到最高效率,如图4。

图4

 照明灯具(18W)

照明灯具的选择着实令我费了番功夫。有LED,12V直流节能灯,220V交流节能灯这三种选择。因为是卧室照明,LED虽然光效最高,但功率小,色谱缺失,散热和驱动电路麻烦等问题,首先被排除。12V直流灯本来是最合适的光源,但是采购困难,而且光效不高。220V交流节能灯可以达到60LM/W以上,虽然逆变器会损失10%的效率,但直流节能灯一般仅为45LM/W,总体而言,还是普通的220V交流节能灯最合适。

   

安装

在室外安装好太阳能电池后,需要将室内的蓄电池,太阳能控制器等固定安装。考虑到散热问题,我想到用电脑机箱正合适,因为机箱是铁皮的,可以承受蓄电池的重量,散热也比较好。根据蓄电池的尺寸到网上找到一款小机箱,买回来装进去发现尺寸正好,见图5,图6。 

图5

 

图6

 使用感受

经测试,每天上午8点到下午3点是太阳光辐射最强的时候(上海),30W太阳能电池板在阳光下开路电压可以达到19V,短路电流可以达到1.6A,基本达到额定功率。而到了下午4点后或在阴雨天,电流就只有0.3A-0.5A,所以太阳能发电系统的设计需要考虑到连续阴雨天的情况,阴雨天发电量为晴天的1/3左右,一般以可以保证连续三个阴雨天能正常使用为佳。图7为节能灯夜间照明效果图。 

图7

除了照明外,在逆变器插上电风扇(55W),笔记本电脑(60W),都可以正常工作。如果需要长时间使用笔记本电脑或电视机等用电器,请将太阳能控制器更换成12V/20A(240W),逆变器可选150W-300W。切不可使用空调,微波炉等高功率电器。

虽然从成本来说,现在太阳能发电高于市电的价格,需要好几十年才可以收回投资成本,但环保是更为重要的。随着电力价格的上涨,和太阳能电池价格的下调,不久的将来,太阳能发电将接近或低于市电的价。到时,我们将充分利用太阳能这一绿色无污染的能源。

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