边远山区畜禽养殖场光伏发电系统的设计

韩群勇



边远山区畜禽养殖场光伏发电系统的设计

韩群勇

（漳州职业技术学院 建筑工程系，福建 漳州 363000）

研究太阳能光伏系统向一个边远山区畜禽养殖场供电，设计了一种可自动控制的光伏发电系统，能充分利用太阳能这一取之不尽的清洁能源，又不会对环境造成污染，具有应用前景。

畜禽养殖场；光伏系统；自动控制；节能减排

1 引言

目前，国内养殖业空前发展，其排放量大、治污水平低、监管薄弱等使得畜禽养殖业位居全国重点污染排放领域之首，这一领域也将成为“十二五”环境监管的重要内容。目前许多养殖户将畜禽养殖场选择在远离都市、村庄、城区、居民点的地方，但这些地方往往电网无法达到而太阳能资源又丰富。如何充分利用太阳能这一清洁的可再生资源以解决供电问题成为当前一个重要课题。畜禽养殖场的电力负荷包括照明负载和动力负载，照明负载主要解决照明问题，动力负载主要解决取水供水问题。针对此情况，本文设计一种光伏发电系统以解决边远山区养殖场的供电问题，具有较好的研究与应用价值。

2 边远山区畜禽养殖场光伏发电系统构成与设计

2.1边远山区畜禽养殖场光伏发电系统的构成

整个系统构成如图1所示。

图1 边远山区畜禽养殖场光伏发电系统示意图

整个畜禽养殖场光伏系统主要由太阳能电池板、蓄电池组、控制器、逆变器、切换开关、柴油发电机和交流负载等几部分组成。太阳能电池板负责将太阳能直接转换成电能,存贮在蓄电池组内；控制器根据实际用电需要，通过控制逆变器和切换开关以满足养殖场的照明和供水用电需求；逆变器，将存储的电能逆变成交流电供给负载使用。此外，由于气候的不稳定性，使得太阳光会出现不连续的情况，特别是在春季很容易出现持续阴雨天气的现象，此时太阳能电池板就无法发电，而蓄电池组储存的电能又有限，这样就会出现供电不足的情况。为避免由恶劣天气或其他不可预测的情况引起的供电不足，本系统采用备用柴油发电机以解决此问题，控制器根据对蓄电池的电压情况及当地的气候条件自动切换电源，以满足不间断供电，实现自动控制的功能。

2.2负荷选择

2.3太阳能电池板的选择

综合考虑各种因素，本系统需用12片功率为60W、电压为12 V的太阳能电池板，其发电方式为3路并联、每路4片太阳能电池板串联。

2.4蓄电池组容量的确定

2.5逆变器的选择

逆变器主要功能是将太阳能电池板输出直流电逆变成负载需要的交流电。由于太阳能电池输出的电压随光照的变化而变化，具有不稳定性，会对后续的逆变电路造成影响，为解决其稳定性需先稳压，通常可采用直流稳压电路先实现直流--直流变换，输出稳定电压后再逆变。逆变器实现直流--交流逆变，将稳压直流电逆变成交流电，再通过变压、整流、滤波后供负载使用。为保证逆变的交流电能满足供电需求，需对其检测。目前常用的直流--直流变换电路的有Buck型、Boost型、Buck-Boost型和Cuk型，其中Boost型线路损耗大、Buck-Boost型需考虑滤波问题、Cuk型电路复杂成本高，综合考虑，本系统选用Buck型电路作为直流--直流变换电路，它可通过调制脉宽或者频率调制来实现稳压输出。由于节能灯和潜水泵都使用单相电AC220V，故本系统的直流--交流逆变电路采用单相电压型逆变电路，常见的电路有半桥逆变电路、全桥逆变电路和带中心抽头变压器的逆变电路三种。因潜水泵对于电源电压要求比较高，所以直流--交流逆变电路采用全桥逆变电路以保证供电质量。

2.6控制器的功能

控制器是整个系统的核心，其主要功能保证整个系统稳定运行，且最大程度利用太阳能。有光照时，太阳能电池板将光能转换成电能存储在蓄电池组中，控制器通过电压传感器对蓄电池的充电电压进行控制，同时启动Buck型直流—直流变换器将蓄电池的电能通过转换成稳定的直流电压，再经过全桥逆变器将直流电逆变成220V交流电，供节能灯与水泵使用。为保证逆变的交流电符合负荷电源质量要求，控制器通过反馈电路对逆变的交流电进行电压采样，经过变压、整流、滤波后的反馈电压可作为Buck型变换器的脉宽调制控制依，如检测到反馈电压与给定值无偏差时，Buck型变换器输出不变；如有检测到反馈电压与给定值偏差时，则控制器根据偏差改变Buck型变换器调制脉宽，以实现对输出的逆变电压误差自动校正，确保逆变交流电满足负荷要求。

如遇超负荷使用或持续阴雨天气时，蓄电池所储存的电量不足，控制器检测到电压传感器采集的信号值偏低，控制器则自动发出信号启动备用柴油发电机，并触发切换开关使电路工作在柴油发电状态，这就确保备用电与太阳能发电独立分开工作并保证不间断供电，同时对蓄电池起欠压保护作用。如遇长时间强光照时，可能出现蓄电池过充导致过压，长期工作会损害蓄电池，控制器检测电压传感器采集的信号偏高时，自动发出切断充电，停止太阳能电池板对蓄电池充电，实现过压保护功能。整个系统在控制器的作用下确保蓄电池组任何条件下不会因过充或过放而被损坏，最大程度的利用太阳能，起到自动控制与保护的功能。

3 结论

笔者设计的可实现自动控制的边远山区畜禽养殖场光伏发电系统，能实现自动切换供电，还可自动稳压调压、过压欠压保护等，基本满足边远山区畜禽养殖场供电问题，最大程度利用太阳能这一取之不竭、用之不尽的可再生清洁能源，真正意义上实现节能减排，具备很大的推广与应用空间。但也存在若干问题如可靠性问题、电路故障自动检测与报警处理问题、防雷与接地问题、成本问题、抗干扰问题等【1】。此外还可往风光互补、集成化、供暖等多功能化方向发展。

[1]王琳基.王研兆.韩群勇.风光互补智能LED路灯的构成与设计[C].2011福建省电机电器学术年会论文集，160-161。

Design of livestock and poultry farms in remote mountainous areas of PV systems

HAN Qun-yong

(Architectural Engineering Department，Zhangzhou Institute of Technology，Zhangzhou 363000，China)

Research on photovoltaic solar power to a remote mountainous areas of livestock and poultry farms, designed to automatically control a photovoltaic power generation system that can take full advantage of this inexhaustible supply of clean solar energy and do not pollute the environment, ha sapplication prospects.

Livestock and poultry farms; PV systems; Automatic control; Energy-saving and Environmental protection

（责任编辑：季平）

2012－03－10

韩群勇（1983—），男，福建漳州人，助教，硕士，研究方向：建筑电气及自动控制。

TM615＋.2

A

1673-1417（2012）02-0017-03