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基于太阳能利用的公寓简易太阳能日光灯

维杰·德什潘德博士(Dr Vijay Deshpande)著

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屋顶太阳能光伏装置越来越受欢迎。通常这些是网格连接的系统。它们的功率从一千瓦到几十千瓦不等。这些装置被安装在小型建筑、办公楼、独立住宅和平房等的屋顶上。甚至在公寓大楼的屋顶上也安装了大型太阳能系统。该系统产生的电力用于该小区的公共区域照明、电梯等(净计量)。

然而,对于高层建筑的单个公寓,没有光伏安装。随着城市公寓数量的增加,我们必须想办法在那里安装光伏板。这将为利用太阳能开辟新的机会。

挑战

在为公寓提出任何系统之前,有必要确定问题和担忧。以下是公寓没有安装光伏的一些主要原因:

安全

太阳能电池板相当重,使用玻璃窗格。因此,如果安装在高层建筑中,有可能由于各种原因而倒塌。这对生命构成了威胁。除非完全安全,否则我们不能在高层建筑中安装太阳能电池板。

没有空间

很难找到一个合适的地方来安装面板。唯一的可能是在阳台的墙上或烤架上。

少了阳光

大多数公寓只有四到五个小时的阳光。如果阳台位于东方,阳光清晨,下午享有西边的西部阳台。产生的力量较少。因此,这不是一个有吸引力的公寓所有者的主张。

租来的公寓

对于出租的公寓,租户可能有兴趣使用太阳能,但业主可能不允许,因为有很多问题。因此,系统应该是这样的,租户应该能够快速安装面板。无论何时需要,清除也应该很容易。

尽管存在以上问题,在公寓中利用太阳能的可能性还是值得探索的。否则,很大一部分人口将无法使用太阳能。有一个谦逊的开始是值得的。随着技术的进步,它可能会变得更有效率和更划算。这里是一个尝试设计一个光伏系统的这部分。

标准化

为了有效地利用有限的空间和有限的发电潜力,有必要规范设计的各个方面。下面给出关于要标准化的每个设计参数的详细讨论。

PV电压

PV板有各种额定电压可供选择。对于有足够空间的屋顶应用,对面板的数量和操作电压没有限制。然而,在拟议的设计中,可能只有安装几个小面板的空间。因此,有必要对PV电压进行标准化。这将鼓励人们设计标准电压的电器,并将降低成本。

此外,由于空间有限,所产生的电量将在100到几百瓦之间。在这些电力水平上,不可能设计一个电网连接系统。肯定是离网系统。因此,在家里需要额外的布线。

从布线的角度来看,更细的电缆,布线变得更便宜。细细的电线可以很容易地隐藏起来,而不会破坏公寓的内部。

考虑到以上几点,并考虑到用户的安全,我们可以将PV电压标准化到120V DC。一些国家有120伏作为标准电压,它也可能提供一些优势(有待探索)。一个由36个单晶电池串联而成的光伏面板在最大功率(Vmp)下产生17.5V。也就是说,为了产生120伏的电压,我们必须串联七块这样的光伏板。

光伏面板尺寸

如上所述,使用玻璃和铝制成的重型太阳能电池板是一个安全隐患。这样的面板根本不应该使用。幸运的是,有使用聚合物制成的太阳能电池板。它们重量轻,安装起来相当安全。这些镶板很适合公寓用。聚合物面板的一个缺点是寿命长。通常,这些只能持续15年左右,这在这里是可以接受的。

标准化PV电压到120伏,我们必须串联七个面板。处理如此多的面板将成为另一个挑战。一种可能性是,所有的电池的七个面板安装在一个单一的聚合物片。这意味着所有36×7=252个电池安装在一个面板内,并串联起来。这将简化安装阳台烧烤板。如果我们选择每个10cm×2.5cm(4“x1”)大小的单晶太阳能电池,那么拥有252个单晶太阳能电池的面板将产生100W的峰值功率。在此基础上,提出了两种太阳能电池板的设计方案。

面板类型我

I型面板的设计如图1所示。细胞以42×6(252个细胞)的矩阵排列。整体尺寸为122cm×61cm(4英尺×2ft)。由于长度较长,宽度较小,它适用于水平安装。

I型聚合物面板,适用于水平安装
图1:I型聚合物面板,适用于水平安装

面板II型

II型面板的设计如图2所示。这些细胞排列在25×10(250个细胞)的矩阵中。总体尺寸为99cm×76cm (3.25ft×2.5ft)。这种形状和尺寸适合垂直安装。

聚合物面板II型,适用于垂直安装
图2:聚合物面板II型,适用于垂直安装

盘装

一旦面板尺寸标准化,就更容易安装它们。建筑施工时,在指定距离的阳台格栅上设置导向器。在施工时,建设者或客户将决定安装的面板类型。

图3显示了阳台格栅上的I型面板安装。建造者已经提供了两个间距为122厘米的指南,这是I型面板的长度。无论何时,用户决定安装面板,他只需要插入两个向导之间。面板的下缘位于提供的底部支撑(在施工期间)。因此,我们看到,安装是非常容易的,只要需要,面板可以取出。(注意:用户不应该自己安装。他应该雇用有高层建筑施工经验的专业人员。

聚合物I型面板通过滑动进入导轨安装
图3:聚合物I型面板通过滑动进入导轨安装

同样,图4显示了两个垂直安装在阳台格栅上的II型面板。在这种情况下,格栅必须稍微高一点,因为面板的高度是99厘米。在这里,对于每个面板,四个小指南提供,以使面板合适。

烧烤和墙

有些阳台有烤架,有些有墙。墙能挡风。因此,安装在墙上的面板是安全的抗风。然而,通过格栅风可以吹在面板后面,有机会,面板可能会从引导。因此,额外的托架必须固定在烤架上。如图3和图4所示,托架应固定在面板的上下边缘。

聚合物II型面板通过滑动导轨垂直安装
图4:聚合物II型面板通过滑动进入导轨垂直安装

因此,有必要引入建筑规范来固定“指南”,以达到标准化的目的。这将大大有助于太阳能电池板安装的简单和安全。
电器配件

提出的系统产生直流电(DC)和极性。因此,有必要对该系统的所有不同类型的附件进行标准化,如插脚、插座、电缆、连接器、开关、灯座等。

设计应使用户无法将PV附件插入230V电源,反之亦然。电缆也应该是颜色编码的,因此易于识别哪个是PV电缆,其是230V交流电缆。这对用户安全性非常重要,以及易于使用而没有任何混淆的外行。

功率水平

用户应该能够决定他想要安装的系统的额定功率是多少。这个决定将取决于他能投资多少钱,以及在他的公寓里可以安装多少电池板。最低功率将使用单个面板,额定值为100Wp。如果需要安装多个面板,则额定功率为100Wp的倍数。

所有面板必须并联以保持120V的标准电压。一个肖特基二极管应串联到每个面板,然后将面板并联。如果PV电压不相等,二极管停止一个面板向另一个面板倾销电流。面板不要串联,否则会产生240V,不安全。

电压水平

面板开路电压=21.2×7 =148.4,或约150V

最低PV电压= 100 v

100W系统的最大电流=100W/122.5V=0.816A。(电缆应选择1A级以上)

请注意,附件的额定电压必须至少为150V,否则可能发生绝缘击穿。因此,在使用之前,请检查附件的额定值。

预防措施

  1. 不要将230V交流市电和PV电缆放在同一管道中。这两条线路必须分开,以避免网络之间的短路。
  2. 不要触摸带电的120V电线。尽管120V不会造成严重的电击,但最好不要接触这些裸露的电线。如果可能的话,在早上或晚上工作,当PV电压很低的时候。
  3. 不要使用230V的附件,如插头、插座、开关等。PV系统使用完全不同类型的开关(拨动开关),插脚,端子条等,不用于230V交流。
  4. 禁止短接PV+和PV-端子。另外,不要使用任何没有极化的配件。否则,器具的供应极性将被反转。
  5. 请勿将手机充电器连接到Vpv,并尝试给手机充电。阳光的波动性会损坏手机。

太阳能灯一天

一个简单的太阳能日光灯(SDL)在120V光伏供电电压下工作的电路图如图5所示。7块10Wp光伏板串联。这是一个住宅120V光伏系统的应用实例。

简单的太阳日灯在120V光伏电源下运行
图5:简单的太阳能日光灯在120V光伏供电下工作

展示单独面板的原因是,目前市场上还没有生产120V电压的单一面板。因此,对于那些想要用七个独立面板实现SDL的人来说,他们可以在他们的屋顶上这样做。(切勿在阳台安装用玻璃制成的嵌板;它是不安全的。)

三个灯负载连接到PV输出。每个灯负载由以下LED阵列组成。每个LED为白光LED,额定功率为1W:

  1. T1,T2,T3→24 LED串联连接。该MCPCB用于管灯。它安装在一个小铝合金'C'通道内。应用薄层的散热器化合物以进行更好的传热。
  2. B1,B2,B3→7个LED串联连接。此MCPCB是在7W LED灯泡中使用的圆形PCB。安装在一个铝通道上。
  3. B4、B5、B6→5个led串联。该MCPCB是一种用于5W LED灯泡的圆形PCB。安装在一个铝通道上。

电阻的值计算

1.最大电压Vpv= 17.5×7=122.5V

2.每盏灯的led数量=24+7+5=36

3.led总正向电压= 36×3=108V

4.电压差= 122.5 - 108 =14.5V

5.LED正向电流=0.25A(最大允许0.33A)

6.所需串联电阻值=14.5/0.25=58Ω

7.电阻耗散功率=0.25×0.25×58 =3.5W

为R1,R2和R3选择的标准电阻值为56Ω,5W。SDL的照片如图2所示。参照图6和图6. 7。

SDL打开3×36 led的照片
图6:SDL打开3×36 led的照片

这盏灯全天提供照明。它可以安装在家庭、公寓、办公室、小商店、kirana商店的储藏区等。凡是白天黑暗的地方,白天都能得到充足的光照。有必要让灯在电源上工作作为备份。当SDL的光线不足时,用户可以打开市电灯。

接近圆形mcpcb与7和5个led
图7:带有7和5个led的圆形mcpcb的近景

重要的注意。这里描述的光伏系统只是一个建议。对于绩效评估,我们需要在一些公寓实施。然后,根据评估的结果,它可以安装在更多的地方。

尽管有很多限制,公寓光伏系统还是被提出了。因此,我们可能得不到很高的回报。因此,它不适合那些想节省大量电费的人。这是为那些想要为环境事业做出贡献的人准备的。在系统成熟和识别更多应用程序之前,还需要一些时间。与此同时,太阳能电池效率的提高将有助于获得更多的产出。这样,我们就可以期待从这个系统中获得良好的回报。

同时,离网系统还具有更高的可靠性和多年不间断服务等优点。这对于没有电网供应的偏远地区很有用。


维贾伊·德什潘德博士最近从霍尼韦尔印度公司退休,现在从事太阳能项目。他在几家公司担任电子硬件工程师,工作了30多年

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