仇成群，庄国策，徐 璐，胡天云

（1.盐城师范学院 新能源与电子工程学院，江苏 盐城224007；2.国网江苏省电力公司盐城供电分公司，江苏 盐城224002）

0 引言

“光伏发电技术”是电气类相关专业的一门重要核心课程[1]。该课程由于知识点多、应用性强的特点，提出可以通过应用实践调查来分析研究光伏发电技术原理、分类、并网和应用经济效益等，实践表明能够有效地提高该课程的实际教学效果，并可提高学生实践创新能力。中国光伏发电产品的出口份额一直占据较高比例，而国内的总装机量却一直处于低迷状态，光伏发电系统价格较高，每年光伏设备的销售量增长缓慢，随着光伏产业的进一步发展，中国光伏市场的进一步扩大，光伏发电系统的市场价格也会逐步降低[2]。2011年以来，中国政府专门制定并实施了一系列绿色能源政策，为光伏发电产业的发展提供了政策性指导[3]。文中以江苏省盐城市为例，针对江苏沿海地区家用光伏并网发电系统进行了应用分析与研究。

1 光伏发电系统原理及组成

光伏发电原理图如图1所示，白天光照条件下，主控CPU电路检测太阳能电池组输出状况，并依据系统发电功率的最大值，控制变换器DC/DC，此时充电控制电路给蓄电池组充电，DC/AC逆变器将高频直流电转变成交流电，再由切换电路为电器供电。在没有太阳光照时，太阳能发电系统不工作，此时主控CPU检测到系统没有进行发电工作，则由蓄电池组通过DC/AC直接给电器提供电源，当光伏发电系统储存的电能不够，则切换到电网供电线路。

图1 光伏发电原理图

家用光伏系统一般包括太阳能电池板、逆变器、稳压器、电表等组成部件，其主要功能是将太阳能转化为电能给家用电器供电或者并入电网。光伏电池成本投入较大，约占总成本的50%～60%，安装空间占家用空间的比例在80%以上，太阳能光伏并网发电电池板在家庭中安装受到空间位置、摆放角度的限制。居住在楼层中间的用户，没有独立的屋顶或平台安装太阳能电池组，只能将电池板安装在外墙上，太阳能电池板安装过程中，合适的安装角度是太阳能源效利用的保证。根据实地测量，电池板每偏转正南方向30°角时，发电量以10%～15%的幅度减少。

2 江苏沿海地区地理位置及居民用电调查分析

盐城位于北纬32度34分至34度28分，东经119度27分至120度54分，盐城地区日照量充足，每月的辐射量都比较平缓，适合安装并使用家用光伏发电系统。2016年与2017年两年盐城地区的太阳辐射总量分别为5 253.4 MJ/m2和5 437.3 MJ/m2，全年平均辐射总量为5 345.35 MJ/m2，日辐射总量平均为14.64 MJ/m2，通过计算可以求盐城地区的峰值日照时数日，盐城地区气象数据显示日辐射总量为14.64 MJ/m2，得出盐城地区的峰值日照时数为4.07 h.

全市的中小型企业较多，企业利润较之前有很大增长，盐城居民的收入位于全国前100强，经济实力增长为盐城推广家用太阳能光伏发电系统提供了基础。另外，盐城地区土地面积居江苏省第一位，人口密度较大，盐城地区光伏发电产业具有很大的发展空间。抽样调查对象为随机抽取的盐城市普通居民普通住宅小区30户居民，盐城供电公司调查了30户居民2016～2017年的12个月用电量、用电费用及收入情况，并依据盐城地区居民阶梯电价要求计算该30户居民的每月平均电费，调查以盐城为例，调查详实，样本具有很高的代表性，能代表江苏沿海地区主要普通居民用电状况。

3 家用光伏系统经济效益研究

家用光伏并网发电系统的设计和运用对我国国民生产生活的可持续发展具有重要意义。以适合居民的3 kW家用光伏发电系统计算相关经济效益，计算出居民安装3 kW光伏并网发电系统的成本和预计收益并比较分析。

3.1 家用光伏发电系统发电量及成本计算

以3 kW光伏并网发电系统为测试样本系统，文中选用的晶硅太阳能电池板规格为200 W，采用深圳市天龙王能源科技有限公司的太阳能组件，其转换率约为15%.光伏发电系统共需要20块电池板，单个电池板的规格为1 580 mm×808 mm×30 mm，20块电池板的总面积为25.53 m2.通过查阅江苏沿海地区气象资料，江苏地区近年来的太阳年辐射量为5 016 ～ 5 852 MJ/m2，文中取 5400 MJ/m2，普通居民使用光伏发电系统理论年发电量约为5 744 kW·h.湿度、天气气候、空气质量等环境因素都会对系统产生影响，太阳能电池实际输出功率达不到最佳功率，考虑角度、温度对电池的影响等因素，折算后的实际效率约为0.85，由于光伏发电系统的各项组成组件在发电时都会有一定的电损耗，系数按0.96计算，再综合各种因素影响，得出系统总效率为61%.计算得出光伏发电系统的实际发电量约为3 561 kW·h.

家用光伏发电系统的成本包括：设备采购费、设备维护费、人工安装费。设备采购费包括：太阳能电池组件、蓄电池、逆变器、控制器、电缆、电表等。经过市场调查，器材成本约为23 996.0元。设计与施工费用：由于太阳能光伏系统的推广得到企业和政策的支持，所以费用有所减少，共需约2 000.0元。家用光伏并网发电系统总造价约为26 000.0元。

3.2 光伏发电系统的经济性

以江苏省盐城市为例，调查城乡居民家庭用电状况，数据显示每月平均用电84.25 kW·h，年用电量1 011 kW·h，光伏发电系统年发电量为3 561 kW·h，用户除了自用电量之外，将2 550 kW·h入网获得收益。根据居民住房的特点，家庭用电电力负荷随着时间呈现峰谷起伏趋势。根据现我国对于光伏行业的补贴政策，供电企业对用户的光伏发电量补助分为发电补贴和上网电费两种。用户安装使用光伏发电系统，每年可获得2 674.68元。系统总投资26 000.0元，该项目的总投资成本为26 000元，年净收益为2 674.68元，得到投资回收期为9.72年，即该项目投资回收周期为10年，从第11年起开始盈利。设备使用寿命一般为20年，每年可以获利2 674.68元（以目前情况估算），20年内可以获利27 493.6元，投资回报率102.87%，可获得较高收益。家用光伏并网发电系统为用户带来切实经济收益，符合可持续发展理念。

4 家用光伏发电系统未普及的调查分析

4.1 调查问卷

文中以调查问卷的形式对江苏沿海地区不同人员（包括政府人员、城市居民、从商人员、农村居民等）来分析其中原因。随机发放问卷于盐城建湖芦沟镇、阜宁县北沙镇、响水县小尖镇以及东台、大丰、亭湖、盐都等地区，共发放问卷1000份，回收问卷923，其中有效问卷867份，有效回收率86.7%.

4.2 调查分析

从调查数据分析，近23.1%的人完全不了解光伏发电，仅10.5%的人对此有一定了解，而对光伏发电非常了解的人不足1%，有54.6%人比较看好家用光伏系统，同时87.9%的人认为1万元以下才会投资。一个家用光伏系统的成本大概在2.6万元，成本回收期10年，超出了普通人期望。从调查结果看，36.7%的人（城市居民）认为屋顶资源存在产权问题，23.4%的人（企业人士）认为商业模式存在着问题，92.6%的人觉得投资家用光伏发电不划算，19.2%的人表示城市与电网规划有问题。另外，还有45.7%的人认为政府宣传不到位。对于用户，最重要考虑因素便是财政补贴，初始造价高是影响家用光伏系统发展的重要原因。通过综合分析，促进江苏沿海地区家用光伏发电的举措可为：（1）屋顶资源利用，促进城乡屋顶资源合理分配利用；（2）技术革新，降低成本，提高发电效率；（3）宣传推广，促使政策透明化，手续精简化；（4）加大补贴，包括购机补贴、发电补贴、上网补贴；（5）创新投资模式，企业、用户、社会多方受益。

5 结束语

本文针对“光伏发电技术”这门课程应用性强的特点，提出通过实践调查研究光伏发电技术家用应用状况，根据对江苏沿海地区的自然条件分析，综合普通家庭用电及收入状况，考虑光伏发电设备的安装成本以及发电的预期收益，以盐城为例，分析了江苏沿海地区家用光伏系统存在的问题并且提出合理建议。加大补贴的同时，从资源利用、宣传推广、投资模式、技术革新多方面促进家用光伏发电系统应用发展。通过调查应用实践表明，学生可以更好地理解和掌握光伏发电技术原理、分类、并网和应用经济效益等，能够有效地提高该课程的实际教学效果并提高了学生实践创新能力。