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一种应用于房车的光伏发电系统的研究
大量的化石能源应用导致全球范围内的环境污染问题不断恶化，因此需要在减少化石能源使用的同时开发利用清洁能源 [1-2]。近年来，随着我国对节能减排问题日渐重视，电力行业加强了对风电、光伏发电、核电与水电等清洁能源领域的投资
[3]。
其中，光伏发电具有清洁、环保、资源分布不受地域限制等优点
[4]。近年来，随着光伏发电技术的高速发展及国家政策的大力支持，光伏产业得到了很大程度的发展
[5-7]，当前光伏发电呈现出 “规模化分散开发、低压接入、就地消纳”的局面，光伏发电技术成为较成熟的一项新能源发电技术 [8]
。
在我国当前的电力系统中，配电网是从输电网获取电能并将电能配送到用户的重要环节，具有点多面广的特点
[9]。将光伏电力融入到现有配电网中，可以实现配电网重构，而配电网重构是优化主动配电网运行方式的一种有效途径
[10]。
根据运行模式的不同，光伏发电系统可分为并网光伏发电系统和独立光伏发电系统2 种。当前，虽然并网光伏发电系统所发电力可接入国家电网，但国家电网倡导光伏发电系统遵循
“就近发电、就近并网、就近转换、就近使用”的原则，以有效解决光伏电力在升压及长距离输运过程中的损耗问题。独立光伏发电系统可独立供电，具有用电方式灵活、系统安装方便的特点，其所发电力不接入国家电网，在完成供电后可将剩余的光伏电力储存在配套的蓄电池内，从而使光伏电力得到充分利用。若将并网发电与独立发电功能相融合，使光伏发电系统同时具备并网和离网的功能，再与储能技术相结合，可有效抑制光伏电力自身存在的波动性
[11-12]，从而可构建近似微电网的发电系统，此类发电系统是一种可充分利用新能源电力的新型系统形式，具备交、直流灵活供电模式，并可在独立和并网这
2种状态下运行
[13]。
目前，有些房车车顶安装了光伏发电系统，该系统所发的直流电经过光伏控制器后可供车内电气设备使用，同时还可将剩余电量存储在配置的蓄电池组中，供夜间或阴雨天时使用。但大部分应用于房车的光伏发电系统配备的蓄电池组可存储的电量有限，在连续阴雨天，或光伏电力不足但蓄电池组又无法满足供电需求的情况下，无其他应急供电措施；并且现有的应用于房车的光伏发电系统大多数采用独立光伏发电系统，在房车闲置时，光伏发电系统也处于闲置状态，造成了能源浪费。基于此，本文介绍了一种同样可以应用于房车的光伏发电系统，该系统安装在房车的车顶，具备并网运行和独立运行
2 种运行模式，并配备了蓄电池组。此类光伏发电系统类似于微电网，可充分利用光伏电力。
本文提出的应用于房车的光伏发电系统主要由光伏组件、切换装置、独立运行模块、并网运行模块和自动升降支架组成。其中，独立运行模块包括光伏控制器、智能转换装置、蓄电池组、动力装置、智能控制装置和第一负载；并网运行模块包括并网逆变器、交流配电箱、光伏电表、双向电表、第二负载和国家电网。根据应用的重要等级，第一负载可分为一级负载和二级负载。该应用于房车的光伏发电系统的整体设计如图
1 所示。
独立运行模块的连接方式为：该光伏发电系统的切换装置的输出端与独立运行模块中光伏控制器的输入端相连，光伏控制器的输出端与智能转换装置的输入端相连，智能转换装置的输出端与智能控制装置的输入端相连，最终智能控制装置的输出端与第一负载相连；蓄电池组和动力装置均与智能转换装置上的接入端口相连。该光伏发电系统的动力装置为柴油机，用于满足阴雨天光伏电力不足时负载的用电需求。独立运行模块下的第一负载指房车内所有用电设备。
并网运行模块的连接方式为：该光伏发电系统的切换装置的输出端与并网运行模块中并网逆变器的输入端相连，并网逆变器的输出端与交流配电箱的输入端相连，交流配电箱的输出端与光伏电表的输入端相连，光伏电表的输出端与双向电表的输入端相连，双向电表的输出端与第二负载和国家电网相连。其中，光伏电表是用于计量光伏发电系统所发电量，双向电表是用于计量光伏上网电量和居民负载所用市电电量。并网运行模块下的第二负载指用户住宅内的用电设备。
该光伏发电系统通过光伏阵列将太阳能转换为电能，然后利用切换装置可以将光伏发电系统的运行模式自动切换为独立运行模式或并网运行模式。由于本应用于房车的光伏发电系统结合了并网光伏发电系统与独立光伏发电系统的优点，所以其既可以在无电区域内自行供电，又可以在光伏电力盈余时将光伏电力并入国家电网以获得光伏发电补贴，使该光伏发电系统既实现了节能环保，又具备用途广泛的优势。
由于本应用于房车的光伏发电系统是安装在房车车顶，因此需对房车结构进行改造，以便于光伏组件的安装。本系统设计为通过自动升降支架将光伏组件与车体连接。 自动升降支架由底座、支撑板和支撑杆组成，其可以调节光伏组件的安装倾角，使光伏阵列能最大限度地接收太阳光，从而提高光伏阵列的发电量。
自动升降支架的底座为中空的四边形，支撑板架在底座上，底座对支撑板起到支撑作用，支撑板的一端与底座通过固定轴相连，且支撑板可以以固定轴为中心转动。支撑杆固定在底座内，其一端与支撑板底面铰接，另一端与车体顶部铰接，通过支撑杆的伸缩可以调节支撑板与水平面之间夹角的大小。支撑杆包括液压杆、活动杆和调节杆，其是通过液压杆的收缩来调整调节杆的位置，进而调节支撑板与水平面之间夹角的大小。调节杆为三角形结构，其第 1 个夹角是通过活动杆与支撑板底面铰接，第
2 个夹角是与液压杆顶端轴接，第 3
个夹角是与车体顶部铰接。由于三角形结构的稳定性好，而且调节杆与底座搭配，因此整个结构不易变形，支撑的稳定性好。调节杆使用时，液压杆的收缩带动调节杆移动，使支撑板与车顶平面之间的夹角大小发生变化。
光伏阵列安装在自动升降支架的支撑板上，自动升降支架再与车体连接，调节支撑板的角度可实现光伏组件安装倾角的调节。自动升降支架的操作方便，自动升降过程省时省力，可以随时调整光伏组件的安装倾角，以保证光伏阵列随时处在最佳的接收太阳光的角度，增加光伏阵列接收的太阳辐射量，从而提高其发电量。
应用于房车的光伏发电系统中光伏阵列的安装效果示意图如图
2 所示。
当驾驶房车出门旅行时，本光伏发电系统可采用独立运行模式运行，光伏电力可为车内负载供电。在该运行模式下，光伏阵列所发电量经光伏控制器处理后，通过智能转换装置和智能控制装置给车内直流负载供电。智能转换装置可以控制蓄电池组的充、放电，并可对蓄电池组的放电深度进行控制；同时，智能转换装置留有柴油机
( 即动力装置
) 接入端口，以应对应急供电。智能控制装置用于控制车内负载的供电。
在独立运行模式下，本光伏发电系统存在以下几种工作方式：
1) 在光伏发电系统正常运行时，光伏电力为车内的负载供电，剩余电量通过智能转换装置储存到蓄电池组内；
2) 当阴雨天光伏电力不足以供给车内负载时，蓄电池组开始放电，以补充所需电量；
3) 当蓄电池组放电深度即将达到预设的极限值时，智能控制装置自动切断二级负载的供电，只向一级负载供电；
4) 当蓄电池组放电深度达到预设的极限值时，光伏发电系统进行预警，智能转换装置启动柴油机供电模式，由柴油机发电为车内负载供电，同时柴油机还可以通过智能转换装置给蓄电池组充电。
当房车不使用而是在家闲置时，本光伏发电系统可采用并网运行模式运行，此时光伏阵列所发直流电经并网逆变器转换为交流电，然后通过交流配电箱可为小区内居民的负载供电，供电后的盈余电力可并入国家电网。
采用上述运行模式方案后，应用于房车的光伏发电系统既能独立运行又能并网运行，节能环保，既可以在无外部电力的情况下保证房车的正常使用，又能在电力盈余时将光伏电力并入国家电网，使光伏电力得到了充分利用。
以长城览众牌
C5 系列房车为例，对该房车顶部安装此光伏发电系统的经济可行性进行分析。该房车顶部的长度为
4.5 m、宽度为
2 m，可安装
4 块尺寸为
1684 mm ×1002 mm 的光伏组件，总装机容量为
1420 W。安装此光伏发电系统的总成本约为
11500 元，其中，光伏阵列与切换装置的成本为
4000 元，独立运行模块的成本为
3000 元
( 蓄电池组采用房车原有蓄电池组
)，并网运行模块的成本为
3000 元，整体施工费用为
1500 元。
光伏组件平铺在房车顶部时，自动升降支架与光伏阵列的总高度为
0.20 m；房车自身高度为 3.03 m，因此安装该光伏发电系统后房车的总高度为
3.23 m。根据国家规定，一般在城市快速道路、主干道路上，通行车辆的净空高度不应超过 5.00 m；在其他道路上，通行车辆的净空高度不应超过
4.50 m。因此，安装该光伏发电系统后房车不存在限高问题，可以安全通行。
在理想条件下，该光伏发电系统的年均发电量约为 1660 kWh
，相当于燃烧 660 L
汽油产生的电量，按照 5.8
元 /L
的汽油价格计算，每年可节约 3828 元购买汽油的费用。综合分析，在房车车顶安装光伏发电系统的成本回收年限约为
3 年，若光伏发电系统的生命周期按
25 年计算，则在剩下的
22 年的生命同期内，可以创造约
8.4 万元的收益。
本文介绍了一种可应用于房车的光伏发电系统，该光伏发电系统安装在房车车顶，具有并网运行和独立运行
2 种运行模式。当出门旅行时，光伏发电系统可采用独立运行模式运行，其所发电力可为车内负载供电；当房车不使用而是在家闲置时，光伏发电系统可采用并网运行模式运行，其所发电力可为居民负载供电，供电后的盈余电量可以上传至国家电网，可获得光伏发电补贴。通过实际案例分析可知，安装该光伏发电系统的成本仅需要约
3 年时间即可回收，还可以持续创造
22 年的经济收益，经济性较好。
由于我国存在大量的报废公交车且无处安置，但大部分报废公交车的壳体框架还是完好的，因此充分利用这部分壳体可以变废为宝。本文提出的光伏发电系统的设计方案，除了可以在房车上安装以外，还可以安装在报废公交车的壳体上并进行改造，然后将整体改造后的公交车安置在海边等旅游景点，为游客提供电力。这样既可以实现对报废公交车的再利用，又可以得到收益，两全其美。
综上可知，本文的研究内容具有广阔的市场发展空间，而且光伏发电作为一种绿色环保的清洁能源电力，对于我国的大气治理、环保、节能的发展具有重要意义，以期通过本研究为光伏发电更广泛的应用方式提供思路。
