光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)技能大賽

1、光伏系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)方案光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：容量設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。光伏系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)的主要目的就是要計(jì)算出系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠可靠工作所 需的太陽(yáng)電池組件和蓄電池的數(shù)量。同時(shí)要注意協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作的最大可靠性和系 統(tǒng)成本兩者之間的關(guān)系，在滿足系統(tǒng)工作的最大可靠性基礎(chǔ)上盡量地減少系統(tǒng)成 本。光伏系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主要目的是根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的硬件設(shè)備包括太陽(yáng) 電池組件的選型，光伏發(fā)電所用的接受光照的材料，支架設(shè)計(jì)，逆變器的選擇， 電纜的選擇，控制測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，防雷設(shè)計(jì)和配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè) 計(jì)的時(shí)候需要綜合考慮系統(tǒng)的軟件和硬件兩個(gè)方面。光伏系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括負(fù)載用電量的估算，太陽(yáng)電池組件數(shù)量

2、和 蓄電池容量的計(jì)算以及太陽(yáng)電池組件安裝最佳傾角的計(jì)算。因?yàn)樘?yáng)電池組件數(shù) 量和蓄電池容量是光伏系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，所以本節(jié)將著重講述計(jì)算與選 擇太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池組件和蓄電池的方法。設(shè)計(jì)的基本原理太陽(yáng)電池組件設(shè)計(jì)的一個(gè)主要原則就是要滿足平均天氣條件下負(fù)載的每日 用電需求；因?yàn)樘鞖鈼l件有低于和高于平均值的情況，所以要保證太陽(yáng)電池組件 和蓄電池在天氣條件有別于平均值的情況下協(xié)調(diào)工作；蓄電池在數(shù)天的惡劣氣候 條件下，其荷電狀態(tài)（SOC）將會(huì)降低很多。在太陽(yáng)電池組件大小的設(shè)計(jì)中不要 考慮盡可能快地給蓄電池充滿電。如果這樣，就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)很大的太陽(yáng)電池組件， 使得系統(tǒng)成本過(guò)高；而在一年中的絕大部分時(shí)間

3、里太陽(yáng)電池組件的發(fā)電量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于負(fù)載的使用量，從而造成太陽(yáng)電池組件不必要的浪費(fèi)；蓄電池的主要作用是 在太陽(yáng)輻射低于平均值的情況下給負(fù)載供電；在隨后太陽(yáng)輻射高于平均值的天氣 情況下，太陽(yáng)電池組件就會(huì)給蓄電池充電。設(shè)計(jì)太陽(yáng)電池組件要滿足光照最差季節(jié)的需要。在進(jìn)行太陽(yáng)電池組件設(shè)計(jì)的 時(shí)候，首先要考慮的問(wèn)題就是設(shè)計(jì)的太陽(yáng)電池組件輸出要等于全年負(fù)載需求的平 均值。在那種情況下，太陽(yáng)電池組件將提供負(fù)載所需的所有能量。但這也意味著 每年都有將近一半的時(shí)間蓄電池處于虧電狀態(tài)。蓄電池長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于虧電狀態(tài)將 使得蓄電池的極板硫酸鹽化。而在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中沒(méi)有備用電源在天氣較差的情 況下給蓄電池進(jìn)行再充電，這樣蓄電

4、池的使用壽命和性能將會(huì)受到很大的影響， 整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也將大幅度增加。太陽(yáng)電池組件設(shè)計(jì)中較好的辦法是使太陽(yáng) 電池組件能滿足光照最?lèi)毫蛹竟?jié)里的負(fù)載需要，也就是要保證在光照情況最差的 情況下蓄電池也能夠被完全地充滿電。這樣蓄電池全年都能達(dá)到全滿狀態(tài)，可延 長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，減少維護(hù)費(fèi)用。如果在全年光照最差的季節(jié)，光照度大大低于平均值，在這種情況下仍然按 照最差情況考慮設(shè)計(jì)太陽(yáng)電池組件大小，那么所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)電池組件在一年中的 其它時(shí)候就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際所需，而且成本高昂。這時(shí)就可以考慮使用帶有備用 電源的混合系統(tǒng)。但是對(duì)于很小的系統(tǒng)，安裝混合系統(tǒng)的成本會(huì)很高；而在偏遠(yuǎn) 地區(qū)，使用備用電源的操作和

5、維護(hù)費(fèi)用也相當(dāng)高，所以設(shè)計(jì)獨(dú)立光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵 就是選擇成本效益最好的方案。蓄電池設(shè)計(jì)方法蓄電池的設(shè)計(jì)思想是保證在太陽(yáng)光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍可以 正常工作。我們可以設(shè)想蓄電池是充滿電的，在光照度低于平均值的情況下，太 陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電能不能完全填滿由于負(fù)載從蓄電池中消耗能量而產(chǎn)生的空 缺，這樣在第一天結(jié)束的時(shí)候，蓄電池就會(huì)處于未充滿狀態(tài)。如果第二天光照度 仍然低于平均值，蓄電池就仍然要放電以供給負(fù)載的需要，蓄電池的荷電狀態(tài)繼 續(xù)下降。也許接下來(lái)的第三天第四天會(huì)有同樣的情況發(fā)生。但是為了避免蓄電池 的損壞，這樣的放電過(guò)程只能夠允許持續(xù)一定的時(shí)間，直到蓄電池的荷電狀態(tài)到 達(dá)指定的危險(xiǎn)值。

6、為了量化評(píng)估這種太陽(yáng)光照連續(xù)低于平均值的情況，在進(jìn)行蓄 電池設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要引入一個(gè)不可缺少的參數(shù)：自給天數(shù)，即系統(tǒng)在沒(méi)有任何 外來(lái)能源的情況下負(fù)載仍能正常工作的天數(shù)。這個(gè)參數(shù)讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠選擇所 需使用的蓄電池容量大小。一般來(lái)講，自給天數(shù)的確定與兩個(gè)因素有關(guān)：負(fù)載對(duì)電源的要求程度；光伏 系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的氣象條件即最大連續(xù)陰雨天數(shù)。通常可以將光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的 最大連續(xù)陰雨天數(shù)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的自給天數(shù)，但還要綜合考慮負(fù)載對(duì)電源 的要求。對(duì)于負(fù)載對(duì)電源要求不是很?chē)?yán)格的光伏應(yīng)用，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中通常取自給 天數(shù)為35天。對(duì)于負(fù)載要求很?chē)?yán)格的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中通常取自 給天數(shù)為714天。所謂

7、負(fù)載要求不嚴(yán)格的系統(tǒng)通常是指用戶可以稍微調(diào)節(jié)一下 負(fù)載需求從而適應(yīng)惡劣天氣帶來(lái)的不便，而嚴(yán)格系統(tǒng)指的是用電負(fù)載比較重要， 例如常用于通信，導(dǎo)航或者重要的健康設(shè)施如醫(yī)院、診所等。此外還要考慮光伏 系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)，如果在很偏遠(yuǎn)的地區(qū)，必須設(shè)計(jì)較大的蓄電池容量，因?yàn)榫S護(hù) 人員要到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。光伏系統(tǒng)中使用的蓄電池有竦氫、竦鎘電池和鉛酸蓄電池，但是在較大的系 統(tǒng)中考慮到技術(shù)成熟性和成本等因素，通常使用鉛酸蓄電池。在下面內(nèi)容中涉及 到的蓄電池沒(méi)有特別說(shuō)明指的都是鉛酸蓄電池。蓄電池的設(shè)計(jì)包括蓄電池容量的設(shè)計(jì)計(jì)算和蓄電池組的串并聯(lián)設(shè)計(jì)。首先， 給出計(jì)算蓄電池容量的基本方法。（1）基本公式第一步，

8、將每天負(fù)載需要的用電量乘以根據(jù)實(shí)際情況確定的自給天數(shù)就可以 得到初步的蓄電池容量。第二步，將第一步得到的蓄電池容量除以蓄電池的允許最大放電深度。因?yàn)?不能讓蓄電池在自給天數(shù)中完全放電，所以需要除以最大放電深度，得到所 需要的蓄電池容量。最大放電深度的選擇需要參考光伏系統(tǒng)中選擇使用的蓄 電池的性能參數(shù)，可以從蓄電池供應(yīng)商得到詳細(xì)的有關(guān)該蓄電池最大放電深 度的資料。通常情況下，如果使用的是深循環(huán)型蓄電池，推薦使用80%放電 深度（DOD）；如果使用的是淺循環(huán)蓄電池，推薦選用使用50%DOD。設(shè)計(jì)蓄電 池容量的基本公式見(jiàn)下：自給天數(shù)X日平均負(fù)載 蓄電池容量 =最大放電深度下面我們介紹確定蓄電池串并聯(lián)

9、的方法。每個(gè)蓄電池都有它的標(biāo)稱(chēng)電壓。為 了達(dá)到負(fù)載工作的標(biāo)稱(chēng)電壓，我們將蓄電池串聯(lián)起來(lái)給負(fù)載供電，需要串聯(lián)的蓄 電池的個(gè)數(shù)等于負(fù)載的標(biāo)稱(chēng)電壓除以蓄電池的標(biāo)稱(chēng)電壓。負(fù)載標(biāo)稱(chēng)電壓串聯(lián)蓄電池?cái)?shù)二蓄電池標(biāo)稱(chēng)電壓為了說(shuō)明上述基本公式的應(yīng)用，我們用一個(gè)小型的交流光伏應(yīng)用系統(tǒng)作為范 例。假設(shè)該光伏系統(tǒng)交流負(fù)載的耗電量為10KWh/天，如果在該光伏系統(tǒng)中，我 們選擇使用的逆變器的效率為90%,輸入電壓為24V,那么可得所需的直流負(fù)載 需求為 462.96Ah/天。（10000 Wh : 0.9 : 24 V = 462.96 Ah）。我們假設(shè)這 是一個(gè)負(fù)載對(duì)電源要求并不是很?chē)?yán)格的系統(tǒng)，使用者可以比較靈活的根據(jù)

10、天氣情 況調(diào)整用電。我們選擇5天的自給天數(shù)，并使用深循環(huán)電池，放電深度為80%。 那么：蓄電池容量=5 天X462.96Ah/0.8 = 2893.51Ah。如果選用2V/400Ah的單體蓄電池，那么需要串連的電池?cái)?shù)：串聯(lián)蓄電池?cái)?shù)= 24V/2V=12 （個(gè)）需要并聯(lián)的蓄電池?cái)?shù)：并聯(lián)蓄電池?cái)?shù)= 2893.51/400 = 7.23我們?nèi)≌麛?shù)為8。所以該系統(tǒng)需要使用2V/400Ah的蓄電池個(gè)數(shù)為：12串聯(lián)X8 并聯(lián)二96 （個(gè)）。下面是一個(gè)純直流系統(tǒng)的例子：鄉(xiāng)村小屋的光伏供電系統(tǒng)。該小屋只是在周 末使用，可以使用低成本的淺循環(huán)蓄電池以降低系統(tǒng)成本。該鄉(xiāng)村小屋的負(fù)載為 90 Ah/天，系統(tǒng)電壓為2

11、4V。我們選擇自給天數(shù)為2天，蓄電池允許的最大放電 深度為50%，那么:蓄電池容量=2天X90Ah/0.5 = 360Ah。如果選用12V/100Ah的蓄電池，那么需要該蓄電池2串聯(lián)X4并聯(lián)二8個(gè)。（2）完整的蓄電池容量設(shè)計(jì)計(jì)算考慮到以上所有的計(jì)算修正因子，我們可以得到如下蓄電池容量的最終計(jì)算 公式。蓄電池容量（指定放電率）=自給天數(shù)x日平均負(fù)載最大允許放電深度x溫度修正因子卜面對(duì)每個(gè)參數(shù)進(jìn)行總結(jié)分析：最大允許放電深度：一般而言，淺循環(huán)蓄電池的最大允許放電深度為50%，而深循環(huán)蓄電池的最大允許放電深度為80%。如果在嚴(yán)寒地區(qū)， 就要考慮到低溫防凍問(wèn)題對(duì)此進(jìn)行必要的修正。設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)?shù)販p小 這

12、個(gè)值擴(kuò)大蓄電池的容量，以延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。例如，如果使用 深循環(huán)蓄電池，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，將使用的蓄電池容量最大可用百分比定為 60%而不是80%，這樣既可以提高蓄電池的使用壽命，減少蓄電池系統(tǒng) 的維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)又對(duì)系統(tǒng)初始成本不會(huì)有太大的沖擊。根據(jù)實(shí)際情況 可對(duì)此進(jìn)行靈活地處理。溫度修正系數(shù):當(dāng)溫度降低的時(shí)候，蓄電池的容量將會(huì)減少。溫度修正 系數(shù)的作用就是保證安裝的蓄電池容量要大于按照25 r標(biāo)準(zhǔn)情況算出來(lái) 的容量值，從而使得設(shè)計(jì)的蓄電池容量能夠滿足實(shí)際負(fù)載的用電需求。指定放電率 指定放電率是考慮到慢的放電率將會(huì)從蓄電池得到更多的 容量。使用供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)，可以選擇適于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的在指定放電率

13、 下的合適蓄電池容量。如果在沒(méi)有詳細(xì)的有關(guān)容量一放電速率的資料的 情況下，可以粗略的估計(jì)認(rèn)為，在慢放電率（C/100到C/300）的情況下， 蓄電池的容量要比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)多30%。下面舉例說(shuō)明上述公式的應(yīng)用。建立一套光伏供電系統(tǒng)給一個(gè)地處偏遠(yuǎn)的通 訊基站供電，該系統(tǒng)的負(fù)載有兩個(gè)：負(fù)載一，工作電流為1安培，每天工作24 小時(shí)。負(fù)載二，工作電流為5安培每天工作12小時(shí)。該系統(tǒng)所處的地點(diǎn)的24 小時(shí)平均最低溫度為-20C，系統(tǒng)的自給時(shí)間為5天。使用深循環(huán)工業(yè)用蓄電池 （最大DOD為80%）。因?yàn)樵摴夥到y(tǒng)所在地區(qū)的24小時(shí)平均最低溫度為-20C，所以必須修正蓄 電池的最大允許放電深度。由最大放電深度一蓄

14、電池溫度的關(guān)系圖我們可以確定 最大允許放電深度為50%。所以，加權(quán)平均負(fù)載工作時(shí)間二5A x 8版+10人x 6hrs = 6.67hrs 5A+10A平均放電率=5daysx6.67hrs =66.7小時(shí)率0.5根據(jù)上頁(yè)中的典型溫度一放電率一容量變化曲線，與平均放電率計(jì)算數(shù)值最 為接近的放電率為50小時(shí)率，-20C時(shí)在該放電率下所對(duì)應(yīng)的溫度修正系數(shù)為 0.7 （也可以根據(jù)供應(yīng)商提供的性能表進(jìn)行查詢(xún)）。如果計(jì)算出來(lái)的放電率在兩個(gè) 數(shù)據(jù)之間，那么選擇較快的放電率（短時(shí)間）比較保守可靠。因此蓄電池容量為：蓄電池容量=5（5A X 8hrs+10A x 6hrs） =1428.57Ah50 小時(shí)放電

15、率0.5 x 0.7根據(jù)供應(yīng)商提供的蓄電池參數(shù)表，我們可以選擇合適的蓄電池進(jìn)行串并聯(lián)， 構(gòu)成所需的蓄電池組。（3）蓄電池組并聯(lián)設(shè)計(jì)當(dāng)計(jì)算出了所需的蓄電池的容量后，下一步就是要決定選擇多少個(gè)單體蓄電 池加以并聯(lián)得到所需的蓄電池容量。這樣可以有多種選擇，例如，如果計(jì)算出來(lái) 的蓄電池容量為500Ah，那么我們可以選擇一個(gè)500Ah的單體蓄電池，也可以選 擇兩個(gè)250Ah的蓄電池并聯(lián)，還可以選擇5個(gè)100Ah的蓄電池并聯(lián)。從理論上講， 這些選擇都可以滿足要求，但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，要盡量減少并聯(lián)數(shù)目。也就是 說(shuō)最好是選擇大容量的蓄電池以減少所需的并聯(lián)數(shù)目。這樣做的目的就是為了盡 量減少蓄電池之間的不平衡

16、所造成的影響，因?yàn)橐恍┎⒙?lián)的蓄電池在充放電的時(shí) 候可能會(huì)與之并聯(lián)的蓄電池不平衡。并聯(lián)的組數(shù)越多，發(fā)生蓄電池不平衡的可能 性就越大。一般來(lái)講，建議并聯(lián)的數(shù)目不要超過(guò)4組。這樣，如果有一組蓄電池出現(xiàn)故障，不能正常工作，就可以將該組蓄電池?cái)?開(kāi)進(jìn)行維修，而使用另外一組正常的蓄電池，雖然電流有所下降，但系統(tǒng)還能保 持在標(biāo)稱(chēng)電壓正常工作?？傊?，蓄電池組的并聯(lián)設(shè)計(jì)需要考慮不同的實(shí)際情況， 根據(jù)不同的需要作出不同的選擇。光伏組件設(shè)計(jì)（1）基本公式在前面的章節(jié)中，我們講述了光伏供電系統(tǒng)中蓄電池的設(shè)計(jì)方法。下面我們 將講述如何設(shè)計(jì)太陽(yáng)電池組件的大小。太陽(yáng)電池組件設(shè)計(jì)的基本思想就是滿足年 平均日負(fù)載的用電需求。計(jì)

17、算太陽(yáng)電池組件的基本方法是用負(fù)載平均每天所需要 的能量（安時(shí)數(shù)）除以一塊太陽(yáng)電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量（安時(shí)數(shù)）， 這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽(yáng)電池組件數(shù)，使用這些組件并聯(lián)就可以產(chǎn)生 系統(tǒng)負(fù)載所需要的電流。將系統(tǒng)的標(biāo)稱(chēng)電壓除以太陽(yáng)電池組件的標(biāo)稱(chēng)電壓，就可 以得到太陽(yáng)電池組件需要串聯(lián)的太陽(yáng)電池組件數(shù)，使用這些太陽(yáng)電池組件串聯(lián)就 可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電壓。基本計(jì)算公式如下：并聯(lián)的組件數(shù)量=日平均負(fù)載（AH）組件日輸出（AH）(4.6)串聯(lián)組件數(shù)量=系統(tǒng)電壓（V）組件電壓（V）(4.7)（2）光伏組件設(shè)計(jì)的修正太陽(yáng)電池組件的輸出，會(huì)受到一些外在因素的影響而降低，根據(jù)上述基本公 式計(jì)算出的

18、太陽(yáng)電池組件，在實(shí)際情況下通常不能滿足光伏系統(tǒng)的用電需求，為 了得到更加正確的結(jié)果，有必要對(duì)上述基本公式進(jìn)行修正。將太陽(yáng)電池組件輸出降低10%在實(shí)際情況工作下，太陽(yáng)電池組件的輸出會(huì)受到外在環(huán)境的影響而降低。泥 土，灰塵的覆蓋和組件性能的慢慢衰變都會(huì)降低太陽(yáng)電池組件的輸出。通常的做 法就是在計(jì)算的時(shí)候減少太陽(yáng)電池組件的輸出10%來(lái)解決上述的不可預(yù)知和不 可量化的因素。我們可以將這看成是光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的工程上的安全系 數(shù)。又因?yàn)楣夥╇娤到y(tǒng)的運(yùn)行還依賴(lài)于天氣狀況，所以有必要對(duì)這些因素進(jìn)行 評(píng)估和技術(shù)估計(jì)，因此設(shè)計(jì)上留有一定的余量將使得系統(tǒng)可以年復(fù)一年地長(zhǎng)期正 常使用。將負(fù)載增加10%以應(yīng)付

19、蓄電池的庫(kù)侖效率在蓄電池的充放電過(guò)程中，鉛酸蓄電池會(huì)電解水，產(chǎn)生氣體逸出，這也就是 說(shuō)著太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電流中將有一部分不能轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存起來(lái)而是耗散掉。所以 可以認(rèn)為必須有一小部分電流用來(lái)補(bǔ)償損失，我們用蓄電池的庫(kù)侖效率來(lái)評(píng)估這 種電流損失。不同的蓄電池其庫(kù)侖效率不同，通常可以認(rèn)為有510%的損失， 所以保守設(shè)計(jì)中有必要將太陽(yáng)電池組件的功率增加10%以抵消蓄電池的耗散損 失。（3）完整的太陽(yáng)電池組件設(shè)計(jì)計(jì)算考慮到上述因素，必須修正簡(jiǎn)單的太陽(yáng)電池組件設(shè)計(jì)公式，將每天的負(fù)載除 以蓄電池的庫(kù)侖效率，這樣就增加了每天的負(fù)載，實(shí)際上給出了太陽(yáng)電池組件需 要負(fù)擔(dān)的真正負(fù)載；將衰減因子乘以太陽(yáng)電池組件的日輸出

20、，這樣就考慮了環(huán)境 因素和組件自身衰減造成的太陽(yáng)電池組件日輸出的減少，給出了一個(gè)在實(shí)際情況 下太陽(yáng)電池組件輸出的保守估計(jì)值。綜合考慮以上因素，可以得到下面的計(jì)算公 式。并聯(lián)的組件數(shù)量=日平均負(fù)載（AH）庫(kù)侖效率x組件日輸出（AH）x衰減因子 利用上述公式進(jìn)行太陽(yáng)電池組件的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，還要注意以下一些問(wèn)題：串聯(lián)組件數(shù)量=系統(tǒng)電壓（V）組件電壓（V）I、考慮季節(jié)變化對(duì)光伏系統(tǒng)輸出的影響，逐月進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)于全年負(fù)載不變的情況，太陽(yáng)電池組件的設(shè)計(jì)計(jì)算是基于輻照最低的月 份。如果負(fù)載的工作情況是變化的，即每個(gè)月份的負(fù)載對(duì)電力的需求是不一樣的， 那么在設(shè)計(jì)時(shí)采取的最好方法就是按照不同的季節(jié)或者每個(gè)月份分

21、別來(lái)進(jìn)行計(jì) 算，計(jì)算出的最大太陽(yáng)電池組件數(shù)目就為所求。通常在夏季、春季和秋季，太陽(yáng) 電池組件的電能輸出相對(duì)較多，而冬季相對(duì)較少，但是負(fù)載的需求也可能在夏季 比較的大，所以在這種情況下只是用年平均或者某一個(gè)月份進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算是不準(zhǔn) 確的，因?yàn)闉榱藵M足每個(gè)月份負(fù)載需求而需要的太陽(yáng)電池組件數(shù)是不同的，那么 就必須按照每個(gè)月所需要的負(fù)載算出該月所必須的太陽(yáng)電池組件。其中的最大值 就是一年中所需要的太陽(yáng)電池組件數(shù)目。例如，可能你計(jì)算出你在冬季需要的太 陽(yáng)電池組件數(shù)是10塊，但是在夏季可能只需要5塊，但是為了保證系統(tǒng)全年的 正常運(yùn)行，就不得不安裝較大數(shù)量的太陽(yáng)電池組件即10塊組件來(lái)滿足全年的負(fù) 載的需要。I

22、I、根據(jù)太陽(yáng)電池組件電池片的串聯(lián)數(shù)量選擇合適的太陽(yáng)電池組件太陽(yáng)電池組件的日輸出與太陽(yáng)電池組件中電池片的串聯(lián)數(shù)量有關(guān)。太陽(yáng)電池 在光照下的電壓會(huì)隨著溫度的升高而降低，從而導(dǎo)致太陽(yáng)電池組件的電壓會(huì)隨著 溫度的升高而降低。根據(jù)這一物理現(xiàn)象，太陽(yáng)電池組件生產(chǎn)商根據(jù)太陽(yáng)電池組件 工作的不同氣候條件，設(shè)計(jì)了不用的組件：36片串聯(lián)組件與33片串聯(lián)組件。36片太陽(yáng)電池組件主要適用于高溫環(huán)境應(yīng)用，36片太陽(yáng)電池組件的串聯(lián)設(shè) 計(jì)使得太陽(yáng)電池組件即使在高溫環(huán)境下也可以在Imp附近工作。通常，使用的蓄 電池系統(tǒng)電壓為12V，36片串聯(lián)就意味著在標(biāo)準(zhǔn)條件（25C）下太陽(yáng)電池組件的 Vmp為17V，大大高于充電所需的12

23、V電壓。當(dāng)這些太陽(yáng)電池組件在高溫下工作 時(shí)，由于高溫太陽(yáng)電池組件的損失電壓約為2V，這樣Vmp為15V，即使在最熱的 氣候條件下也足夠可以給各種類(lèi)型的蓄電池充電。采用36片串聯(lián)的太陽(yáng)電池組 件最好是應(yīng)用在炎熱地區(qū)，也可以使用在安裝了峰值功率跟蹤設(shè)備的系統(tǒng)中，這 樣可以最大限度的發(fā)揮太陽(yáng)電池組件的潛力。33片串聯(lián)的太陽(yáng)電池組件適宜于在溫和氣候環(huán)境下使用33片串聯(lián)就意味著 在標(biāo)準(zhǔn)條件（25C）下太陽(yáng)電池組件的Vmp為16V，稍高于充電所需的12V電壓。 當(dāng)這些太陽(yáng)電池組件在40-45C下工作時(shí)，由于高溫導(dǎo)致太陽(yáng)電池組件損失電壓 約為1V,這樣Vmp為15V,也足夠可以給各種類(lèi)型的蓄電池充電。但如果

24、在非常 熱的氣候條件下工作，太陽(yáng)電池組件電壓就會(huì)降低更多。如果到50C或者更高， 電壓會(huì)降低到14V或者以下，就會(huì)發(fā)生電流輸出降低。這樣對(duì)太陽(yáng)電池組件沒(méi)有 害處，但是產(chǎn)生的電流就不夠理想，所以33片串聯(lián)的太陽(yáng)電池組件最好用在溫 和氣候條件下。III、使用峰值小時(shí)數(shù)的方法估算太陽(yáng)電池組件的輸出因?yàn)樘?yáng)電池組件的輸出是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)定的，但在實(shí)際使用中，日照條 件以及太陽(yáng)電池組件的環(huán)境條件是不可能與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)完全相同，因此有必要找出 一種可以利用太陽(yáng)電池組件額定輸出和氣象數(shù)據(jù)來(lái)估算實(shí)際情況下太陽(yáng)電池組 件輸出的方法，我們可以使用峰值小時(shí)數(shù)的方法估算太陽(yáng)電池組件的日輸出。該 方法是將實(shí)際的傾斜面上的太

25、陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成等同的利用標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)輻射1000 W/ m2 照射的小時(shí)數(shù)。將該小時(shí)數(shù)乘以太陽(yáng)電池組件的峰值輸出就可以估算出太陽(yáng)電池 組件每天輸出的安時(shí)數(shù)。太陽(yáng)電池組件的輸出為峰值小時(shí)數(shù)X峰值功率。例如： 如果一個(gè)月的平均輻射為5.0kWh/m2，可以將其寫(xiě)成5.0 hours X 1000W/ m2， 而1000 W/ m2正好也就是用來(lái)標(biāo)定太陽(yáng)電池組件功率的標(biāo)準(zhǔn)輻射量，那么平均 輻射為5.0kWh/ m2就基本等同于太陽(yáng)電池組件在標(biāo)準(zhǔn)輻射下照射5.0小時(shí)。這 當(dāng)然不是實(shí)際情況，但是可以用來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。因?yàn)?000W/ m2是生產(chǎn)商用來(lái)標(biāo)定 太陽(yáng)電池組件功率的輻射量，所以在該輻射情況下的組件輸出數(shù)值

26、可以很容易從 生產(chǎn)商處得到。為了計(jì)算太陽(yáng)電池組件每天產(chǎn)生的安時(shí)數(shù)，可以使用峰值小時(shí)X 太陽(yáng)電池組件的Imp。例如，假設(shè)在某個(gè)地區(qū)傾角為30度的斜面上按月平均每 天的輻射量為5.0kWh/ m2，可以將其寫(xiě)成5.0 hours X 1000W/ m2。對(duì)于一個(gè)典 型的75W太陽(yáng)電池組件，Imp為4.4Amps，就可得出每天發(fā)電的安時(shí)數(shù)為5.0X 4.4Amps = 22.0Ah/天。使用峰值小時(shí)方法存在一些缺點(diǎn)，因?yàn)樵诜逯敌r(shí)方法中做了一些簡(jiǎn)化，導(dǎo) 致估算結(jié)果和實(shí)際情況有一定的偏差。首先，太陽(yáng)電池組件輸出的溫度效應(yīng)在該方法中被忽略。在計(jì)算中對(duì)太陽(yáng)電 池組件的Imp要進(jìn)行補(bǔ)償。因?yàn)樵诠ぷ鞯臅r(shí)候，蓄

27、電池兩端的電壓通常是稍微低 于Vmp，這樣太陽(yáng)電池組件輸出電流就會(huì)稍微高于Imp，使用Imp作為太陽(yáng)電池 組件的輸出就會(huì)比較保守。這樣，溫度效應(yīng)對(duì)于由較少的電池片串聯(lián)的太陽(yáng)電池 組件輸出的影響就比對(duì)由較多的電池片串聯(lián)的太陽(yáng)電池組件的輸出影響要大。所 以峰值小時(shí)方法對(duì)于36片串聯(lián)的太陽(yáng)電池組件比較準(zhǔn)確，對(duì)于33片串聯(lián)的太陽(yáng) 電池組件則較差，特別是在高溫環(huán)境下。對(duì)于所有的太陽(yáng)電池組件，在寒冷氣候 的預(yù)計(jì)會(huì)更加準(zhǔn)確。其次，在峰值小時(shí)方法中，利用了氣象數(shù)據(jù)中測(cè)量的總的太陽(yáng)輻射，將其轉(zhuǎn) 換為峰值小時(shí)。實(shí)際上，在每天的清晨和黃昏，有一段時(shí)間因?yàn)檩椛浜艿?，太?yáng) 電池組件產(chǎn)生的電壓太小而無(wú)法供給負(fù)載使用或者給

28、蓄電池充電，這就將會(huì)導(dǎo)致 估算偏大。通常，這一點(diǎn)造成的誤差不是很大，但對(duì)于由較少電池片串聯(lián)的太陽(yáng) 電池組件的影響比較大。所以對(duì)36片串聯(lián)的太陽(yáng)電池組件每天輸出的估算就比 較準(zhǔn)確，而對(duì)于33片串聯(lián)的太陽(yáng)電池組件的估算則較差。再次，在利用峰值小時(shí)方法進(jìn)行太陽(yáng)電池組件輸出估算時(shí)默認(rèn)了一個(gè)假設(shè)， 即假設(shè)太陽(yáng)電池組件的輸出和光照完全成線性關(guān)系，并假設(shè)所有的太陽(yáng)電池組件 都會(huì)同樣地把太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為電能。但實(shí)際上不是這樣的，這種使用峰值小時(shí)數(shù) 乘以電流峰值的方法有時(shí)候會(huì)過(guò)高地估算某些太陽(yáng)電池組件的輸出。不過(guò)，總的來(lái)說(shuō)，在已知本地傾斜斜面上太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù)的情況下，峰值小 時(shí)估計(jì)方法是一種對(duì)太陽(yáng)電池組件輸出進(jìn)行

29、快速估算很有效的方法。下面舉例說(shuō)明如何使用上述方法計(jì)算光伏供電系統(tǒng)需要的太陽(yáng)電池組件數(shù)。一個(gè)偏遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)的光伏供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用直流負(fù)載，負(fù)載為 24V， 400Ah/天。該地區(qū)最低的光照輻射是一月份，如果采用30度的傾角，斜面上的 平均日太陽(yáng)輻射為3.0 kWh/ m2,也就是相當(dāng)于3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)峰值小時(shí)。對(duì)于一個(gè)典 型的75W太陽(yáng)電池組件，每天的輸出為：組件日輸出=3.0峰值小時(shí)X4.4安培=13.2 Ah/天假設(shè)蓄電池的庫(kù)侖效率為90%，太陽(yáng)電池組件的輸出衰減為10%。根據(jù)上述 公式，并聯(lián)組件數(shù)量=日平均負(fù)載（AH）庫(kù)侖效率x組件日輸出（AH）x衰減因子4。宙)37.40.9 x13.2( AH) x 0.9串聯(lián)組件數(shù)量=系統(tǒng)電壓（V）組件電壓（V）24( V) 12