光伏系統(tǒng)設(shè)計

光伏系統(tǒng)設(shè)計本章主要講述太陽能光伏系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，并結(jié)合實例講述光伏系統(tǒng)的常見類型、一般設(shè)計原理和方法、光伏系統(tǒng)的測試以及性能分析，并描述了太陽能光伏系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。4．1．光伏系統(tǒng)的組成和原理光伏系統(tǒng)由以下三部分組成：太陽電池組件；充、放電控制器、逆變器、測試儀表和計算機監(jiān)控等電力電子設(shè)備和蓄電池或其它蓄能和輔助發(fā)電設(shè)備。光伏系統(tǒng)具有以下的特點：沒有轉(zhuǎn)動部件，不產(chǎn)生噪音；沒有空氣污染、不排放廢水；沒有燃燒過程，不需要燃料；維修保養(yǎng)簡單，維護費用低；運行可靠性、穩(wěn)定性好；作為關(guān)鍵部件的太陽電池使用壽命長，晶體硅太陽電池壽命可達到25年以上；根據(jù)需要很容易擴大發(fā)電規(guī)模。光伏系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，光伏系統(tǒng)應(yīng)用的基本形式可分為兩大類：獨立發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。應(yīng)用主要領(lǐng)域主要在太空航空器、通信系統(tǒng)、微波中繼站、電視差轉(zhuǎn)臺、光伏水泵和無電缺電地區(qū)戶用供電。隨著技術(shù)發(fā)展和世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要，發(fā)達國家已經(jīng)開始有計劃地推廣城市光伏并網(wǎng)發(fā)電，主要是建設(shè)戶用屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和MW級集中型大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等，同時在交通工具和城市照明等方面大力推廣太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，如系統(tǒng)規(guī)?？缍群艽螅〉?.3～2W的太陽能庭院燈，大到MW級的太陽能光伏電站。其應(yīng)用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應(yīng)用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。圖4-1是一個典型的供應(yīng)直流負載的光伏系統(tǒng)示意圖。其中包含了光伏系統(tǒng)中的幾個主要部件：光伏組件方陣：由太陽電池組件（也稱光伏電池組件）按照系統(tǒng)需求串、并聯(lián)而成，在太陽光照射下將太陽能轉(zhuǎn)換成電能輸出，它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心部件。蓄電池：將太陽電池組件產(chǎn)生的電能儲存起來，當(dāng)光照不足或晚上、或者負載需求大于太陽電池組件所發(fā)的電量時，將儲存的電能釋放以滿足負載的能量需求，它是太陽能光伏系統(tǒng)的儲能部件。目前太陽能光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池，對于較高要求的系統(tǒng)，通常采用深放電閥控式密封鉛酸蓄電池、深放電吸液式鉛酸蓄電池等?？刂破鳎核鼘π铍姵氐某洹⒎烹姉l件加以規(guī)定和控制，并按照負載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負載的電能輸出，是整個系統(tǒng)的核心控制部分。隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來越強大，有將傳統(tǒng)的控制部分、逆變器以及監(jiān)測系統(tǒng)集成的趨勢，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三種功能。逆變器：在太陽能光伏供電系統(tǒng)中，如果含有交流負載，那么就要使用逆變器設(shè)備，將太陽電池組件產(chǎn)生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉(zhuǎn)化為負載需要的交流電。太陽能光伏供電系統(tǒng)的基本工作原理就是在太陽光的照射下，將太陽電池組件產(chǎn)生的電能通過控制器的控制給蓄電池充電或者在滿足負載需求的情況下直接給負載供電，如果日照不足或者在夜間則由蓄電池在控制器的控制下給直流負載供電，對于含有交流負載的光伏系統(tǒng)而言，還需要增加逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。光伏系統(tǒng)的應(yīng)用具有多種形式，但是其基本原理大同小異。對于其他類型的光伏系統(tǒng)只是在控制機理和系統(tǒng)部件上根據(jù)實際的需要有所不同，下面將對不同類型的光伏系統(tǒng)進行詳細地描述。圖4-1直流負載的太陽能光伏系統(tǒng)4.2.光伏系統(tǒng)的分類與介紹一般將光伏系統(tǒng)分為獨立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。如果根據(jù)光伏系統(tǒng)的應(yīng)用形式、應(yīng)用規(guī)模和負載的類型，對光伏供電系統(tǒng)進行比較細致的劃分，可將光伏系統(tǒng)分為如下六種類型：小型太陽能供電系統(tǒng)（SmallDC）；簡單直流系統(tǒng)（SimpleDC）；大型太陽能供電系統(tǒng)（LargeDC）；交流、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）；并網(wǎng)系統(tǒng)（UtilityGridConnect）；混合供電系統(tǒng)（Hybrid）；并網(wǎng)混合系統(tǒng)。下面就每種系統(tǒng)的工作原理和特點進行說明。.小型太陽能供電系統(tǒng)（SmallDC）該系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)中只有直流負載而且負載功率比較小，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便。其主要用途是一般的戶用系統(tǒng)，負載為各種民用的直流產(chǎn)品以及相關(guān)的娛樂設(shè)備。如在我國西北邊遠地區(qū)就大面積推廣使用了這種類型的光伏系統(tǒng)，負載為直流節(jié)能燈、收錄機和電視機等，用來解決無電地區(qū)家庭的基本照明問題。圖4-4簡單直流的光伏水泵系統(tǒng).簡單直流系統(tǒng)（SimpleDC）該系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)負載為直流負載而且對負載的使用時間沒有特別的要求，負載主要是在白天使用，所以系統(tǒng)中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，直接使用太陽能太陽電池組件給負載供電，省去了能量在蓄電池中的儲存和釋放過程所造成的損失，以及控制器中的能量損失，提高了太陽能的利用效率。其常用于光伏水泵系統(tǒng)、一些白天臨時設(shè)備用電和旅游設(shè)施中。圖4-4顯示的就是一個簡單直流的光伏水泵系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在發(fā)展中國家的無純凈自來水供飲地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的社會效益。大型太陽能供電系統(tǒng)（LargeDC）與上述兩種光伏系統(tǒng)相比，這種光伏系統(tǒng)仍適用于直流電源系統(tǒng)，但是這種太陽能光伏系統(tǒng)的負載功率較大，為了保證可靠地給負載提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，其相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)模也較大，需要配備較大的太陽能太陽電池組件陣列和較大的蓄電池組，常應(yīng)用于通信、遙測、監(jiān)測設(shè)備電源，農(nóng)村的集中供電站，航標(biāo)燈塔、路燈等領(lǐng)域。我國在西部地區(qū)實施的“光明工程”中，一些無電地區(qū)建設(shè)的部分鄉(xiāng)村光伏電站就是采用這種形式；中國移動和中國聯(lián)通公司在偏僻無電網(wǎng)地區(qū)建設(shè)的通信基站也采用了這種光伏系統(tǒng)供電。. 交流、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）與上述的三種太陽能光伏系統(tǒng)不同的是，這種光伏系統(tǒng)能夠同時為直流和交流負載提供電力，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上比上述三種系統(tǒng)多了逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以滿足交流負載的需求。通常這種系統(tǒng)的負載耗電量也比較大，從而系統(tǒng)的規(guī)模也較大。在一些同時具有交流和直流負載的通信基站和其它一些含有交、直流負載的光伏電站中得到應(yīng)用。.并網(wǎng)系統(tǒng)（UtilityGridConnected）這種光伏系統(tǒng)最大的特點就是太陽電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)，并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏方陣所產(chǎn)生電力除了供給交流負載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)。在陰雨天或夜晚，太陽電池組件沒有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負載需求時就由電網(wǎng)供電。因為直接將電能輸入電網(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用光伏方陣所發(fā)的電力從而減小了能量的損耗，并降低了系統(tǒng)的成本。但是系統(tǒng)中需要專用的并網(wǎng)逆變器，以保證輸出的電力滿足電網(wǎng)電力對電壓、頻率等電性能指標(biāo)的要求。因為逆變器效率的問題，還是會有部分的能量損失。這種系統(tǒng)通常能夠并行使用市電和太陽能太陽電池組件陣列作為本地交流負載的電源，降低了整個系統(tǒng)的負載缺電率。而且并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。但并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)作為一種分散式發(fā)電系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會產(chǎn)生一些不良的影響，如諧波污染，孤島效應(yīng)等。．混合供電系統(tǒng)（Hybrid） 這種太陽能光伏系統(tǒng)中除了使用太陽能太陽電池組件陣列之外，還使用了燃油發(fā)電機作為備用電源。使用混合供電系統(tǒng)的目的就是為了綜合利用各種發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點，避免各自的缺點。比方說，上述幾種獨立光伏系統(tǒng)的優(yōu)點是維護少，缺點是能量輸出依賴于天氣，不穩(wěn)定。綜合使用柴油發(fā)電機和太陽電池組件的混合供電系統(tǒng)與單一能源的獨立系統(tǒng)相比所提供的能源對天氣的依賴性要小，它的優(yōu)點是：使用混合供電系統(tǒng)可以達到可再生能源的更好利用。因為可再生能源是變化的，不穩(wěn)定的，所以系統(tǒng)必須按照能量產(chǎn)生最少的時期進行設(shè)計。由于系統(tǒng)是按照最差的情況進行設(shè)計，所以在其他的時間，系統(tǒng)的容量過大。在太陽輻照最高峰時期產(chǎn)生的多余能量沒法使用而白白浪費了。整個獨立系統(tǒng)的性能就因此而降低。如果最差月份的情況和其他月份差別很大，有可能導(dǎo)致浪費的能量等于甚至超過設(shè)計負載的需求。具有較高的系統(tǒng)實用性。在獨立系統(tǒng)中因為可再生能源的變化和不穩(wěn)定會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)供電不能滿足負載需求的情況，也就是存在負載缺電情況，使用混合系統(tǒng)則會大大地降低負載缺電率。和單用柴油發(fā)電機的系統(tǒng)相比，具有較少的維護和使用較少的燃料。較高的燃油效率。在低負荷的情況下，柴油機的燃油利用率很低，會造成燃油的浪費。在混合系統(tǒng)中可以進行綜合控制使得柴油機在額定功率附近工作，從而提高燃油效率。負載匹配更佳。使用混合系統(tǒng)之后，因為柴油發(fā)電機可以即時提供較大的功率，所以混合系統(tǒng)可以適用于范圍更加廣泛的負載系統(tǒng)，例如可以使用較大的交流負載，沖擊載荷等。還可以更好的匹配負載和系統(tǒng)的發(fā)電，只要在負載的高峰時期打開備用能源即可簡單的辦到。有時候，負載的大小決定了需要使用混合系統(tǒng)，大的負載需要很大的電流和很高的電壓。如果只是使用太陽能成本就會很高。但混合系統(tǒng)也有其自身的缺點：控制比較復(fù)雜。因為使用了多種能源，所以系統(tǒng)需要監(jiān)控每種能源的工作情況，處理各個子能源系統(tǒng)之間的相互影響、協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運作，這樣就導(dǎo)致其控制系統(tǒng)比獨立系統(tǒng)復(fù)雜，現(xiàn)在多使用微處理芯片進行系統(tǒng)管理。初期工程較大?；旌舷到y(tǒng)的設(shè)計，安裝，施工工程都比獨立工程要大。比獨立系統(tǒng)需要更多的維護。油機的使用需要很多的維護工作，比如更換機油濾清器，燃油濾清器，火花塞等，還需要給油箱添加燃油等。污染和噪音。光伏系統(tǒng)是無噪音、無排放的潔凈能源利用，但是因為混合系統(tǒng)中使用了柴油機，這樣就不可避免地產(chǎn)生噪音和污染。很多在偏遠無電地區(qū)的通信電源和民航導(dǎo)航設(shè)備電源，因為對電源的要求很高，都采用混合系統(tǒng)供電，以求達到最好的性價比。我國新疆、云南建設(shè)的很多鄉(xiāng)村光伏電站就是采用光/柴混合系統(tǒng)。．并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)（Hybrid）隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以綜合利用太陽能光伏陣列、市電和備用油機的并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常是控制器和逆變器集成一體化，使用電腦芯片全面控制整個系統(tǒng)的運行，綜合利用各種能源，達到最佳的工作狀態(tài)，并可以配備使用蓄電池。進一步提高系統(tǒng)的負載供電保障率，例如AES的SMD逆變器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以為本地負載提供合格的電源，并可以作為一個在線UPS（不間斷電源）工作。它可向電網(wǎng)供電，也可從電網(wǎng)獲得電力，是個雙向逆變/控制器。系統(tǒng)工作方式是將市電和光伏電源并行工作，對于本地負載而言，如果太陽電池組件產(chǎn)生的電能足夠負載使用，它將直接使用太陽電池組件產(chǎn)生的電能供給負載的需求。如果太陽電池組件產(chǎn)生的電能超過即時負載的需求還能將多余的電能返回給電網(wǎng)；如果太陽電池組件產(chǎn)生的電能不夠用，則將自動啟用市電，使用市電供給本地負載的需求；而且，當(dāng)本地負載功耗小于SMD逆變器額定市電容量的60％時，市電就會自動給蓄電池充電，保證蓄電池長期處于浮充狀態(tài)；如果市電產(chǎn)生故障，即市電停電或者市電的供電品質(zhì)不合格，系統(tǒng)就會自動斷開市電，轉(zhuǎn)成獨立工作模式，由蓄電池和逆變器提供負載所需的交流電能。一旦市電恢復(fù)正常，即電壓和頻率都恢復(fù)到正常狀態(tài)以內(nèi)，系統(tǒng)就會斷開蓄電池，改為并網(wǎng)模式工作，由市電供電。有的并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)中還可以將系統(tǒng)監(jiān)控、控制和數(shù)據(jù)采集功能集成到控制芯片中。4.3.太陽能光伏系統(tǒng)的特點太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)自身具有其獨特的特點：無枯竭危險；絕對干凈（無污染，除蓄電池外）；不受資源分布地域的限制；可在用電處就近發(fā)電；能源質(zhì)量高；使用者從感情上容易接受；獲取能源花費的時間短；供電系統(tǒng)工作可靠。不足之處是：照射的能量分布密度小；獲得的能源與四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)；造價比較高。以上的一些特點決定了光伏發(fā)電供電系統(tǒng)在應(yīng)用中有著其獨有的優(yōu)勢和相關(guān)的制約。4.4.光伏系統(tǒng)的容量設(shè)計光伏系統(tǒng)的設(shè)計包括兩個方面：容量設(shè)計和硬件設(shè)計。光伏系統(tǒng)容量設(shè)計的主要目的就是要計算出系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠可靠工作所需的太陽電池組件和蓄電池的數(shù)量。同時要注意協(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)計的主要目的是根據(jù)實際情況選擇合適的硬件設(shè)備包括太陽電池組件的選型，支架設(shè)計，逆變器的選擇，電纜的選擇，控制測量系統(tǒng)的設(shè)計，防雷設(shè)計和配電系統(tǒng)設(shè)計等。在進行系統(tǒng)設(shè)計的時候需要綜合考慮系統(tǒng)的軟件和硬件兩個方面。針對不同類型的光伏系統(tǒng)，軟件設(shè)計的內(nèi)容也不一樣。獨立系統(tǒng)，并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)的設(shè)計方法和考慮重點都會有所不同。在進行光伏系統(tǒng)的設(shè)計之前，需要了解并獲取一些進行計算和選擇必需的基本數(shù)據(jù)：光伏系統(tǒng)現(xiàn)場的地理位置，包括地點、緯度、經(jīng)度和海拔；該地區(qū)的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量以及散射輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風(fēng)速以及冰雹、降雪等特殊氣象情況等。．獨立光伏系統(tǒng)軟件設(shè)計光伏系統(tǒng)軟件設(shè)計的內(nèi)容包括負載用電量的估算，太陽電池組件數(shù)量和蓄電池容量的計算以及太陽電池組件安裝最佳傾角的計算。因為太陽電池組件數(shù)量和蓄電池容量是光伏系統(tǒng)軟件設(shè)計的關(guān)鍵部分，所以本節(jié)將著重講述計算與選擇太陽電池太陽電池組件和蓄電池的方法。需要說明的一點是，在系統(tǒng)設(shè)計中，并不是所有的選擇都依賴于計算。有些時候需要設(shè)計者自己作出判斷和選擇。計算的技巧很簡單，設(shè)計者對負載的使用效率和恰當(dāng)性作出正確的判斷才是得到一個符合成本效益的良好設(shè)計的關(guān)鍵。1．設(shè)計的基本原理太陽電池組件設(shè)計的一個主要原則就是要滿足平均天氣條件下負載的每日用電需求；因為天氣條件有低于和高于平均值的情況，所以要保證太陽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）將會降低很多。在太陽電池組件大小的設(shè)計中不要考慮盡可能快地給蓄電池充滿電。如果這樣，就會導(dǎo)致一個很大的太陽電池組件，使得系統(tǒng)成本過高；而在一年中的絕大部分時間里太陽電池組件的發(fā)電量會遠遠大于負載的使用量，從而造成太陽電池組件不必要的浪費；蓄電池的主要作用是在太陽輻射低于平均值的情況下給負載供電；在隨后太陽輻射高于平均值的天氣情況下，太陽電池組件就會給蓄電池充電。設(shè)計太陽電池組件要滿足光照最差季節(jié)的需要。在進行太陽電池組件設(shè)計的時候，首先要考慮的問題就是設(shè)計的太陽電池組件輸出要等于全年負載需求的平均值。在那種情況下，太陽電池組件將提供負載所需的所有能量。但這也意味著每年都有將近一半的時間蓄電池處于虧電狀態(tài)。蓄電池長時間內(nèi)處于虧電狀態(tài)將使得蓄電池的極板硫酸鹽化。而在獨立光伏系統(tǒng)中沒有備用電源在天氣較差的情況下給蓄電池進行再充電，這樣蓄電池的使用壽命和性能將會受到很大的影響，整個系統(tǒng)的運行費用也將大幅度增加。太陽電池組件設(shè)計中較好的辦法是使太陽電池組件能滿足光照最惡劣季節(jié)里的負載需要，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到全滿狀態(tài)，可延長蓄電池的使用壽命，減少維護費用。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)計太陽電池組件大小，那么所設(shè)計的太陽電池組件在一年中的其它時候就會遠遠超過實際所需，而且成本高昂。這時就可以考慮使用帶有備用電源的混合系統(tǒng)。但是對于很小的系統(tǒng)，安裝混合系統(tǒng)的成本會很高；而在偏遠地區(qū)，使用備用電源的操作和維護費用也相當(dāng)高，所以設(shè)計獨立光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵就是選擇成本效益最好的方案。2．蓄電池設(shè)計方法蓄電池的設(shè)計思想是保證在太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負載仍可以正常工作。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，太陽電池組件產(chǎn)生的電能不能完全填滿由于負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)束的時候，蓄電池就會處于未充滿狀態(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載的需要，蓄電池的荷電狀態(tài)繼續(xù)下降。也許接下來的第三天第四天會有同樣的情況發(fā)生。但是為了避免蓄電池的損壞，這樣的放電過程只能夠允許持續(xù)一定的時間，直到蓄電池的荷電狀態(tài)到達指定的危險值。為了量化評估這種太陽光照連續(xù)低于平均值的情況，在進行蓄電池設(shè)計時，我們需要引入一個不可缺少的參數(shù)：自給天數(shù)，即系統(tǒng)在沒有任何外來能源的情況下負載仍能正常工作的天數(shù)。這個參數(shù)讓系統(tǒng)設(shè)計者能夠選擇所需使用的蓄電池容量大小。一般來講，自給天數(shù)的確定與兩個因素有關(guān)：負載對電源的要求程度；光伏系統(tǒng)安裝地點的氣象條件即最大連續(xù)陰雨天數(shù)。通?？梢詫⒐夥到y(tǒng)安裝地點的最大連續(xù)陰雨天數(shù)作為系統(tǒng)設(shè)計中使用的自給天數(shù)，但還要綜合考慮負載對電源的要求。對于負載對電源要求不是很嚴格的光伏應(yīng)用，我們在設(shè)計中通常取自給天數(shù)為3～5天。對于負載要求很嚴格的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，我們在設(shè)計中通常取自給天數(shù)為7～14天。所謂負載要求不嚴格的系統(tǒng)通常是指用戶可以稍微調(diào)節(jié)一下負載需求從而適應(yīng)惡劣天氣帶來的不便，而嚴格系統(tǒng)指的是用電負載比較重要，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，如果在很偏遠的地區(qū)，必須設(shè)計較大的蓄電池容量，因為維護人員要到達現(xiàn)場需要花費很長時間。光伏系統(tǒng)中使用的蓄電池有鎳氫、鎳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有特別說明指的都是鉛酸蓄電池。蓄電池的設(shè)計包括蓄電池容量的設(shè)計計算和蓄電池組的串并聯(lián)設(shè)計。首先，給出計算蓄電池容量的基本方法。（1）基本公式第一步，將每天負載需要的用電量乘以根據(jù)實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。因為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)計蓄電池容量的基本公式見下：自給天數(shù)X日平均負載蓄電池容量=---------------------（4.1）最大放電深度下面我們介紹確定蓄電池串并聯(lián)的方法。每個蓄電池都有它的標(biāo)稱電壓。為了達到負載工作的標(biāo)稱電壓，我們將蓄電池串聯(lián)起來給負載供電，需要串聯(lián)的蓄電池的個數(shù)等于負載的標(biāo)稱電壓除以蓄電池的標(biāo)稱電壓。負載標(biāo)稱電壓串聯(lián)蓄電池數(shù)=--------------（4.2）蓄電池標(biāo)稱電壓為了說明上述基本公式的應(yīng)用，我們用一個小型的交流光伏應(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載需求為462.96Ah/天。(10000Wh÷0.9÷24V=462.96Ah)。我們假設(shè)這是一個負載對電源要求并不是很嚴格的系統(tǒng)，使用者可以比較靈活的根據(jù)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×462.96Ah/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數(shù)： 串聯(lián)蓄電池數(shù)＝24V/2V=12（個）需要并聯(lián)的蓄電池數(shù)： 并聯(lián)蓄電池數(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的蓄電池個數(shù)為：12串聯(lián)×8并聯(lián)=96（個）。下面是一個純直流系統(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)村小屋的負載為90Ah/天，系統(tǒng)電壓為24V。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×90Ah/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)×4并聯(lián)=8個。（2）設(shè)計修正以上給出的只是蓄電池容量的基本估算方法，在實際情況中還有很多性能參數(shù)會對蓄電池容量和使用壽命產(chǎn)生很大的影響。為了得到正確的蓄電池容量設(shè)計，上面的基本方程必須加以修正。對于蓄電池，蓄電池的容量不是一成不變的，蓄電池的容量與兩個重要因素相關(guān)：蓄電池的放電率和環(huán)境溫度。首先，我們考慮放電率對蓄電池容量的影響。蓄電池的容量隨著放電率的改變而改變，隨著放電率的降低，蓄電池的容量會相應(yīng)增加。這樣就會對我們的容量設(shè)計產(chǎn)生影響。進行光伏系統(tǒng)設(shè)計時就要為所設(shè)計的系統(tǒng)選擇在恰當(dāng)?shù)姆烹娐氏碌男铍姵厝萘俊Ｍǔ?，生產(chǎn)廠家提供的是蓄電池額定容量是10小時放電率下的蓄電池容量。但是在光伏系統(tǒng)中，因為蓄電池中存儲的能量主要是為了自給天數(shù)中的負載需要，蓄電池放電率通常較慢，光伏供電系統(tǒng)中蓄電池典型的放電率為100～200小時。在設(shè)計時我們要用到在蓄電池技術(shù)中常用的平均放電率的概念。光伏系統(tǒng)的平均放電率公式如下：平均放電率(小時)=（4.3）上式中的負載工作時間可以用下述方法估計：對于只有單個負載的光伏系統(tǒng)，負載的工作時間就是實際負載平均每天工作的小時數(shù)；對于有多個不同負載的光伏系統(tǒng)，負載的工作時間可以使用加權(quán)平均負載工作時間，加權(quán)平均負載工作時間的計算方法如下：加權(quán)平均負載工作時間=(4.4)根據(jù)上面兩式就可以計算出光伏系統(tǒng)的實際平均放電率，根據(jù)蓄電池生產(chǎn)商提供的該型號電池在不同放電速率下的蓄電池容量，就可以對蓄電池的容量進行修正。下面考慮溫度對蓄電池容量的影響。蓄電池的容量會隨著蓄電池溫度的變化而變化，當(dāng)蓄電池溫度下降時，蓄電池的容量會下降。通常，鉛酸蓄電池的容量是在25℃時標(biāo)定的。隨著溫度的降低，0℃時的容量大約下降到額定容量的90％，而在-20℃的時候大約下降到額定容量的80％，所以必須考慮蓄電池的環(huán)境溫度對其容量的影響。如果光伏系統(tǒng)安裝地點的氣溫很低，這就意味著按照額定容量設(shè)計的蓄電池容量在該地區(qū)的實際使用容量會降低，也就是無法滿足系統(tǒng)負載的用電需求。在實際工作的情況下就會導(dǎo)致蓄電池的過放電，減少蓄電池的使用壽命，增加維護成本。這樣，設(shè)計時需要的蓄電池容量就要比根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)情況（25℃）下蓄電池參數(shù)計算出來的容量要大，只有選擇安裝相對于25℃時計算容量多的容量，才能夠保證蓄電池在溫度低于25℃的情況下，還能完全提供所需的能量。圖4－9蓄電池溫度－放電率－容量曲線蓄電池生產(chǎn)商一般會提供相關(guān)的蓄電池溫度-容量修正曲線。在該曲線上可以查到對應(yīng)溫度的蓄電池容量修正系數(shù)，除以蓄電池容量修正系數(shù)就能對上述的蓄電池容量初步計算結(jié)果加以修正。上面是一個典型的溫度－放電率－容量變化曲線。因為低溫的影響，在蓄電池容量設(shè)計上還必須要考慮的一個因素就是修正蓄電池的最大放電深度以防止蓄電池在低溫下凝固失效，造成蓄電池的永久損壞。鉛酸蓄電池中的電解液在低溫下可能會凝固，隨著蓄電池的放電，蓄電池中不斷生成的水稀釋電解液，導(dǎo)致蓄電池電解液的凝結(jié)點不斷上升，直到純水的0℃。在寒冷的氣候條件下，如果蓄電池放電過多，隨著電解液凝結(jié)點的上升，電解液就可能凝結(jié)，從而損壞蓄電池。即使系統(tǒng)中使用的是深循環(huán)工業(yè)用蓄電池，其最大的放電深度也不要超過80％。下圖給出了一般鉛酸蓄電池的最大放電深度和蓄電池溫度的關(guān)系，系統(tǒng)設(shè)計時可以參考該圖得到所需的調(diào)整因子。圖4－10鉛酸蓄電池最大放電深度－溫度曲線在設(shè)計時要使用光伏系統(tǒng)所在地區(qū)的最低平均溫度，然后從上圖或者是由蓄電池生產(chǎn)商提供的最大放電深度－蓄電池溫度關(guān)系圖上找到該地區(qū)使用蓄電池的最大允許放電深度。通常，只是在溫度低于零下8度時才考慮進行校正。（3）完整的蓄電池容量設(shè)計計算考慮到以上所有的計算修正因子，我們可以得到如下蓄電池容量的最終計算公式。蓄電池容量(@指定放電率)＝(4.5)下面對每個參數(shù)進行總結(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％。如果在嚴寒地區(qū)，就要考慮到低溫防凍問題對此進行必要的修正。設(shè)計時可以適當(dāng)?shù)販p小這個值擴大蓄電池的容量，以延長蓄電池的使用壽命。例如，如果使用深循環(huán)蓄電池，進行設(shè)計時，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)的維護費用，同時又對系統(tǒng)初始成本不會有太大的沖擊。根據(jù)實際情況可對此進行靈活地處理。溫度修正系數(shù)：當(dāng)溫度降低的時候，蓄電池的容量將會減少。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℃標(biāo)準(zhǔn)情況算出來的容量值，從而使得設(shè)計的蓄電池容量能夠滿足實際負載的用電需求。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)計系統(tǒng)的在指定放電率下的合適蓄電池容量。如果在沒有詳細的有關(guān)容量－放電速率的資料的情況下，可以粗略的估計認為，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％。下面舉例說明上述公式的應(yīng)用。建立一套光伏供電系統(tǒng)給一個地處偏遠的通訊基站供電，該系統(tǒng)的負載有兩個：負載一，工作電流為1安培，每天工作24小時。負載二，工作電流為5安培每天工作12小時。該系統(tǒng)所處的地點的24小時平均最低溫度為-20℃，系統(tǒng)的自給時間為5天。使用深循環(huán)工業(yè)用蓄電池（最大DOD為80％）。因為該光伏系統(tǒng)所在地區(qū)的24小時平均最低溫度為-20℃，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－蓄電池溫度的關(guān)系圖我們可以確定最大允許放電深度為50％。所以，加權(quán)平均負載工作時間=＝6.67hrs平均放電率=＝66.7小時率根據(jù)上頁中的典型溫度－放電率－容量變化曲線，與平均放電率計算數(shù)值最為接近的放電率為50小時率，-20℃時在該放電率下所對應(yīng)的溫度修正系數(shù)為0.7（也可以根據(jù)供應(yīng)商提供的性能表進行查詢）。如果計算出來的放電率在兩個數(shù)據(jù)之間，那么選擇較快的放電率（短時間）比較保守可靠。因此蓄電池容量為：蓄電池容量＝＝1428.57Ah@50小時放電率根據(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行串并聯(lián)，構(gòu)成所需的蓄電池組。（4）蓄電池組并聯(lián)設(shè)計當(dāng)計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，如果計算出來的蓄電池容量為500Ah，那么我們可以選擇一個500Ah的單體蓄電池，也可以選擇兩個250Ah的蓄電池并聯(lián)，還可以選擇5個100Ah的蓄電池并聯(lián)。從理論上講，這些選擇都可以滿足要求，但是在實際應(yīng)用當(dāng)中，要盡量減少并聯(lián)數(shù)目。也就是說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所造成的影響，因為一些并聯(lián)的蓄電池在充放電的時候可能會與之并聯(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。一般來講，建議并聯(lián)的數(shù)目不要超過4組。目前，很多光伏系統(tǒng)采用的是兩組并聯(lián)模式。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斷開進行維修，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)稱電壓正常工作?？傊?，蓄電池組的并聯(lián)設(shè)計需要考慮不同的實際情況，根據(jù)不同的需要作出不同的選擇。3．光伏組件方陣設(shè)計（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)計方法。下面我們將講述如何設(shè)計太陽電池組件的大小。太陽電池組件設(shè)計的基本思想就是滿足年平均日負載的用電需求。計算太陽電池組件的基本方法是用負載平均每天所需要的能量（安時數(shù)）除以一塊太陽電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量（安時數(shù)），這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽電池組件數(shù)，使用這些組件并聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負載所需要的電流。將系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓除以太陽電池組件的標(biāo)稱電壓，就可以得到太陽電池組件需要串聯(lián)的太陽電池組件數(shù)，使用這些太陽電池組件串聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負載所需要的電壓?；居嬎愎饺缦拢翰⒙?lián)的組件數(shù)量＝（4.6）串聯(lián)組件數(shù)量＝（4.7）（2）光伏組件方陣設(shè)計的修正太陽電池組件的輸出，會受到一些外在因素的影響而降低，根據(jù)上述基本公式計算出的太陽電池組件，在實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，有必要對上述基本公式進行修正。將太陽電池組件輸出降低10％在實際情況工作下，太陽電池組件的輸出會受到外在環(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降低太陽電池組件的輸出。通常的做法就是在計算的時候減少太陽電池組件的輸出10％來解決上述的不可預(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)計時需要考慮的工程上的安全系數(shù)。又因為光伏供電系統(tǒng)的運行還依賴于天氣狀況,所以有必要對這些因素進行評估和技術(shù)估計，因此設(shè)計上留有一定的余量將使得系統(tǒng)可以年復(fù)一年地長期正常使用。將負載增加10％以應(yīng)付蓄電池的庫侖效率在蓄電池的充放電過程中，鉛酸蓄電池會電解水，產(chǎn)生氣體逸出，這也就是說著太陽電池組件產(chǎn)生的電流中將有一部分不能轉(zhuǎn)化儲存起來而是耗散掉。所以可以認為必須有一小部分電流用來補償損失，我們用蓄電池的庫侖效率來評估這種電流損失。不同的蓄電池其庫侖效率不同，通常可以認為有5～10％的損失，所以保守設(shè)計中有必要將太陽電池組件的功率增加10％以抵消蓄電池的耗散損失。(3)完整的太陽電池組件設(shè)計計算考慮到上述因素，必須修正簡單的太陽電池組件設(shè)計公式,將每天的負載除以蓄電池的庫侖效率，這樣就增加了每天的負載，實際上給出了太陽電池組件需要負擔(dān)的真正負載；將衰減因子乘以太陽電池組件的日輸出，這樣就考慮了環(huán)境因素和組件自身衰減造成的太陽電池組件日輸出的減少，給出了一個在實際情況下太陽電池組件輸出的保守估計值。綜合考慮以上因素，可以得到下面的計算公式。并聯(lián)的組件數(shù)量＝（4.8）串聯(lián)組件數(shù)量＝（4.9）利用上述公式進行太陽電池組件的設(shè)計計算時，還要注意以下一些問題：考慮季節(jié)變化對光伏系統(tǒng)輸出的影響，逐月進行設(shè)計計算對于全年負載不變的情況，太陽電池組件的設(shè)計計算是基于輻照最低的月份。如果負載的工作情況是變化的，即每個月份的負載對電力的需求是不一樣的，那么在設(shè)計時采取的最好方法就是按照不同的季節(jié)或者每個月份分別來進行計算，計算出的最大太陽電池組件數(shù)目就為所求。通常在夏季、春季和秋季，太陽電池組件的電能輸出相對較多，而冬季相對較少，但是負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月份進行設(shè)計計算是不準(zhǔn)確的，因為為了滿足每個月份負載需求而需要的太陽電池組件數(shù)是不同的，那么就必須按照每個月所需要的負載算出該月所必須的太陽電池組件。其中的最大值就是一年中所需要的太陽電池組件數(shù)目。例如，可能你計算出你在冬季需要的太陽電池組件數(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)全年的正常運行，就不得不安裝較大數(shù)量的太陽電池組件即10塊組件來滿足全年的負載的需要。根據(jù)太陽電池組件件電池片的串串聯(lián)數(shù)量選擇擇合適的太陽陽電池組件太陽電池組件的日日輸出與太陽陽電池組件中中電池片的串串聯(lián)數(shù)量有關(guān)關(guān)。太陽電池池在光照下的的電壓會隨著著溫度的升高高而降低，從從而導(dǎo)致太陽陽電池組件的的電壓會隨著著溫度的升高高而降低。根根據(jù)這一物理理現(xiàn)象，太陽陽電池組件生生產(chǎn)商根據(jù)太太陽電池組件件工作的不同同氣候條件，設(shè)設(shè)計了不用的的組件：36片串聯(lián)組件件與33片串聯(lián)組件件。36片太陽電池組件主主要適用于高高溫環(huán)境應(yīng)用用，36片太陽電池池組件的串聯(lián)聯(lián)設(shè)計使得太太陽電池組件件即使在高溫溫環(huán)境下也可可以在Imp附近工作。通通常，使用的的蓄電池系統(tǒng)統(tǒng)電壓為12V，36片串聯(lián)就意意味著在標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)條件（25℃）下太陽電電池組件的Vmp為17V，大大高于于充電所需的的12V電壓。當(dāng)這這些太陽電池池組件在高溫溫下工作時，由由于高溫太陽陽電池組件的的損失電壓約約為2V，這樣Vmp為15V，即使在最最熱的氣候條條件下也足夠夠可以給各種種類型的蓄電電池充電。采采用36片串聯(lián)的太太陽電池組件件最好是應(yīng)用用在炎熱地區(qū)區(qū)，也可以使使用在安裝了了峰值功率跟跟蹤設(shè)備的系系統(tǒng)中，這樣樣可以最大限限度的發(fā)揮太太陽電池組件件的潛力。33片串聯(lián)的太陽電池池組件適宜于于在溫和氣候候環(huán)境下使用用33片串聯(lián)就意意味著在標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)條件（25℃）下太陽電電池組件的Vmp為16V，稍高于充充電所需的12V電壓。當(dāng)這這些太陽電池池組件在40-45℃下工作時，由由于高溫導(dǎo)致致太陽電池組組件損失電壓壓約為1V，這樣Vmp為15V，也足夠可可以給各種類類型的蓄電池池充電。但如如果在非常熱熱的氣候條件件下工作，太太陽電池組件件電壓就會降降低更多。如如果到50℃或者更高，電電壓會降低到到14V或者以下，就就會發(fā)生電流流輸出降低。這這樣對太陽電電池組件沒有有害處，但是是產(chǎn)生的電流流就不夠理想想，所以33片串聯(lián)的太太陽電池組件件最好用在溫溫和氣候條件件下。使用峰值小時數(shù)的的方法估算太太陽電池組件件的輸出因為太陽電池組件件的輸出是在在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下下標(biāo)定的，但但在實際使用用中，日照條條件以及太陽陽電池組件的的環(huán)境條件是是不可能與標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)完全全相同，因此此有必要找出出一種可以利利用太陽電池池組件額定輸輸出和氣象數(shù)數(shù)據(jù)來估算實實際情況下太太陽電池組件件輸出的方法法，我們可以以使用峰值小小時數(shù)的方法法估算太陽電電池組件的日日輸出。該方方法是將實際際的傾斜面上上的太陽輻射射轉(zhuǎn)換成等同同的利用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)太陽輻射1000W/m22照射的小時時數(shù)。將該小小時數(shù)乘以太太陽電池組件件的峰值輸出出就可以估算算出太陽電池池組件每天輸輸出的安時數(shù)數(shù)。太陽電池池組件的輸出出為峰值小時時數(shù)×峰值功率。例例如：如果一一個月的平均均輻射為5.0kWWh/m2，可以將其其寫成5.0hhours×10000W/mm2，而1000W/m22正好也就是是用來標(biāo)定太太陽電池組件件功率的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)輻射量，那那么平均輻射射為5.0kWWh/m22就基本等同同于太陽電池池組件在標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)輻射下照射射5.0小時。這當(dāng)當(dāng)然不是實際際情況，但是是可以用來簡簡化計算。因因為1000WW/m2是生產(chǎn)商用用來標(biāo)定太陽陽電池組件功功率的輻射量量，所以在該該輻射情況下下的組件輸出出數(shù)值可以很很容易從生產(chǎn)產(chǎn)商處得到。為為了計算太陽陽電池組件每每天產(chǎn)生的安安時數(shù)，可以以使用峰值小小時×太陽電池組組件的Imp。例如，假假設(shè)在某個地地區(qū)傾角為30度的斜面上上按月平均每每天的輻射量量為5.0kWWh/m22，可以將其其寫成5.0hhours×10000W/mm2。對于一個個典型的75W太陽電池組組件，Imp為4.4Ammps，就可得出出每天發(fā)電的的安時數(shù)為5.0×44.4Ampps=222.0Ahh/天。使用峰值小時方法法存在一些缺缺點，因為在在峰值小時方方法中做了一一些簡化，導(dǎo)導(dǎo)致估算結(jié)果果和實際情況況有一定的偏偏差。首先，太陽電池組組件輸出的溫溫度效應(yīng)在該該方法中被忽忽略。在計算算中對太陽電電池組件的Imp要進行補償償。因為在工工作的時候，蓄蓄電池兩端的的電壓通常是是稍微低于Vmp，這樣太陽陽電池組件輸輸出電流就會會稍微高于Imp，使用Imp作為太陽電電池組件的輸輸出就會比較較保守。這樣樣，溫度效應(yīng)應(yīng)對于由較少少的電池片串串聯(lián)的太陽電電池組件輸出出的影響就比比對由較多的的電池片串聯(lián)聯(lián)的太陽電池池組件的輸出出影響要大。所所以峰值小時時方法對于36片串聯(lián)的太太陽電池組件件比較準(zhǔn)確，對對于33片串聯(lián)的太太陽電池組件件則較差，特特別是在高溫溫環(huán)境下。對對于所有的太太陽電池組件件，在寒冷氣氣候的預(yù)計會會更加準(zhǔn)確。其次，在峰值小時時方法中，利利用了氣象數(shù)數(shù)據(jù)中測量的的總的太陽輻輻射，將其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為峰值小小時。實際上上，在每天的的清晨和黃昏昏，有一段時時間因為輻射射很低，太陽陽電池組件產(chǎn)產(chǎn)生的電壓太太小而無法供供給負載使用用或者給蓄電電池充電，這這就將會導(dǎo)致致估算偏大。通通常，這一點點造成的誤差差不是很大，但但對于由較少少電池片串聯(lián)聯(lián)的太陽電池池組件的影響響比較大。所所以對36片串聯(lián)的太太陽電池組件件每天輸出的的估算就比較較準(zhǔn)確，而對對于33片串聯(lián)的太太陽電池組件件的估算則較較差。再次，在利用峰值值小時方法進進行太陽電池池組件輸出估估算時默認了了一個假設(shè)，即即假設(shè)太陽電電池組件的輸輸出和光照完完全成線性關(guān)關(guān)系，并假設(shè)設(shè)所有的太陽陽電池組件都都會同樣地把把太陽輻射轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電能。但但實際上不是是這樣的，這這種使用峰值值小時數(shù)乘以以電流峰值的的方法有時候候會過高地估估算某些太陽陽電池組件的的輸出。不過，總的來說，在在已知本地傾傾斜斜面上太太陽能輻射數(shù)數(shù)據(jù)的情況下下，峰值小時時估計方法是是一種對太陽陽電池組件輸輸出進行快速速估算很有效效的方法。下面舉例說明如何何使用上述方方法計算光伏伏供電系統(tǒng)需需要的太陽電電池組件數(shù)。一個偏遠地區(qū)建設(shè)設(shè)的光伏供電電系統(tǒng)，該系系統(tǒng)使用直流流負載，負載載為24V，400Ahh/天。該地區(qū)區(qū)最低的光照照輻射是一月月份，如果采采用30度的傾角，斜斜面上的平均均日太陽輻射射為3.0kkWh/mm2，也就是相相當(dāng)于3個標(biāo)準(zhǔn)峰值值小時。對于于一個典型的的75W太陽電池組組件，每天的的輸出為：組件日輸出=3..0峰值小時×4.4安培=13.22Ah/天假設(shè)蓄電池的庫侖侖效率為90%，太陽電池池組件的輸出出衰減為10％。根據(jù)上上述公式，并聯(lián)組件數(shù)量=＝=37.4串聯(lián)組件數(shù)量＝＝＝ =2根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)據(jù)，可以選擇擇并聯(lián)組件數(shù)數(shù)量為38，串聯(lián)組件件數(shù)量為2，所需的太太陽電池組件件數(shù)為：總的太陽電池組件件數(shù)=2串×38并=76塊4．蓄電池和光伏組組件方陣設(shè)計計的校核我們有必要對光伏伏組件方陣和和蓄電池的設(shè)設(shè)計計算進行行校核，以進進一步了解系系統(tǒng)運行中可可能出現(xiàn)的情情況，保證光光伏組件方陣陣的設(shè)計和蓄蓄電池的設(shè)計計可以協(xié)調(diào)工工作。校核蓄電池平均每每天的放電深深度，保證蓄蓄電池不會過過放電。計算公式如下，但但是如果自給給天數(shù)很大，那那么實際的每每天DOD可能相當(dāng)小小，不需要進進行校核計算算。蓄電池日放電深度度＝＝（4.10）如果一個光伏系統(tǒng)統(tǒng)使用了4000Ah的深循環(huán)蓄蓄電池，每天天的負載為500AAh，那么平均均每天的DOD校核計算如如下：500Ahh/40000Ah＝0.1255<0.8。所以該系系統(tǒng)中蓄電池池不會過放電電。校核光伏組件方陣陣對蓄電池組組的最大充電電率另外一個校核計算算就是校核設(shè)設(shè)計光伏組件件方陣給蓄電電池的充電率率。在太陽輻輻射處于峰值值時，光伏組組件方陣對于于蓄電池的充充電率不能太太大，否則會會損害蓄電池池。蓄電池生生產(chǎn)商將提供供指定型號蓄蓄電池的最大大充電率，計計算值必須小小于該最大充充電率。下面面給出了最大大的充電率的的校核公式，用用總的蓄電池池容量除以總總的峰值電流流即可。最大充電率＝＝（4.11）下面舉例說明，光光伏供電系統(tǒng)統(tǒng)使用了75W太陽電池組組件50塊（25并聯(lián)×2串聯(lián)），工工作電壓24V，配備4000Ah的蓄電池。最最大充電率為為：最大充電率=4000AAh/25××4.4(775W組件峰值電電流)=224houurs將計算值和蓄電池池生產(chǎn)商提供供的該設(shè)計選選用型號蓄電電池的最大充充電率進行比比較，如果計計算值較小，則則設(shè)計安全，光光伏組件方陣陣對蓄電池的的充電不會損損壞蓄電池；；如果計算值值較大，則設(shè)設(shè)計不合格，需需要重新進行行設(shè)計。．計算斜面上的太太陽輻射并選選擇最佳傾角角在光伏供電系統(tǒng)的的設(shè)計中，光光伏組件方陣陣的放置形式式和放置角度度對光伏系統(tǒng)統(tǒng)接收到的太太陽輻射有很很大的影響，從從而影響到光光伏供電系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)電能力力。光伏組件件方陣的放置置形式有固定定安裝式和自自動跟蹤式兩兩種形式，其其中自動跟蹤蹤裝置包括單單軸跟蹤裝置置和雙軸跟蹤蹤裝置。與光伏組件方陣放放置相關(guān)的有有下列兩個角角度參量：太太陽電池組件件傾角；太陽陽電池組件方方位角。太陽電池組件的傾傾角是太陽電電池組件平面面與水平地面面的夾角。光光伏組件方陣陣的方位角是是方陣的垂直直面與正南方方向的夾角（向向東偏設(shè)定為為負角度，向向西偏設(shè)定為為正角度）。一一般在北半球球，太陽電池池組件朝向正正南（即方陣陣垂直面與正正南的夾角為為0°）時，太陽陽電池組件的的發(fā)電量是最最大的。對于固定式光伏系系統(tǒng)，一旦安安裝完成，太太陽電池組件件傾角和太陽陽電池組件方方位角就無法法改變。而安安裝了跟蹤裝裝置的太陽能能光伏供電系系統(tǒng)，光伏組組件方陣可以以隨著太陽的的運行而跟蹤蹤移動，使太太陽電池組件件一直朝向太太陽，增加了了光伏組件方方陣接受的太太陽輻射量。但但是目前太陽陽能光伏供電電系統(tǒng)中使用用跟蹤裝置的的相對較少，因因為跟蹤裝置置比較復(fù)雜，初初始成本和維維護成本較高高，安裝跟蹤蹤裝置獲得額額外的太陽能能輻射產(chǎn)生的的效益無法抵抵消安裝該系系統(tǒng)所需要的的成本。所以以下面主要講講述采用固定定安裝的光伏伏系統(tǒng)。固定安裝的光伏系系統(tǒng)涉及到兩兩個重要的方方面，即如何何選擇最佳傾傾角以及如何何計算斜面上上的太陽輻射射。地面應(yīng)用的獨立光光伏發(fā)電系統(tǒng)統(tǒng)，光伏組件件方陣平面要要朝向赤道，相相對地平面有有一定傾角。傾傾角不同，各各個月份方陣陣面接收到的的太陽輻射量量差別很大。因因此，確定方方陣的最佳傾傾角是光伏發(fā)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計計中不可缺少少的重要環(huán)節(jié)節(jié)。目前有的的觀點認為方方陣傾角等于于當(dāng)?shù)鼐暥葹闉樽罴?。這樣樣做的結(jié)果，夏夏天太陽電池池組件發(fā)電量量往往過盈而而造成浪費，冬天時發(fā)電量又往往不足而使蓄電池處于欠充電狀態(tài)，所以這不一定是最好的選擇。也有的觀點認為所取方陣傾角應(yīng)使全年輻射量最弱的月份能得到最大的太陽輻射量為好，推薦方陣傾角在當(dāng)?shù)鼐暥鹊幕A(chǔ)上再增加15度到20度。國外有的設(shè)計手冊也提出，設(shè)計月份應(yīng)以輻射量最小的12月(在北半球)或6月(在南半球)作為依據(jù)。其實，這種觀點也不一定妥當(dāng)，這樣往往會使夏季獲得的輻射量過少，從而導(dǎo)致方陣全年得到的太陽輻射量偏小。同時，最佳傾角的概念，在不同的應(yīng)用中是不一樣的，在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中,由于受到蓄電池荷電狀態(tài)等因素的限制，要綜合考慮光伏組件方陣平面上太陽輻射量的連續(xù)性、均勻性和極大性，而對于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)等通常總是要求在全年中得到最大的太陽輻射量。下面將介紹對于獨立光伏系統(tǒng)，如何選擇最佳傾角。在討論最佳傾角的的選擇方法之之前，先介紹紹利用水平面面上太陽輻射射計算斜面上上太陽輻射的的方法。因為為我們需要使使用的太陽輻輻射數(shù)據(jù)是傾傾斜面上的太太陽輻射數(shù)據(jù)據(jù)，而通常我我們能夠得到到的原始氣象象數(shù)據(jù)是水平平面上的太陽陽輻射數(shù)據(jù)。當(dāng)當(dāng)太陽電池組組件傾斜放置置時，原始氣氣象數(shù)據(jù)就不不能代表斜面面上的實際輻輻射，所以必必須要測量斜斜面上的輻射射數(shù)據(jù)或者采采用數(shù)學(xué)方法法對原始的水水平面上的氣氣象數(shù)據(jù)進行行修正以得到到斜面上所需需的輻射數(shù)據(jù)據(jù)。1．將水平面上的太太陽輻射數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)化成斜面面上太陽輻射射數(shù)據(jù)確定朝向赤道傾斜斜面上的太陽陽輻射量，通通常采用Klein提出的計算算方法：傾斜斜面上的太陽陽輻射總量Ht由直接太陽陽輻射量Hbt、天空散散射輻射量Hdt和地面反反射輻射量Hrt三部分所所組成：Ht＝Hbt＋HHdt＋Hrt（4.12）對于確定的地點，知知道全年各月月水平面上的的平均太陽輻輻射資料(總輻射量、直直接輻射量或或散射輻射量量)后，便可以以算出不同傾傾角的斜面上上全年各月的的平均太陽輻輻射量。下面面介紹相關(guān)公公式和計算模模型。計算直接太陽輻射射量Hbt引入?yún)?shù)Rb，Rb為傾斜面上上直接輻射量量Hbt與水平面面上Hb直接輻射量量之比，Rb＝(4.133)上述公式中傾斜面面與水平面上上直接輻射量量之比Rb的表達式如如下：(44.14)上式中，s為太陽陽電池組件傾傾角，δ為太陽赤緯緯，hs為水平面上上日落時角，hs’為傾斜面上上日落時角，L是光伏供電電系統(tǒng)的當(dāng)?shù)氐鼐暥?。太陽陽赤緯δ的計算可參參見公式?.1）。水平面上日落時角角hs的表達式如如下：（4.15）傾斜面上日落時角角hs’的表達式如如下：（4..16）對于天空散射采用用Hay模型。Hay模型認為傾傾斜面上天空空散射輻射量量是由太陽光光盤的輻射量量和其余天空空穹頂均勻分分布的散射輻輻射量兩部分分組成，可表表達為：Hdt＝Hd[Rbb＋0.5(1－)(1＋cos(ss))]（4.17）式中Hb和Hd分別為水平面上直直接和散射輻輻射量。Ho為大氣層外外水平面上太太陽輻射量，其其計算公式如如下：（4.18）式中Isc為太陽常數(shù)，可可以取Isc＝1367瓦/米2。對于地面反射輻射射量Hrt，其公式式如下：Hrt＝0.5ρHH(1－cos(ss))（4.19）上式中H為水平面面上總輻射量量，ρ為地物表面面反射率。一一般情況下，地地面反射輻射射量很小，只只占Ht的百分之幾幾。這樣，求傾斜面上上太陽輻射量量的公式可改改為：Ht＝HbRRb＋Hd[Rb＋0.5(1－)(1＋cos(ss))]＋0.5ρH(1－cos(ss))（4.20）根據(jù)上面的計算公公式就可以將將水平面上的的太陽輻射數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成斜斜面上太陽輻輻射數(shù)據(jù)，基基本的計算步步驟如下：確定所需的傾角ss和系統(tǒng)所在在地的緯度L。找到按月平均的水水平面上的太太陽能輻射資資料H。確定每個月中有代代表性的一天天的水平面上上日落時間角角hs和傾斜面上上的日落時間間角hs’，這兩個幾幾何參量只和和緯度和日期期有關(guān)。確定地球外的水平平面上的太陽陽輻射，也就就是大氣層外外的太陽輻射射Ho，該參量取取決于地球繞繞太陽運行的的軌道。計算傾斜面與水平平面上直接輻輻射量之比Rb。計算直接太陽輻射射量Hbt。計算天空散射輻射射量Hdt。確定地物表面反射射率ρ，計算地面面反射輻射量量Hrt。將直接太陽輻射量量Hbt、天空散散射輻射量Hdt和地面反反射輻射量Hrt相加得到到太陽輻射總總量Ht。2．獨立光伏系統(tǒng)最最佳傾角的確確定對于負載負荷均勻勻或近似均衡衡的獨立光伏伏系統(tǒng)，太陽陽輻射均勻性性對光伏發(fā)電電系統(tǒng)的影響響很大，對其其進行量化處處理是很有必必要的。為此此，可以引入入一個量化參參數(shù)，即輻射射累積偏差δ，其數(shù)學(xué)表表達式為：δ＝（4.21）式中Htβ是傾角為β的斜面面上各月平均均太陽輻射量量，tβ是該斜面上上年平均太陽陽輻射量，M(i)是第i月的天數(shù)。可可見，δ的大小直接接反映了全年年輻射的均勻勻性，δ愈小輻射均均勻性愈好。按按照負載負荷荷均勻或近似似均衡的獨立立光伏系統(tǒng)的的要求，理想想情況當(dāng)然是是選擇某個傾傾角使得tβ為最大值、δ為最小值。但但實際情況是是，二者所對對應(yīng)的傾角有有一定的間隔隔，因此選擇擇太陽電池組組件的傾角時時，只考慮ttβ最大值或δ取最小值必必然會有片面面性，應(yīng)當(dāng)在在二者所對應(yīng)應(yīng)的傾角之間間進行優(yōu)選。為為此，需要定定義一個新的的量來描述傾傾斜面上太陽陽輻射的綜合合特性，稱其其為斜面輻射射系數(shù)，以K表示，其數(shù)數(shù)學(xué)表示式為為：（4.22）為水平面上的年平平均太陽輻射射量。由于ttβ和δ都與太陽電電池組件的傾傾角有關(guān)，所所以當(dāng)K取極大值時時，應(yīng)當(dāng)有（4.23）求解上式．即可求求得最佳傾角角。下表為利利用上述方法法，采用計算算機進行計算算，取步長為為1度，計算出出來我國部分分城市對于負負載負荷均勻勻或近似均衡衡的獨立光伏伏系統(tǒng)的最佳佳傾角。表4－1 我國部分主主要城市的斜斜面最佳輻射射傾角城市緯度（φ）最佳傾角哈爾濱45.68φ＋3長春43.90φ＋1沈陽41.77φ＋1北京39.80φ＋4天津39.10φ＋5呼和浩特40.78φ＋3太原37.78φ＋5烏魯木齊43.78φ＋12西寧36.75φ＋1蘭州36.05φ＋8銀川38.48φ＋2西安34.30φ＋14上海31.17φ＋3南京32.00φ＋5合肥31.85φ＋9杭州30.23φ＋3南昌28.67φ＋2福州26.08φ＋4濟南36.68φ＋6鄭州34.72φ＋7武漢30.63φ＋7長沙28.20φ＋6廣州23.13φ－7海口20.03φ＋12南寧22.82φ＋5成都30.67φ＋2貴陽26.58φ＋8昆明25.02φ－8拉薩29.70φ－8混合光伏系統(tǒng)設(shè)計計混合光伏系統(tǒng)中除除了使用太陽陽能外還有多多種能量來源源，常見的能能源方式有：：風(fēng)力，柴油油發(fā)電機，生生物質(zhì)能等?；旎旌瞎夥到y(tǒng)統(tǒng)在使用光伏伏發(fā)電的基礎(chǔ)礎(chǔ)上還要綜合合利用這些能能源給負載供供電。常見的的兩種混合光光伏系統(tǒng)是風(fēng)風(fēng)光互補供電電系統(tǒng)和光伏伏油機混合系系統(tǒng)。我們首先討論風(fēng)光光互補供電系系統(tǒng)。在很多多地區(qū)太陽能能和風(fēng)能具有有一定的互補補性，例如青青藏高原每年年的4-9月太陽能輻輻射值最高，而而風(fēng)力資源最最豐富的月份份在當(dāng)年的10月到次年的4月，為太陽陽能風(fēng)能互補補發(fā)電系統(tǒng)的的應(yīng)用提供了了良好的基礎(chǔ)礎(chǔ)。而且由于于風(fēng)光互補的的特性使得對對于獨立光伏伏系統(tǒng)中必須須考慮連續(xù)陰陰雨天或者獨獨立的風(fēng)力發(fā)發(fā)電系統(tǒng)中必必須考慮連續(xù)續(xù)的無風(fēng)天數(shù)數(shù)而造成的蓄蓄電池組余量量偏大的問題題得到緩解。但但是，在進行行風(fēng)光互補系系統(tǒng)設(shè)計的時時候首先需要要考慮風(fēng)力發(fā)發(fā)電的特點：：風(fēng)力發(fā)電對風(fēng)的速速度十分敏感感，遠遠大于于光伏系統(tǒng)對對太陽輻射的的敏感程度。從從理論上講，風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機的的輸出和風(fēng)速速的3次方成正比比。這樣就給給風(fēng)力發(fā)電的的設(shè)計帶來一一定的影響，如如果估計的風(fēng)風(fēng)速大于實際際的風(fēng)速，那那么系統(tǒng)的輸輸出就會遠遠遠小于負載的的實際需求，使使得系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計參數(shù)必須須十分準(zhǔn)確。另另一方面，如如果該地區(qū)的的風(fēng)速很高，那那么使用風(fēng)力力發(fā)電的成本本就很低了，一一般而言，如如果平均風(fēng)速速大于4m/s，那么風(fēng)力力發(fā)電的成本本就會低于在在光照條件很很好地區(qū)的光光伏系統(tǒng)了。但但是因為風(fēng)速速變化很大，年年度，季度以以及在一天中中的變化都很很大，所以最最好還是使用用風(fēng)/光互補系統(tǒng)統(tǒng)，減小風(fēng)能能對速度的敏敏感從而對系系統(tǒng)供電的影影響。風(fēng)力發(fā)電對風(fēng)機的的安裝位置很很敏感。即使使是在同一個個地區(qū)，有著著相同的氣象象條件，風(fēng)力力發(fā)電機坐落落的位置不同同，也會造成成風(fēng)力發(fā)電的的很大區(qū)別，例例如山丘和樹樹林都會對風(fēng)風(fēng)力放電機坐坐落地點的風(fēng)風(fēng)速產(chǎn)生很大大影響，從而而影響風(fēng)力發(fā)發(fā)電機的輸出出。風(fēng)力發(fā)電對風(fēng)機葉葉片的安裝高高度很敏感。因因為風(fēng)速隨著著高度的變化化會變化，在在同一個安裝裝地點，葉片片5米高的風(fēng)機的的發(fā)電量和220米高的風(fēng)機的的發(fā)電量是不不同的。考慮到上述因素的的影響，建議議在安裝風(fēng)力力發(fā)電站的地地點進行一年年時間的實地地測量，以獲獲得較為準(zhǔn)確確的數(shù)據(jù)，便便于系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計。風(fēng)光互互補供電系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計的首要要問題就是尋尋求太陽能光光電和風(fēng)力混混合系統(tǒng)在各各自規(guī)模上的的最佳匹配，求求得既能滿足足功能需求成成本又最低的的最佳風(fēng)機容容量、最佳太太陽電池組件件大小和蓄電電池容量。其其基本的設(shè)計計思路為：了解實際情況，計計算出系統(tǒng)負負載的逐月日日平均需求，作作出日平均用用電量曲線。計算出各種規(guī)格的的風(fēng)力發(fā)電機機、太陽電池池組件在全年年各月的日均均發(fā)電量，作作出他們?nèi)昴旮髟碌娜站l(fā)電量曲線線。將風(fēng)力和光電兩種種發(fā)電方式不不同規(guī)格發(fā)電電裝置的發(fā)電電量曲線進行行多種擬合。看哪些互補組合的的擬合曲線和和日平均用電電量曲線接近近。對接近的擬合曲線線進行成本估估算，選擇成成本最低的那那條曲線作為為設(shè)計結(jié)果。下面考慮光伏油機機混合系統(tǒng)。對對于沒有足夠夠風(fēng)力資源的的地方且負荷荷較大的光伏伏供電系統(tǒng)，如如果考慮到要要在暴風(fēng)雨天天氣或者較長長的壞天氣后后蓄電池不至至于過放電，或或者能夠很快快地恢復(fù)蓄電電池的SOC，我們可以以采用兩種方方法，一種方方法是采用很很大的光伏系系統(tǒng)，即很大大的太陽電池池組件和很大大的蓄電池容容量；另外一一種方法就是是考慮使用混混合系統(tǒng)，給給該系統(tǒng)添加加一個備用能能源（通常是是柴油機，或或者汽油機），在在冬天或者在在較長的壞天天氣里每隔幾幾天就將蓄電電池充滿，在在夏天備用電電源可能根本本就不會使用用。到底是采采用較大的光光伏系統(tǒng)還是是采用光伏油油機混合系統(tǒng)統(tǒng)，其關(guān)鍵的的決定因素就就是系統(tǒng)成本本。光伏油機混合系統(tǒng)統(tǒng)有更大的彈彈性，適合不不同的系統(tǒng)需需求，有很多多種不同的方方法設(shè)計混合合系統(tǒng)。對系系統(tǒng)進行設(shè)計計時，必須在在初始設(shè)計階階段作出正確確的選擇。在在整個設(shè)計過過程中必須時時刻牢記整個個系統(tǒng)的運行行過程?；旌虾舷到y(tǒng)不同部部分之間的交交互作用很多多，設(shè)計者必必須保證滿足足所有的重疊疊要求。不管管按照什么方方法進行設(shè)計計，首先必須須使光伏油機機混合系統(tǒng)的的功能恰好滿滿足負載需求求，然后綜合合考慮各種因因素，平衡好好各方面因素素對系統(tǒng)的影影響。下面介紹光伏油機機混合系統(tǒng)的的設(shè)計：負載工作情況。與與獨立光伏系系統(tǒng)設(shè)計一樣樣，混合系統(tǒng)統(tǒng)中總載荷的的確定也同樣樣重要。對于于交流負載，還還需要知道頻頻率、相數(shù)和和功率因子。需需要了解的不不僅僅是負載載的功率大小小，負載每小小時的工作情情況都是很重重要的。系統(tǒng)統(tǒng)必須滿足任任何可能出現(xiàn)現(xiàn)的峰值情況況，采用確定定的控制策略略滿足負載工工作的需求。系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)。選選擇交流還是是直流的總線線取決于負載載和整個系統(tǒng)統(tǒng)工作的需要要。如果，所所有的負載都都是直流負載載，那么就使使用直流總線線。如果負載載大部分都是是交流負載，那那么就最好使使用交流總線線結(jié)構(gòu)。如果果發(fā)電機要供供給一部分的的交流負載需需求，那么選選擇交流總線線結(jié)構(gòu)就比較較有利。總的的來說，采用用交流總線需需要更加復(fù)雜雜的控制，系系統(tǒng)的操作也也較為復(fù)雜。但但是更加的有有效率，因為為發(fā)電機產(chǎn)生生的交流電直直接供給負載載的需要，不不像在直流總總線結(jié)構(gòu)下，發(fā)發(fā)電機輸出的的電流需要經(jīng)經(jīng)過整流器將將交流轉(zhuǎn)化為為直流，然后后又經(jīng)過逆變變器將直流轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為交流滿滿足交流負載載的需要而產(chǎn)產(chǎn)生很大的能能量損失。進進行設(shè)計的時時候必須仔細細的進行這些些比較，確定定最佳的系統(tǒng)統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)。蓄電池總線電壓。在在混合系統(tǒng)中中，蓄電池的的總線電壓會會對系統(tǒng)的成成本和效率產(chǎn)產(chǎn)生很大的影影響。通常，蓄蓄電池的總線線電壓應(yīng)該在在設(shè)備允許電電壓和當(dāng)?shù)氐牡陌踩ㄒ?guī)規(guī)規(guī)定的電壓下下盡量取高的的值。因為較較高的電壓就就會降低工作作電流，從而而降低損失，提提高系統(tǒng)效率率（因為功率率的損失與電電流的平方成成正比）。而而且因為電纜纜、保險、斷斷路器和其他他的一些設(shè)備備的成本都和和電流的大小小有關(guān)，所以以較高的電壓壓能夠降低這這些設(shè)備的成成本。對于直直流總線系統(tǒng)統(tǒng)，通常負載載的直流工作作電壓決定了了總線的電壓壓。如果有多多種負載，最最大的負載電電壓為總線電電壓，這樣可可以減少DC/DC濾波器的容容量。對于有有交流負載的的系統(tǒng)，蓄電電池電壓由逆逆變器的輸入入電壓決定。通通常，除了最最小的系統(tǒng)以以外，其他的的應(yīng)該使用最最小為48V的電壓。較較大的系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)該使用120V或者240V。目前商用用的最大的光光伏/柴油機混合合系統(tǒng)為480V系統(tǒng)。蓄電池容量。獨立立光伏系統(tǒng)經(jīng)經(jīng)常提供5-7天或更多的的自給天數(shù)。對對于混合系統(tǒng)統(tǒng)，因為有備備用能源，蓄蓄電池通常會會比較小，自自給天數(shù)為2-3天。當(dāng)蓄電電池的電量下下降時，系統(tǒng)統(tǒng)可以啟動備備用能源如柴柴油發(fā)電機給給蓄電池充電電。在獨立系系統(tǒng)中，蓄電電池是作為能能量的儲備，該該能量儲備必必須充分以隨隨時滿足天氣氣情況不好時時的能量需求求。在混合系系統(tǒng)中，蓄電電池的作用稍稍稍有所不同同。它的作用用是使得系統(tǒng)統(tǒng)可以協(xié)調(diào)控控制每種能源源的利用。通通過蓄電池的的儲能，系統(tǒng)統(tǒng)在充分利用用太陽能的同同時，還可以以控制發(fā)電機機在最適宜的的情況下工作作。好的混合合系統(tǒng)設(shè)計必必須在經(jīng)濟性性和可靠性方方面把握好平平衡。發(fā)電機和蓄電池充充電設(shè)計。發(fā)發(fā)電機和蓄電電池的充電控控制應(yīng)該進行行匹配設(shè)計，因因為在混合系系統(tǒng)中這兩個個部分聯(lián)系緊緊密。首先，蓄蓄電池的容量量決定了蓄電電池的充電器器大小。充電電器不能用過過大的電流給給蓄電池充電電，通常最大大充電率為C/5。發(fā)電機的的功率必須能能夠滿足蓄電電池充電的需需要。較小的的蓄電池會降降低系統(tǒng)的初初始成本，但但會導(dǎo)致更為為頻繁的柴油油機工作和啟啟動，從而增增加燃油消耗耗和柴油機維維護成本。在在計算發(fā)電機機大小的時候候還要考慮負負載的能量需需求和功率因因數(shù)。如果系系統(tǒng)使用的是是交流總線，那那么還要考慮慮直接接到發(fā)發(fā)電機的交流流負載。使用用較大的發(fā)電電機，會減少少發(fā)電機工作作的時間，但但是并不一定定會降低太陽陽電池組件發(fā)發(fā)電量占系統(tǒng)統(tǒng)總發(fā)電量的的百分比。減減少發(fā)電機的的工作時間就就可以降低系系統(tǒng)的維護成成本，并且提提高系統(tǒng)的燃燃油經(jīng)濟性。所所以使用較大大功率的發(fā)電電機會有很多多優(yōu)點。理論論上，可以選選擇發(fā)電機的的功率為系統(tǒng)統(tǒng)負載的75-90%。這樣就可可以有比較低低的系統(tǒng)維護護成本和較高高的系統(tǒng)燃油油經(jīng)濟性。在選擇發(fā)電機的時時候還需注意意到發(fā)電機的的額定功率是是在特定的溫溫度、海拔和和濕度條件下下測定的。如如果發(fā)電機在在不同的條件件下工作，那那么發(fā)電機的的輸出就會降降低。相關(guān)資資料可以從柴柴油機制造商商處獲取。一一般情況下，發(fā)發(fā)電機的輸出出功率隨著海海拔的升高而而降低，通常常每升高三百百米降低3.5%。溫度（相相對額定溫度度，一般為330℃）每升高一一度，則輸出出降低0.36%%;而濕度可能能導(dǎo)致的功率率下降最高為為6％。燃油發(fā)電機發(fā)電與與太陽電池組組件能量貢獻獻的分配。在在光伏-燃油發(fā)電機機混合系統(tǒng)設(shè)設(shè)計中，燃油油發(fā)電機發(fā)電電與太陽電池池組件能量貢貢獻的分配非非常關(guān)鍵，它它決定了太陽陽電池組件的的大小和燃油油發(fā)電機年度度的能量貢獻獻，直接影響響到系統(tǒng)成本本和系統(tǒng)工作作情況。發(fā)電電機提供的能能量越大則所所需的太陽電電池組件就越越小，這樣可可以降低系統(tǒng)統(tǒng)的初始成本本，但燃油發(fā)發(fā)電機的工作作時間會增加加從而導(dǎo)致系系統(tǒng)的維護成成本和燃油消消耗提高，它它是整個系統(tǒng)統(tǒng)各項容量設(shè)設(shè)計的基礎(chǔ)。決決定該分配需需要綜合考慮慮系統(tǒng)所在地地氣象因素、系系統(tǒng)成本、系系統(tǒng)維護等各各項因素。可可以根據(jù)經(jīng)驗驗進行簡單的的估計，如果果想得到精確確的估計，就就需要使用計計算機進行過過程模擬。通通常認為太陽陽電池組件的的能量貢獻應(yīng)應(yīng)該在總負載載需求的25%到75%之間，系統(tǒng)統(tǒng)的初始成本本和維護成本本就會比較低低。但是對于于不同的實際際情況，就需需要對整個系系統(tǒng)的效率和和能量損失做做仔細的考慮慮，對貢獻比比例加以修正正。在確定了燃油發(fā)電電機發(fā)電與太太陽電池組件件能量貢獻的的分配之后，就就可以根據(jù)負負載每年的耗耗電量，計算算出太陽電池池組件的年度度供電量和燃燃油發(fā)電機的的年度供電量量，由太陽電電池組件的年年度供電量就就可以計算出出需要的太陽陽電池組件容容量，由發(fā)電電機的年度供供電量可以計計算出每年的的工作時間，從從而估算燃油油發(fā)電機的維維護成本和燃燃油消耗。光伏系統(tǒng)傾角的設(shè)設(shè)計。對于獨獨立光伏系統(tǒng)統(tǒng)，為了降低低蓄電池用量量和系統(tǒng)成本本，需要在冬冬季獲得最大大的太陽能輻輻照。這樣就就需要將太陽陽電池組件的的傾角設(shè)置成成比當(dāng)?shù)鼐暥榷却?0-20度。但是在在混合系統(tǒng)中中，因為備用用油機可以給給蓄電池充電電，所以可以以不再考慮季季節(jié)因素對太太陽電池組件件的影響。太太陽電池組件件的設(shè)計只需需要考慮使得得太陽電池組組件在全年中中輸出最大即即可，可以更更為有效的利利用太陽能?？煽梢詫⑻栯婋姵亟M件的傾傾角設(shè)置為當(dāng)當(dāng)?shù)氐木暥纫砸缘玫阶畲蟮牡奶栞椛洹５窃谠O(shè)計的的時候需要注注意一點，因因為在混合系系統(tǒng)中使用的的蓄電池的容容量比較小，在在太陽輻射較較強的夏季對對于那些光伏伏能量貢獻占占比較大比例例的光伏系統(tǒng)統(tǒng)就有可能無無法完全儲存存太陽電池組組件產(chǎn)生的能能量，會造成成一定的能量量浪費，從而而導(dǎo)致系統(tǒng)的的能源利用效效率降低，影影響系統(tǒng)的經(jīng)經(jīng)濟性。所以以實際上，可可以在太陽輻輻射最好的月月份應(yīng)該將太太陽能的貢獻獻比例控制在在90％左右。在在某些情況下下，可能在特特定的季節(jié)對對能量貢獻有有指定的要求求，這就需要要對太陽電池池組件進行調(diào)調(diào)節(jié)。下面通過一個簡單單實例說明混混合系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計方法：偏遠地區(qū)的一個通通信基站，用用戶對柴油發(fā)發(fā)電機的使用用沒有經(jīng)驗。負負載為直流330A的連續(xù)續(xù)負載，電壓壓為48V。還有一個600W//220V的交流負載載，不定時使使用。安裝地地點的海拔為為1500mm，夏季的平平均溫度為330攝氏度。氣候候很干燥，所所以不必考慮慮濕度對發(fā)電電機的影響，平平均太陽能輻輻射為5.5kWWh/m2/day。負載情況，負載的的年度耗電量量為，30A×488V=1440W1440W×244h＝34.556kWhh/day=12,,614kkWh/yyear總線結(jié)構(gòu)。因為交交流負載的工工作時間很短短，所以可以以單獨使用一一套控制系統(tǒng)統(tǒng)直接將交流流負載接在柴柴油發(fā)電機上上，也就是可可以將交流負負載和直流分分開供電；又又因為直流負負載是連續(xù)負負載，所以系系統(tǒng)采用直流流總線結(jié)構(gòu)較較好。總線電壓。因為直直流負載的電電壓為48V，所以選擇擇直流總線電電壓為48V。蓄電池。因為是混混合系統(tǒng)，所所以選擇自給給天數(shù)為3天，選擇深深循環(huán)蓄電池池，DOD為0.8。34.6KWhX3//0.8=1299.75kkWh129.75kkWh/48V==2,7003Ah可以選擇30000Ah的蓄電池，作作為自給3天的蓄電池池容量。蓄電電池的最大的的充電率為C/5，所以最大大充電電流為為：3000/55=6000Ampps.蓄電池充電器和發(fā)發(fā)電機可以選擇400AA的三相整流流器，輸入功功率為24KW。雖然電流流比最大允許許充電率要低低一點，但是是實際上仍然然可以滿足適適當(dāng)?shù)男铍姵爻爻潆娐市枰Ｏ旅鎭泶_定發(fā)電機機的功率。首首先，我們計計算滿足75-900%負載需要的的發(fā)電機功率率。24/0.775=332kW 24/0.90=26..7kW所以發(fā)電機功率范范圍：26.7KKW～32KW考慮海拔和溫度的的影響：溫度 -0..36%//°Cxx(30-25))=-11.8%海拔 -3.55%/3300x(15000-9000)==-7.00%總計 1.88+7..0=88.8%額定功率的下降導(dǎo)導(dǎo)致發(fā)電機功功率：26.7/((1-00.088))=266.7/0.9122=299.3kkW 所以選擇30KWW的三相柴油油發(fā)電機。發(fā)電機能量貢獻。用用戶已經(jīng)表明明不希望發(fā)電電機的工作時時間過長，我我們可以選擇擇200小時作為發(fā)發(fā)電機一年中中工作的最長長時間（通常常一年維修一一次）。整流器的輸出為4000Ax48V=19..2kW。假設(shè)系統(tǒng)的額外損損失為百分之之十，蓄電池池的總效率為為百分之八十十。我們就可可以計算出整整流器發(fā)電機機組合的能量量輸出：200x199.2x0.90x0.880=22,764kWh/yyear太陽電池組件太陽電池組件將提提供余下的能能量=122,629-2,7764=99,865kkWh/yyear。年平均輻輻射為5.5個峰值小時時，并假設(shè)如如下的系數(shù)：：高溫降低因子=00.85；灰塵降低低因子=0.9；蓄電池效效率 =0.88太陽電池組件的計計算：太陽電池組件(kkW)=太陽電電池組件年度度發(fā)電量(kWhh/yearr) 峰值小時數(shù)x365天x0.885x00.9x0.8 = 9,865 5.5x3665x00.85xx0.9x0.88 =8.03kkWp=8030Wp如果使用SM500（50Wp）太陽電池池組件，那么么需要的總組組件數(shù)為：8,030/550=1160.6由于太陽電池組件件的系統(tǒng)電壓壓