行業(yè)精品-太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)

1、【行業(yè)精品資料】第5章太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 的容量設(shè)計(jì)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分兩局部一是光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)，主要是對太陽能電池組件和蓄電池的容量進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，目的就是要計(jì)算出系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠滿足用電要求并可靠工作所需要的太陽能電池組件和蓄電池的數(shù)量；二是光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)配置與設(shè)計(jì)，主要是對系統(tǒng)中的電力電子設(shè)備、部件的選型配置及附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)與計(jì)算，目的是根據(jù)實(shí)際情況選擇配置適宜的設(shè)備、設(shè)施和材料等，與前期的容量設(shè)計(jì)相匹配。本章將詳細(xì)表達(dá)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原那么、設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的各種因素和技術(shù)條件等，并提供了幾種太陽能電池組件方陣和蓄電池容量的設(shè)計(jì)

2、與計(jì)算方法供參考。光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)配置與設(shè)計(jì)，將在第6章中介紹。5.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原那么、步驟和內(nèi)容5.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原那么光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要本著合理性、實(shí)用性、高可靠性和高性價比低本錢的原那么。做到既能保證光伏系統(tǒng)的長期可靠運(yùn)行，充分滿足負(fù)載的用電需要，同時又能使系統(tǒng)的配置最合理、最經(jīng)濟(jì)，特別是確定使用最少的太陽能電池組件功率和蓄電池的容量。協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)工作的最大可靠性和系統(tǒng)本錢之間的關(guān)系，在滿足需要保證質(zhì)量的前提下節(jié)省投資，到達(dá)最好的經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容5.2 與設(shè)計(jì)相關(guān)的因素和技術(shù)條件在設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)負(fù)載的要求和當(dāng)?shù)靥柲苜Y源及氣象地理?xiàng)l件，依照能量守恒的原那么，

3、綜合考慮以下各種因素和技術(shù)條件。系統(tǒng)用電負(fù)載的特性、當(dāng)?shù)氐奶柲茌椛滟Y源及氣象地理?xiàng)l件、發(fā)電系統(tǒng)的類型、安裝場所和方式。5.2.1 系統(tǒng)用電負(fù)載的特性 在設(shè)計(jì)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備的配置、選型之前，要充分了解用電負(fù)載的特性。如負(fù)載是直流負(fù)載還是交流負(fù)載，負(fù)載的工作電壓是多少？是沖擊性負(fù)載還是非沖擊性負(fù)載？是電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載還是電力電子類負(fù)載等。其中電阻性負(fù)載如白熾燈泡、電子節(jié)能燈、電熨斗、電熱水器等在使用中無沖擊電流。而電感性負(fù)載和電力電子類負(fù)載如日光燈、電動機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、水泵等啟動時都有沖擊電流，且沖擊電流往往是其額定工作電流的510倍。因此，在容量設(shè)計(jì)和設(shè)備選型時，往

4、往都要留下合理余量。從全天使用時間上分可分為僅白天使用的負(fù)載，僅晚上使用的負(fù)載及白天晚上連續(xù)使用的負(fù)載。對于僅在白天使用的負(fù)載，多數(shù)可以由光伏電池板直接供電，不需要考慮蓄電池的配備。另外系統(tǒng)每天需要供電的時間有多長，要求系統(tǒng)能正常供電幾個陰雨天等，都是需要在設(shè)計(jì)前了解的問題和數(shù)據(jù)。5.2.2 當(dāng)?shù)氐奶柲茌椛滟Y源及氣象地理?xiàng)l件 由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量與太陽光的輻射強(qiáng)度、大氣層厚度即大氣質(zhì)量、地理位置、所在地的氣候和氣象、地形地物等因素和條件有著直接的關(guān)系和影響，因此在設(shè)計(jì)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)時，應(yīng)考慮的太陽能輻射資源及氣象地理?xiàng)l件有太陽輻射的方位角和傾斜角、峰值日照時數(shù)、全年輻射總量、連

5、續(xù)陰雨天數(shù)及最低氣溫等。1太陽能電池組件方陣的方位角與傾斜角太陽能電池組件方陣的方位角與傾斜角的選定是太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)時最重要的因素之一。所謂方位角一般是指東西南北方向的角度。對于太陽能光伏系統(tǒng)來說，方位角以正南為0，由南向東向北為負(fù)角度，由南向西向北為正角度，如太陽在正東方時，方位角為-90，在正西方時方位角為90。方位角決定了陽光的入射方向，決定了各個方向的山坡或不同朝向建筑物的采光狀況。傾斜角是地平面水平面與太陽能電池組件之間的夾角。傾斜角為0時表示太陽能電池組件為水平設(shè)置，傾斜角為90時表示太陽能電池組件為垂直設(shè)置。(1)太陽能電池方位角的選擇在我國，太陽能電池的方位角一般都選擇正南

6、方向，以使太陽能電池單位容量的發(fā)電量最大。如果受太陽能電池設(shè)置場所如屋頂、土坡、山地、建筑物結(jié)構(gòu)及陰影等的限制時，那么應(yīng)考慮與它們的方位角一致，以求充分利用現(xiàn)有地形和有效面積，并盡量避開周圍建、構(gòu)筑物或樹木等產(chǎn)生的陰影。只要在正南20之內(nèi)，都不會對發(fā)電量有太大影響，條件允許的話，應(yīng)盡可能偏西南20之內(nèi)，使太陽能發(fā)電量的峰值出現(xiàn)在中午稍過后某時，這樣有利用冬季多發(fā)電。有些太陽能光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，當(dāng)正南方向太陽能電池鋪設(shè)面積不夠時，也可將太陽能電池鋪設(shè)在正東、正西萬向。(2)太陽能電池傾斜角的選擇最理想的傾斜角是使太陽能電池年發(fā)電量盡可能大，而冬季和夏季發(fā)電量差異盡可能小時的傾斜角。一

7、般取當(dāng)?shù)鼐暥然虍?dāng)?shù)鼐暥燃由蠋锥茸鰹楫?dāng)?shù)靥柲茈姵亟M件安裝的傾斜角。當(dāng)然如果能夠采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，可以進(jìn)行太陽能電池傾斜角的優(yōu)化計(jì)算，使兩者能夠兼顧就更好了，這對于高緯度地區(qū)尤為重要。高緯度地區(qū)的冬季和夏季水平面太陽輻射量差異非常大，例如我國黑龍江省相差約5倍。如果按照水平面輻射量參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么蓄電池冬季存儲量過大，造成蓄電池的設(shè)計(jì)容量和投資都加大。選擇了最正確傾斜角，太陽能電池面上冬季和夏季輻射量之差變小，蓄電池的容量也可以減少，求得一個均衡，使系統(tǒng)造價降低，設(shè)計(jì)更為合理。 如果沒有條件對傾斜角進(jìn)行計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，也可以根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥却致源_定太陽能電池的傾斜角： 緯度為025 時，傾斜

8、角等于緯度； 緯度為26 40 時，傾斜角等于緯度加5 10 緯度為41 55 時，傾斜角等于緯度加上10 15 緯度為55 以上時，傾斜角等于緯度加上15 20 但不同類型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其最正確安裝傾斜角是有所不同的。例如為光控太陽能路燈照明系統(tǒng)等季節(jié)性負(fù)載供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)，這類負(fù)載的工作時間隨著季節(jié)而變化，其特點(diǎn)是以自然光線的強(qiáng)弱來決定負(fù)載每天工作時間的長短。冬天時白天日照時間短，太陽能輻射能量小，而夜間負(fù)載工作時間長，耗電量大。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時要考慮照顧冬天，按冬天時能得到最大發(fā)電量的傾斜角確定，其傾斜角應(yīng)該比當(dāng)?shù)鼐暥鹊慕嵌却笠恍?。而對于主要為光伏水泵、制冷空調(diào)等夏季負(fù)載供電的光

9、伏系統(tǒng)，那么應(yīng)考慮夏季為負(fù)載提供最大發(fā)電量，其傾斜角應(yīng)該比當(dāng)?shù)鼐暥鹊慕嵌刃∫恍?表5-1提供了中國大陸各主要城市太陽能資源數(shù)據(jù)表，供設(shè)計(jì)時參考。2平均日照時數(shù)和峰值日照時數(shù)要了解平均日照時數(shù)和峰值日照時數(shù)，首先要知道日照時間和日照時數(shù)的概念。日照時間是指太陽光在一天當(dāng)中從日出到日落實(shí)際的照射時間。日照時數(shù)是指在某個地點(diǎn)，一天當(dāng)中太陽光到達(dá)一定的幅照度一般以氣象臺測定的120Wm2為標(biāo)準(zhǔn)時一直到小于此幅照度所經(jīng)過的時間。日照時數(shù)小于日照時間。 平均日照時數(shù)是指某地的一年或假設(shè)干年的日照時數(shù)總和的平均值。例如，某地1985年到1995年實(shí)際測量的年平均日照時數(shù)是2053.6h，日平均日照時數(shù)就是

10、5.63h。 峰值日照時數(shù)是將當(dāng)?shù)氐奶栞椛淞浚鬯愠蓸?biāo)準(zhǔn)測試條件幅照度1 000Wm2下的時數(shù)。例如，某地某天的日照時間是8.5h，但不可能在這8.5h中太陽的幅照度都是1000W/m2，而是從弱到強(qiáng)再從強(qiáng)到弱變化的，假設(shè)測得這天累計(jì)的太陽輻射量是3600WM/m2，那么這天的峰值日照時數(shù)就是3.6h。因此，在計(jì)算太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量時一般都采用平均峰值日照時數(shù)作為參考值。表5-2是年總輻射量與日平均峰值日照時數(shù)間的對應(yīng)關(guān)系表。表5-2年水平面總輻射量與日平均峰值日照時數(shù)間的對應(yīng)關(guān)系表3全年太陽能輻射總量在設(shè)計(jì)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)容量時，當(dāng)?shù)厝晏柲茌椛淇偭恳彩且粋€重要的參考數(shù)據(jù)。應(yīng)通

11、過氣象部門了解當(dāng)?shù)亟鼛啄晟踔?10年的太陽能輻射總量年平均值。通常氣象部門提供的是水平面上的太陽輻射量，而太陽能電池一般都是傾斜安裝，因此還需要將水平面上的太陽能輻射量換算成傾斜面上的輻射量。圖5-2是中國太陽能資源分布示意圖。4最長連續(xù)陰雨天數(shù)所謂最長連續(xù)陰雨天數(shù)也就是需要蓄電池向負(fù)載維持供電的天數(shù)，從發(fā)電系統(tǒng)本身的角度說，也叫“系統(tǒng)自給天數(shù)。也就是說如果有幾天連續(xù)陰雨天，太陽能電池方陣就幾乎不能發(fā)電，只能靠蓄電池來供電，而蓄電池深度放電后又需盡快地將其補(bǔ)充好。連續(xù)陰雨天數(shù)可參考當(dāng)?shù)啬昶骄B續(xù)陰雨天數(shù)的數(shù)據(jù)。對于不太重要的負(fù)載如太陽能路燈等也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或需要在37天內(nèi)選取。在考慮連續(xù)陰雨天因

12、素時，還要考慮兩段連續(xù)陰雨天之間的間隔天數(shù)，以防止第一個連續(xù)陰雨天到來使蓄電池放電后，還沒有來得及補(bǔ)充，就又來了第二個連續(xù)陰雨天，使系統(tǒng)在第二個連續(xù)陰雨天內(nèi)根本無法正常供電。因此，在連續(xù)陰雨天比較多的南方地區(qū)，設(shè)計(jì)時要把太陽能電池和蓄電池的容量都考慮得稍微大一些。發(fā)電系統(tǒng)的類型、安裝場所和方式發(fā)電系統(tǒng)的類型就是指所設(shè)計(jì)的發(fā)電系統(tǒng)是獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，還是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)或者是太陽能發(fā)電與市電互補(bǔ)系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)的安裝主要是指太陽能電池組件或太陽能電池方陣的安裝，其安裝場所和方式可分為桿柱安裝、地面安裝、屋頂安裝、山坡安裝、建筑物墻壁安裝及建材一體化安裝等。(1)桿柱安裝桿柱安裝是將太陽能光伏系統(tǒng)安裝在由金

13、屬、混凝土以及木制的桿、柱子、塔上等，如太陽能路燈、高速公路監(jiān)控?cái)z像等。(2)地面安裝地面安裝就是在地面打好根底，然后在根底上安裝傾斜支架，太陽能電池組件固定到支架上，有時也可利用山坡等的斜面直接做根底和支架安裝電池組件。(3)屋頂安裝屋頂安裝大致分為兩種：一種是以屋頂為支撐物，在屋頂上通過支架或?qū)Ｓ脴?gòu)件將電池組件固定組成方陣，組件與屋頂間留有一定間隙用于通風(fēng)散熱；另一種是將電池組件直接與屋頂結(jié)合形成整體，也叫光伏方陣與屋頂?shù)募?，如光電瓦、光電采光頂?shù)?4)墻壁安裝 與屋頂安裝一樣，墻壁安裝也大致分為兩種：第一種是以墻壁為支撐物，在墻壁上通過支架或?qū)Ｓ脴?gòu)件將電池組件固定組成方陣，也就是把太陽

14、能組件方陣外掛到建筑物不采光局部的墻壁上；另一種是將光伏組件做成光伏幕墻玻璃和光伏采光玻璃窗等光伏建材一體化材料，作為建筑物外墻和采光窗戶材料，直接應(yīng)用到建筑物墻壁上，形成光伏組件與建筑物墻壁的集成5.3太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的設(shè)計(jì)與計(jì)算太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的設(shè)計(jì)與計(jì)算的主要內(nèi)容是：(1)太陽能電池組件功率和方陣構(gòu)成的設(shè)計(jì)與計(jì)算；(2)蓄電池的容量與蓄電池組合的設(shè)計(jì)與計(jì)算。下面就介紹太陽能電池組件與蓄電池的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法，并提供幾種計(jì)算公式，以不同的太陽能輻射資源參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。5.3.1 設(shè)計(jì)的根本思路太陽能電池組件的設(shè)計(jì)原那么是要滿足平均天氣條件太陽輻射量下負(fù)載每日用電量的需求，也就

15、是說太陽能電池組件的全年發(fā)電量要等于負(fù)載全年用電量。因?yàn)樘鞖鈼l件有低于和高于平均值的情況，因此，設(shè)計(jì)太陽能電池組件要滿足光照最差、太陽能輻射量最小季節(jié)的需要。如果只按平均值去設(shè)計(jì)，勢必造成全年三分之一多時間的光照最差季節(jié)蓄電池的連續(xù)虧電。蓄電池長時間處于虧電狀態(tài)將造成蓄電池的極板硫酸鹽化，使蓄電池的使用壽命和性能受到很大影響，整個系統(tǒng)的后續(xù)運(yùn)行費(fèi)用也將大幅度增加。設(shè)計(jì)時也不能考慮為了給蓄電池盡可能快地充滿電而將太陽能電池組件設(shè)計(jì)得過大，這樣在一年中的絕大局部時間里太陽能電池的發(fā)電量會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于負(fù)載的用電量，造成太陽能電池組件的浪費(fèi)和系統(tǒng)整體本錢的過高。因此，太陽能電池組件設(shè)計(jì)的最好方法就是使太陽

16、能電池組件能根本滿足光照最差季節(jié)的需要，就是在光照最差的季節(jié)蓄電池也能夠根本上天天充滿電。在有些地區(qū)，最差季節(jié)的光照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全年平均值，如果還按最差情況設(shè)計(jì)太陽能電池組件的功率，那么在一年中的其他時候發(fā)電量就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際所需，造成浪費(fèi)。這時只能考慮適當(dāng)加大蓄電池的設(shè)計(jì)容量，增加電能儲存，使蓄電池處于淺放電狀態(tài)，彌補(bǔ)光照最差季節(jié)發(fā)電量的缺乏對蓄電濁造成的傷害。有條件的地方還可以考慮采取風(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)電互相補(bǔ)充簡稱風(fēng)光互補(bǔ)及市電互補(bǔ)等措施，到達(dá)系統(tǒng)整體綜合本錢效益的最正確。太陽能電池組件及方陣的設(shè)計(jì)方法太陽能電池組件的設(shè)計(jì)就是滿足負(fù)載年平均每日用電量的需求。設(shè)計(jì)和計(jì)算太陽能電池組件大小的根

17、本方法就是用負(fù)載平均每天所需要的用電量單位：安時或瓦時為根本數(shù)據(jù)，以當(dāng)?shù)靥柲茌椛滟Y源參數(shù)如峰值日照時數(shù)、年輻射總量等數(shù)據(jù)為參照，并結(jié)合一些相關(guān)因素?cái)?shù)據(jù)或系數(shù)綜合計(jì)算而得出的。 在設(shè)計(jì)和計(jì)算太陽能電池組件或組件方陣時，一般有兩種方法。一種方法是根據(jù)上述各種數(shù)據(jù)直接計(jì)算出太陽能電池組件或方陣的功率，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選配或定制相應(yīng)功率的電池組件，進(jìn)而得到電池組件的外形尺寸和安裝尺寸等。這種方法一般適用于中小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。另一種方法是先選定尺寸符合要求的電池組件，根據(jù)該組件峰值功率、峰值工作電流和曰發(fā)電量等數(shù)據(jù)，結(jié)合上述數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，在計(jì)算中確定電池組件的串、并聯(lián)數(shù)及總功率。這種方法適用于中

18、大型光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。下面以第二種方法為例介紹一個常用的太陽能電池組件的設(shè)計(jì)計(jì)算公式和方法，其他計(jì)算公式和方法將茌在下一節(jié)中分別介紹。1根本計(jì)算方法計(jì)算太陽能電池組件的根本方法是用負(fù)載平均每天所消耗的電量(Ah)除以選定的電池組件在一天中的平均發(fā)電量(Ah)，就算出了整個系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽能電池組件數(shù)量。這些組件的并聯(lián)輸出電流就是系統(tǒng)負(fù)載所需要的電流。具體公式為： 其中，組件日平均發(fā)電量=組件峰值工作電流(A)峰值日照時數(shù)(h)再將系統(tǒng)的工作電壓除以太陽能電池組件的峰值工作電壓，就可以算出太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)量。這些電池組件串聯(lián)后就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的工作電壓或蓄電池組的充電電壓。具體

19、公式為： 系數(shù)1.43是太陽能電池組件峰值工作電壓與系統(tǒng)工作電壓的比值例如，為工作電壓12V的系統(tǒng)供電或充電的太陽能電池組件的峰值電壓是1717.5V;為工作電壓24V的系統(tǒng)供電或充電的峰值電壓為3434.5V等。因此為方便計(jì)算用系統(tǒng)工作電壓乘以1.43就是該組件或整個方陣的峰值電壓近似值。例如：假設(shè)某光伏發(fā)電系統(tǒng)工作電壓為48V，選擇了峰值工作電壓為17.0V的電池組件，計(jì)算電池組件的串聯(lián)數(shù)？電池組件的串聯(lián)數(shù)=48V1.43/17.0V=4.034塊有了電池組件的并聯(lián)數(shù)和串聯(lián)數(shù)后，就可以很方便地計(jì)算出這個電池組件或方陣的總功率了，計(jì)算公式是： 電池組件方陣總功率(W)=組件并聯(lián)數(shù)組件串聯(lián)數(shù)選

20、定組件的峰值輸出功率(W)2相關(guān)因素的考慮上面的計(jì)算公式完全是理想狀態(tài)下的書面計(jì)算。如果根據(jù)上述計(jì)算公式計(jì)算出的電池組件容量，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中是不能滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)的用電需求的。為了得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，就要把一些相關(guān)因素和數(shù)據(jù)考慮進(jìn)來并納入到計(jì)算中。與太陽能電池組件發(fā)電量相關(guān)的主要因素有兩點(diǎn)。 (1)太陽能電池組件的功率衰降。 (2)蓄電池的充放電損耗。(1)太陽能電池組件的功率衰降。在光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，太陽能電池組件的輸出功率發(fā)電量會因?yàn)楦鞣N內(nèi)外因素的影響而衰減或降低。例如，灰塵的覆蓋、組件自身功率的衰降、線路的損耗等各種不可量化的因素，在交流系統(tǒng)中還要考慮交流逆變器的轉(zhuǎn)換效率因素。因此

21、，設(shè)計(jì)時要將造成電池組件功率衰降的各種因素按10%的損耗計(jì)算，如果是交流光伏發(fā)電系統(tǒng)時，還要考慮交流逆變器轉(zhuǎn)換效率的損失也按10%計(jì)算。這些實(shí)際上都是光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時需要考慮的平安系數(shù)，設(shè)計(jì)時為電池組件留有合理余量，是系統(tǒng)年復(fù)一年長期正常運(yùn)行的保證。(2)蓄電池的充放電損耗。在蓄電池的充放電過程中，太陽能電池產(chǎn)生的電流在轉(zhuǎn)化儲存的過程中會因?yàn)榘l(fā)熱、電解水蒸發(fā)等產(chǎn)生一定的損耗，也就是說蓄電池的充電效率根據(jù)蓄電池的不同一般只有90%95%。因此在設(shè)計(jì)時也要根據(jù)蓄電池的不同將電池組件的功率增加5%10%，以抵消蓄電池充放電過程中的耗散損失。3. 實(shí)用的計(jì)算公式上面的公式只是一個理論的計(jì)算，在考慮到

22、各種因素的影響后，將相關(guān)系數(shù)納入到上述公式中，才是一個設(shè)計(jì)和計(jì)算太陽能電池組件的完整公式。將負(fù)載日平均用電量除以蓄電池的充電效率，就增加了每天的負(fù)載用電量，實(shí)際上給出了電池組件需要負(fù)擔(dān)的真正負(fù)載；將電池組件的損耗系數(shù)乘以組件的日平均發(fā)電量，這樣就考慮了環(huán)境因素和組件自身衰降造成的組件發(fā)電量的減少，有了一個符合實(shí)際應(yīng)用情況下的太陽能電池發(fā)電量的保守估算值。綜合考慮以上因素，得出計(jì)算公式如下：在進(jìn)行太陽能電池組件的設(shè)計(jì)與計(jì)算時，還要考慮季節(jié)變化對系統(tǒng)發(fā)電量的影響。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)和計(jì)算得出組件容量時，一般都是以當(dāng)?shù)靥柲茌椛滟Y源的參數(shù)如峰值日照時數(shù)、年輻射總量等數(shù)據(jù)為參照數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是全年平均數(shù)據(jù)，

23、參照這些數(shù)據(jù)計(jì)算出的結(jié)果，在春、夏、秋季一般都沒有問題，冬季可能就會有點(diǎn)欠缺。因此在有條件時或設(shè)計(jì)比較重要的光伏發(fā)電系統(tǒng)時，最好以當(dāng)?shù)厝昝總€月的太陽能輻射資源參數(shù)分別計(jì)算各個月的發(fā)電量，其中的最大值就是一年中所需要的電池組件的數(shù)量。例如，某地計(jì)算出冬季需要的太陽能組件數(shù)量是8塊，但在夏季可能有5塊就夠了，為了保證該系統(tǒng)全年的正常運(yùn)行，就只好按照冬季的數(shù)量確定系統(tǒng)的容量。計(jì)算舉例某地建設(shè)一個移動通信基站的太陽能光伏供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用直流負(fù)載，負(fù)載工作電壓48V，用電量為每天150Ah該地區(qū)最低的光照輻射是1月份，其傾斜面峰值日照時數(shù)是3.5h，選定125W太陽能電池組件，其主要參數(shù)：峰值功率

24、125W、峰值工作電壓34.2V、峰值工作電流3.65A，計(jì)算太陽能電池組件使用數(shù)量及太陽能電池方陣的組合設(shè)計(jì)、電池方陣總功率。組件損耗系數(shù)為0.9，充電效率系數(shù)也為0.9。因該系統(tǒng)是直流系統(tǒng)，所以不考慮逆變器的轉(zhuǎn)換效率系數(shù)。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)，采用就高不就低的原那么，確定電池組件并聯(lián)數(shù)是15塊，串聯(lián)數(shù)是2塊。也就是說，每2塊電池組件串聯(lián)連接，15串電池組件再并聯(lián)連接，共需要125W電池組件30塊構(gòu)成電池方陣，連接示意圖如圖5-7所示。 該電池方陣總功率=152125W=3750W蓄電池和蓄電池組的設(shè)計(jì)方法蓄電池的任務(wù)是在太陽能輻射量缺乏時，保證系統(tǒng)負(fù)載的正常用電。要能在幾天內(nèi)保證系統(tǒng)的正常工作

25、，就需要在設(shè)計(jì)時引入一個氣象條件參數(shù)：連續(xù)陰雨天數(shù)。一般計(jì)算時都是以當(dāng)?shù)刈畲筮B續(xù)陰雨天數(shù)為設(shè)計(jì)參數(shù)，但也要綜合考慮負(fù)載對電源的要求。對于一般的負(fù)載如太陽能路燈等可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或需要在37天內(nèi)選取。重要的負(fù)載如通信、導(dǎo)航、醫(yī)院救治等那么在715天內(nèi)選取。另外還要考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)，如果在偏遠(yuǎn)的地方，蓄電池容量要設(shè)計(jì)得較大，因?yàn)榫S護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場就需要很長時間。實(shí)際應(yīng)用中，有的移動通信基站由于山高路遠(yuǎn)，去一次很不方便，除了配置正常蓄電池組外，還要配備一組備用蓄電池組，以各不時之需。這種發(fā)電系統(tǒng)把可靠性放在了第一位，已經(jīng)不能單純考慮經(jīng)濟(jì)性了。 蓄電池的設(shè)計(jì)主要包括蓄電池容量的設(shè)計(jì)計(jì)算和蓄電池組串并

26、聯(lián)組合的設(shè)計(jì)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，大局部使用的都是鉛酸蓄電池，主要是考慮到技術(shù)成熟和本錢等因素，因此下面介紹的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法也主要以鉛酸蓄電池為主。1根本的計(jì)算方法先將負(fù)載每天需要的用電量乘以根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料或?qū)嶋H情況確定的連續(xù)陰雨天數(shù)就可以得到初步的蓄電池容量。然后將得到的蓄電池容量數(shù)除以蓄電池容許的最大放電深度系教。由于鉛酸蓄電池的特性，在確定的連續(xù)陰雨天內(nèi)絕對不能100%的放電而把電用光，否那么蓄電池會在很短的時間內(nèi)壽終正寢，大大縮短使用壽命。因此需要除以最大放電深度系數(shù)，得到所需要的蓄電池容量。最大放電深度的選擇需要參考蓄電池生產(chǎn)廠家提供的性能參數(shù)資料。一般情況下，淺循環(huán)型蓄電池選用50

27、%的放電深度，深循環(huán)型蓄電池選用75%的放電深度。計(jì)算蓄電池容量的根本公式為：2相關(guān)因素的考慮上面的計(jì)算公式只是對蓄電池容量的根本估算方法，在實(shí)際應(yīng)用中還有一些性能參數(shù)會對蓄電池的容量和使用壽命產(chǎn)生影響，其中主要的兩個因素是蓄電池的放電率和使用環(huán)境溫度。(1)放電率對蓄電池容量的影響所謂放電率也就是放電時間和放電電流與蓄電池容量的比率，一般分為20小時率(20h)、10小時率(l0h)、5小時率(5h)、3小時率(3h)、1小時率(1h)、0.5小時率(0.5h)等。大電流放電時，放電時間短，蓄電池容量會比標(biāo)稱容量縮水；小電流放電，放電時間長，實(shí)際放電容量會比標(biāo)稱容量增加。比方，容量100Ah

28、的蓄電池用2A的電流放電能放50小時，但要用50A的電流放電就肯定放不了2個小時。實(shí)際容量就不夠100Ah了。 蓄電池的容量隨著放電率的改變而改變，這樣就會對容量設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載放電電流大時，蓄電池的實(shí)際容量會比設(shè)計(jì)容量小，會造成系統(tǒng)供電量缺乏；而系統(tǒng)負(fù)載工作電流小時，蓄電池的實(shí)際容量就會比設(shè)計(jì)容量大，會造成系統(tǒng)本錢的無謂增加。特別是在光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的蓄電池，放電率一般都較慢，差不多都在50小時率以上而生產(chǎn)廠家提供的蓄電池標(biāo)稱容量是10h放電率下的容量。因此在設(shè)計(jì)時要考慮到光伏系統(tǒng)中蓄電池放電率對容量的影響因素，并計(jì)算光伏系統(tǒng)的實(shí)際平均放電率，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的該型號蓄電池在不同放

29、電速率下的容量，就可以對蓄電池的容量進(jìn)行校對和修正。當(dāng)手頭沒有詳細(xì)的容量一放電速率資料時，也可對慢放電率50200h小時率光伏系統(tǒng)蓄電池的容量進(jìn)行估算，一般相對應(yīng)的比蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)容量提高5%20%，相應(yīng)的放電率修正系數(shù)為0.950.8。光伏系統(tǒng)的平均放電率計(jì)算公式為：對于有多路不同負(fù)載的光伏系統(tǒng)，負(fù)載工作時間需要用加權(quán)平均法進(jìn)行計(jì)算，加權(quán)平均負(fù)載工作時間的計(jì)算方法為：根據(jù)上面兩個公式就可以計(jì)算出光伏系統(tǒng)的實(shí)際平均放電率，根據(jù)蓄電池生產(chǎn)廠商提供的該型號蓄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(jìn)行修正。(2)環(huán)境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

30、池的溫度下降時，蓄電池的容量會下降，溫度低于零度以下時，蓄電池容量會急劇下降。溫度升高時，蓄電池容量略有升高。蓄電池溫度與放電容量關(guān)系曲線圖如圖5-8所示。蓄電池的標(biāo)稱容量一般都是在環(huán)境溫度25時標(biāo)定的，隨著溫度的降低，0時的容量大約下降到標(biāo)稱容量的95%90%，-10時大約下降到標(biāo)稱容量的90%80%，-20 時大約下降到標(biāo)稱容量的80%70%，所以必須考慮蓄電池的使用環(huán)境溫度對其容量的影響。當(dāng)最低氣溫過低時，還要對蓄電池采取相應(yīng)的保溫措施，如地埋、移入房間，或者改用價格更高的膠體鉛酸蓄電池等。當(dāng)光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的最低氣溫很低時，設(shè)計(jì)時需要的蓄電池容量就要比正常溫度范圍的容量大，這樣才能保證

31、光伏系統(tǒng)在最低氣溫時也能提供所需的能量。因此，在設(shè)計(jì)時可參考蓄電池生產(chǎn)廠家提供的蓄電池溫度-容量修正曲線圖，從該圖上可以查到對應(yīng)溫度蓄電池容量的修正系數(shù)，將此修正系數(shù)納入計(jì)算公式，就可對蓄電池容量的初步計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。如果沒有相應(yīng)的蓄電池溫度一容量修正曲線圖時，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定溫度修正系數(shù)，一般0時修正系數(shù)可在0.950.9之間選取；-10時在0.90.8之間選取；-20時在0.80.7之間選取。另外，過低的環(huán)境氣溫還會對最大放電深度產(chǎn)生影響，具體原理在蓄電池一章中已經(jīng)詳細(xì)表達(dá)。當(dāng)環(huán)境氣溫在-10以下時，淺循環(huán)型蓄電池的最大放電深度可由常溫時的50%調(diào)整為35%40%，深循環(huán)型蓄電池的最大放電深度可由常溫時的75%調(diào)整到60%。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，同時系統(tǒng)本錢也不會太高。 3實(shí)用的蓄電池容量計(jì)算公式上面介紹的計(jì)算公式只是一個理論的計(jì)算，在考慮到各種因素的影響后，將相關(guān)系數(shù)納