光伏組件與陣列設(shè)計(jì)

1、文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評(píng)與關(guān)注！ 1.1 引言太陽(yáng)電池是將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換為電能的最基本元件，一個(gè)單體太陽(yáng)能電池的單片為一個(gè)PN結(jié)，工作電壓約為0.5V，工作電流約為2025mA/cm2, 一般不能單獨(dú)作為電源使用。因而需根據(jù)使用要求將若干單體電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接并經(jīng)過(guò)封裝后，組成一個(gè)可以單獨(dú)對(duì)外供電的最小單元即組件（太陽(yáng)能電池板）。其功率一般為幾瓦至幾十瓦，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨的能力，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和系統(tǒng)。當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流，而單個(gè)組件不能滿足要求時(shí)，可把多個(gè)組件通過(guò)串連或并聯(lián)進(jìn)行連接，以獲得所需要的電壓和電流，從而使得用戶獲取電力。根據(jù)負(fù)荷需要，將若干

2、組件按一定方式組裝在固定的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，形成直流發(fā)電的單元，即為太陽(yáng)能電池陣列，也稱為光伏陣列或太陽(yáng)能電池方陣。一個(gè)光伏陣列包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的光伏組件，具體需要多少個(gè)組件及如何連接組件與所需電壓（電流）及各個(gè)組件的參數(shù)有關(guān)。太陽(yáng)能電池片并、串聯(lián)組成太陽(yáng)能電池組件；太陽(yáng)能電池組件并、串聯(lián)構(gòu)成太陽(yáng)能電池陣列。1.2 光伏組件1.2.1 組件概述光伏組件（俗稱太陽(yáng)能電池板）是將性能一致或相近的光伏電池片（整片的兩種規(guī)格125*125mm、156*156mm），或由激光機(jī)切割開(kāi)的不同規(guī)格的太陽(yáng)能電池，按一定的排列串、并聯(lián)后封裝而成。由于單片太陽(yáng)能電池片的電流和電壓都很小，把他們先串聯(lián)獲得高電壓，再并聯(lián)

3、獲得高電流后，通過(guò)一個(gè)二極管（防止電流回輸）然后輸出。電池串聯(lián)的片數(shù)越多電壓越高，面積越大或并聯(lián)的片數(shù)越多則電流越大。如一個(gè)組件上串聯(lián)太陽(yáng)能電池片的數(shù)量是36片，這意味著這個(gè)太陽(yáng)能組件大約能產(chǎn)生17伏的電壓。1.2.2 電池的連接與失配失配的影響:失配損失是由于電池或者組件的互聯(lián)引起的，這些電池或者組件沒(méi)有相同的特性或者經(jīng)歷了不同的條件。在PV組件和方陣中，在某種條件下失配問(wèn)題是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)橐粋€(gè)組件在最差情況的輸出是由其中的具有最低輸出的太陽(yáng)電池決定。例如，當(dāng)一個(gè)太陽(yáng)電池被遮擋而組件中的其它的太陽(yáng)電池并沒(méi)有被遮擋時(shí)，一個(gè)處于“良好”狀態(tài)的太陽(yáng)電池產(chǎn)生的功率可以被低性能的太陽(yáng)電池耗散，而

4、不是提供給負(fù)載。這可以導(dǎo)致非常高的局部電力耗散，并且由此而產(chǎn)生的局部加熱可以引起組件不可恢復(fù)的損傷。太陽(yáng)能電池在串、并聯(lián)成電池組件時(shí)，由于每片太陽(yáng)能電池電性能不可能絕對(duì)一致，這就使得串、并聯(lián)后的輸出總功率往往小于各個(gè)單體太陽(yáng)能電池輸出功率之和，稱作太陽(yáng)能電池的失配。在太陽(yáng)能組件的制造以及組建安裝為陣列的過(guò)程中，失配問(wèn)題總會(huì)存在，并或多或少的影響太陽(yáng)能電池的性能。這是因?yàn)椋?，太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝決定了每一個(gè)單體不可能絕對(duì)一致；2，實(shí)際使用中每個(gè)單體還將由于遮擋，灰塵，表面損傷等原因造成個(gè)體差異。4.2.2.1太陽(yáng)能電池的串聯(lián)連接與失配太陽(yáng)能電池串聯(lián)連接時(shí)，總輸出電流為最小一片電池的值，而其總的

5、輸出電壓為各電池電壓之和。太陽(yáng)能電池串聯(lián)使用時(shí)的失配損失要嚴(yán)重得多，一旦有一個(gè)單體電流小于其他單體，因?yàn)檩敵鲭娏鲗⑷∷袉蝹€(gè)電池中最小值，整個(gè)串聯(lián)回路中其他的單體的電流也將降低，從而大大降低整個(gè)回路的輸出功率。如下圖所示，當(dāng)一串具有幾個(gè)高電流太陽(yáng)電池的串中有一個(gè)低電流的太陽(yáng)電池時(shí)，產(chǎn)生熱斑。一串太陽(yáng)電池中有一個(gè)被遮擋，減少了好電池的電流，使得好電池要產(chǎn)生更高的電壓。這個(gè)電壓通常使壞電池反偏。如果總串聯(lián)串上的工作電流接近于壞電池的短路電流，總電流就是被壞電池所限制的。好電池產(chǎn)生的額外的電流使好電池正向偏置。如果串聯(lián)串被短路，這個(gè)跨過(guò)這些好電池的正向偏壓就使得被遮擋的電池反向偏置。當(dāng)許多串聯(lián)的電池

6、在陰影遮擋的電池上引起很大的反向偏壓時(shí)，導(dǎo)致差電池上有很大的熱耗散，就發(fā)生了熱斑。必然地，好電池上的全部的發(fā)電容量都耗散在差電池上。在相同面積上的大量的功率耗散導(dǎo)致局部發(fā)熱或者熱斑，轉(zhuǎn)而產(chǎn)生破壞性的影響，例如電池或玻璃的破裂、焊料的熔化或者太陽(yáng)電池的衰降。4.2.2.1太陽(yáng)能電池的并聯(lián)連接與失配太陽(yáng)能電池并聯(lián)連接時(shí)，并聯(lián)輸出電壓保持一致而輸出電流為各并聯(lián)電池電流之和。太陽(yáng)能電池并聯(lián)使用時(shí)失配損失比串聯(lián)使用時(shí)小，只要最差的電池的開(kāi)路電壓高于該組電池的工作電壓，則輸出電流仍為各單體電流之和。失配損失僅來(lái)自于一些沒(méi)有工作在最大工作點(diǎn)的單體。如果其中有單體的開(kāi)路電壓低于工作電壓，則該單體將成為負(fù)載而消

7、耗能量。通?？刹捎迷诿恳粔K并聯(lián)支路加防反二極管的方法，盡管不能增加該之路的輸出，但可以防止電流倒流。 在設(shè)計(jì)中主要是確定組件工作電壓和功率這兩個(gè)參數(shù)，按輸出電壓要求以一定數(shù)量（n）的電池片（或根據(jù)需要切割成相應(yīng)大?。┯没ミB條相互串聯(lián)起來(lái)，以滿足用戶所需求的輸出電壓，然后按輸出功率要求以一定數(shù)量（m）的電池片用匯流條并聯(lián)起來(lái)，并通過(guò)層壓封裝而成為太陽(yáng)能電池組件。對(duì)于通常使用的12V 電池組件，一般采用一串36片太陽(yáng)能電池片，即n36，m1。圖41，42分別為太陽(yáng)能電池組件工作原理圖和等效電路圖。圖41為太陽(yáng)能電池組件工作原理圖圖42為太陽(yáng)能電池組件等效電路圖在小組件中，太陽(yáng)電池是串聯(lián)聯(lián)接的，所以

8、沒(méi)有并聯(lián)失配的問(wèn)題。在大的方陣中通常有組件的并聯(lián)，所以通常是組件水平上而不是電池水平上發(fā)生并聯(lián)失配。并聯(lián)聯(lián)接的太陽(yáng)電池。相互并聯(lián)的太陽(yáng)電池上的電壓總是相同的，并且總電流是各個(gè)獨(dú)立太陽(yáng)電池電流的和。1.2.3 組件設(shè)計(jì)要提升電壓需要串聯(lián)電池片，缺點(diǎn)是電流值趨向于最小電流的電池片的電流；提高功率一般需要并聯(lián)電池片，缺點(diǎn)是電壓趨向于最小電壓的電池片的電壓。因此在同一個(gè)組件中，盡量選用性能一致的電池片。設(shè)計(jì)舉列：用F40mm的單晶硅太陽(yáng)電池（效率為8.5%，工作電壓0.41v）設(shè)計(jì)一工作電壓為1.5伏，峰值功率為1.2瓦的組件。單晶硅電池的工作電壓為：V=0.41v則串聯(lián)電池?cái)?shù)：Ns=1.5/0.41

9、=3.66片 ，取Ns=4片單體電池面積：s=p d2/4=p´42/4=12.57cm2 單體電池封裝后功率：Pm=100mw/cm2 ´12.57´8.5%´95%=100mw=0.1w（標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試下，太陽(yáng)輻照度1000W/m2100mW/cm2）式中95%是考慮封裝時(shí)的失配損失需太陽(yáng)電池總的片數(shù)：N=1.2/0.1=12片太陽(yáng)電池并聯(lián)數(shù)：NP=N/Ns=12/4=3組故用12片F(xiàn)40mm的單晶硅太陽(yáng)電池四串三并，即可滿足要求。圖43 串并聯(lián)圖44 混聯(lián)聯(lián)接的方法如圖43但這種聯(lián)接方法有缺點(diǎn)，一旦其中一片電池?fù)p壞、開(kāi)路或被陰影遮住，損失的不是一片電池的

10、功率，而是整串電池都將失去作用，這在串聯(lián)電池?cái)?shù)目較多時(shí)影響尤為嚴(yán)重。為了避免這種情況，可以用混聯(lián)（或稱網(wǎng)狀連接）的對(duì)應(yīng)的電池之間連片連接起來(lái)，如圖44，這樣，即使有少數(shù)電池失效（如有陰影線的），也不致于對(duì)整個(gè)輸出造成嚴(yán)重?fù)p失。太陽(yáng)能電池組件的組成數(shù)量通常是由系統(tǒng)電壓（或蓄電池電壓）來(lái)決定，通常組件電壓是蓄電池電壓的1.4-1.5倍。例如：蓄電池電壓為12v，組件工作電壓一般為16.8-18v之間，那么電池片數(shù)量為18v/0.5v，也就是36片。所以常用數(shù)量36或40片，大功率組件為72片。常規(guī)組件，36片電池串聯(lián)聯(lián)接，為了生成滿足12V蓄電池充電的電壓。1.2.4 組件的串、并聯(lián)當(dāng)每個(gè)單體的電

11、池組件性能一致時(shí)，多個(gè)電池組件的串聯(lián)連接，可在不改變輸出電流的情況下，使組件陣列的輸出電壓成比例的增加；而組件并聯(lián)連接時(shí)，則可在不改變輸出電壓的情況下，使組件陣列的輸出電流成比例的增加；串、并聯(lián)混合連接時(shí)，即可增加組件陣列的輸出電壓，又可增加組件陣列的輸出電流。但是，組成陣列的所有電池組件性能參數(shù)不可能完全一致，所有的連接電纜、插頭插座接觸電阻也不相同，于是會(huì)造成各串聯(lián)電池組件的工作電流受限于其中電流最小的組件；而各并聯(lián)電池組件的輸出電壓又會(huì)被其中電壓最低的電池組件鉗制。因此陣列組合會(huì)產(chǎn)生組合連接損失，使陣列的總效率總是低于所有單個(gè)組件的效率之和。組合連接損失的大小取決于電池組件性能參數(shù)的離散

12、性，因此除了在電池組件的生產(chǎn)工藝過(guò)程中，盡量提高電池組件性能參數(shù)的一致性外，還可以對(duì)電池組件進(jìn)行測(cè)試、篩選、組合，即把特性相近的電池組件組合在一起。例如，串聯(lián)組合的各組件工作電流要盡量相近，每串與每串的總工作電壓也要考慮搭配得盡量相近，最大幅度地減少組合連接損失。因此，組件的串、并聯(lián)組合連接要遵循下列幾條原則： 串聯(lián)時(shí)需要工作電流相同的組件，并為每個(gè)組件并接旁路二極管； 并聯(lián)時(shí)需要工作電壓相同的組件，并在每一條并聯(lián)線路中串聯(lián)防反充二極管； 盡量考慮組件連接線路最短，并用較粗的導(dǎo)線； 嚴(yán)格防止個(gè)別性能變壞的電池組件混入電池陣列。1.2.5 組件的熱島效應(yīng)太陽(yáng)能電池組件在使用過(guò)程中，如果有一片太陽(yáng)

13、能電池單獨(dú)被遮擋，例如樹(shù)葉鳥(niǎo)糞等，單獨(dú)被遮擋的太陽(yáng)能電池在強(qiáng)烈陽(yáng)光照射下就會(huì)發(fā)熱損壞，于是整個(gè)太陽(yáng)能電池組件損壞。這就是所謂熱島效應(yīng)。為了防止熱島效應(yīng)，一般是將太陽(yáng)能電池傾斜放置，使樹(shù)葉等不能附著，同時(shí)在太陽(yáng)能電池組件上安裝防鳥(niǎo)針。對(duì)于大功率的太陽(yáng)能電池組件，為防止太陽(yáng)能電池在強(qiáng)光下由于遮擋造成其中一些因?yàn)榈貌坏焦庹斩蔀樨?fù)載產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱受損,最好在太陽(yáng)能電池組件輸出端的兩極并聯(lián)一個(gè)旁路二極管，旁路二極管的電流值不能低于該塊太陽(yáng)能組件的電流值。1.2.6 制約組件輸出功率的因素由于太陽(yáng)能的輸出功率取決于太陽(yáng)光照強(qiáng)度、太陽(yáng)能光譜的分布和太陽(yáng)電池的溫度、陰影、晶體結(jié)構(gòu)。因此太陽(yáng)電池組件的測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)

14、條件下(STC)進(jìn)行，測(cè)量條件被歐洲委員會(huì)定義為101號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，其條件是：光譜輻照度為1000W/m2；光譜AMl5；電池溫度25。在該條件下，太陽(yáng)能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，其單位表示為峰瓦(Wp)。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽(yáng)模擬儀測(cè)定并和國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的太陽(yáng)能電池進(jìn)行比較。 4.2.6.1溫度和光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)電池組件輸出特性的影響太陽(yáng)電池組件溫度較高時(shí)，工作效率下降。隨著太陽(yáng)能電池溫度的增加，開(kāi)路電壓減小，在20100范圍，大約每升高1每片電池的電壓減小2mV；而光電流隨溫度的增加略有上升，大約每升高1每片電池的光電流增加千分之一，或0.03mAcm

15、2?？偟膩?lái)說(shuō)，溫度升高太陽(yáng)電池的功率下降，典型溫度系數(shù)為0.35。也就是說(shuō)，如果太陽(yáng)能電池溫度每升高1，則功率減少035。因此，使組件上下方的空氣流動(dòng)非常重要，因?yàn)檫@樣可以將熱量帶走，避免太陽(yáng)能電池溫度升高。這里介紹的是溫度對(duì)晶體硅太陽(yáng)電池性能的影響，非晶硅太陽(yáng)電池則不同，根據(jù)美國(guó)UniSolar公司的報(bào)道，該公司三結(jié)非晶硅太陽(yáng)電池組件的功率溫度系數(shù)只有0.21。    光照強(qiáng)度與太陽(yáng)電池組件的光電流成正比，在光強(qiáng)由1001000Wm2范圍內(nèi)，光電流始終隨光強(qiáng)的增長(zhǎng)而線性增長(zhǎng)；而光照強(qiáng)度對(duì)光電壓的影響很小，在溫度固定的條件下，當(dāng)光照強(qiáng)度在4001000Wm2范圍內(nèi)變化，太陽(yáng)

16、電池組件的開(kāi)路電壓基本保持恒定。正因?yàn)槿绱?，太?yáng)電池的功率與光強(qiáng)也基本成正比。組件的最大輸出功率隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大；隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的減弱而減小，如圖45所示。圖45最大輸出功率隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化 4.2.6.2陰影對(duì)太陽(yáng)電池組件輸出特性的影響陰影對(duì)太陽(yáng)電池組件性能的影響不可低估，甚至光伏組件上的局部陰影也會(huì)引起輸出功率的明顯減少。某些組件比其他組件更易受陰影影響，有時(shí)僅僅一個(gè)單電池上的小陰影就產(chǎn)生了很大影響。一個(gè)單電池被完全遮擋時(shí)，太陽(yáng)電池組件可減少輸出75。所以陰影是場(chǎng)地評(píng)價(jià)中非常重要的部分。雖然組件安裝了二極管以減少陰影的影響，但由于低估了局部陰影的影響，建成的光

17、伏系統(tǒng)性能和用戶的投資效果都將大為遜色。1.3 光伏陣列1.3.1 陣列的基本構(gòu)成太陽(yáng)能電池陣列的基本電路構(gòu)成是由太陽(yáng)能電池組件集合體的太陽(yáng)能電池組件串、防止逆流元件、旁路元件和接線箱等構(gòu)成的。太陽(yáng)能電池組件串，是指由太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)連接構(gòu)成的太陽(yáng)能電池陣列滿足所需輸出電壓的電路。在電路中，各太陽(yáng)能電池組件串通過(guò)防止逆流元件相互并聯(lián)連接。光伏陣列的任何部分不能被遮蔭，如果有幾個(gè)電池被遮蔭，則它們便不會(huì)產(chǎn)生電流且會(huì)成為反向偏壓，這就意味著被遮電池消耗功率發(fā)熱，久而久之，形成故障。但是有些偶然的遮擋是不可避免的，所以需要用旁路二極管來(lái)起保護(hù)作用。如果所有的組件是并聯(lián)的，就不需要旁路二極管，即如果

18、要求陣列輸出電壓為12V，而每個(gè)組件的輸出恰為12V，則不需要對(duì)每個(gè)組件加旁路二極管，如果要求24V陣列（或者更高），那么必須有2個(gè)（或者更多的）組件串聯(lián)，這時(shí)就需要加上旁路二極管，如圖45所示,組件組件組件組件+-DC24V圖45帶旁路二極管的串聯(lián)電池組件組件組件組件+-DC24V圖46 對(duì)于24V陣列阻塞二極管的接法阻塞二極管是用來(lái)控制光伏系統(tǒng)中電流的，任何一個(gè)獨(dú)立光伏系統(tǒng)都必須有防止從蓄電池流向陣列的反向電流的方法或有保護(hù)或失效的單元的方法。如果控制器沒(méi)有這項(xiàng)功能的話，就要用到阻塞二極管，如圖46阻塞二極管既可在每一并聯(lián)支路，又可在陣列與控制器之間的干路上，但是當(dāng)多條支路并聯(lián)接成一個(gè)大系

19、統(tǒng)，則應(yīng)在每條支路上用阻塞二極管（如圖46）以防止由于支路故障或遮蔽引起的電流由強(qiáng)電流支路流向弱電流支路的現(xiàn)象。在小系統(tǒng)中，在干路上用一個(gè)阻塞二極管就夠了，不要兩種都用，因?yàn)槊總€(gè)二極管會(huì)降壓0.40.7V，是一個(gè)12V系統(tǒng)的6%，這也是不小的一個(gè)比例。1.3.2 陣列設(shè)計(jì)光伏陣列的設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)，就是按照用戶的要求和負(fù)載的用電量及技術(shù)條件，計(jì)算太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)、并聯(lián)數(shù)。串聯(lián)數(shù)由太陽(yáng)能電地方陣的工作電壓決定，應(yīng)考慮蓄電池的浮充電壓、線路損耗以及溫度變化對(duì)太陽(yáng)能電池的影響等因素。在太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)數(shù)確定之后，即可按照氣象臺(tái)提供的太陽(yáng)能年總輻射量或年日照時(shí)數(shù)的10年平均值計(jì)算，確定太陽(yáng)能電池組

20、件的并聯(lián)數(shù)。太陽(yáng)能電池方陣的輸出功率與組件的串聯(lián)、并聯(lián)數(shù)量有關(guān)。組件的串聯(lián)是為了獲得所需要的電壓，組件的并聯(lián)是為了獲得所需要的電流。太陽(yáng)電池陣列設(shè)計(jì)的基本思想就是滿足年平均日負(fù)載的用電需求。將系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓除以太陽(yáng)電池組件的標(biāo)稱電壓，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：串聯(lián)組件數(shù)量用負(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。并聯(lián)的組件數(shù)量 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

21、影響而降低。根據(jù)上述基本公式計(jì)算出的太陽(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)上述并聯(lián)的組件數(shù)量公式進(jìn)行修正。 并聯(lián)的組件數(shù)量 衰減因子是考慮泥土，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?？梢詫⑦@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)。庫(kù)侖效率指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，用蓄電池的庫(kù)侖

22、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。一般的陣列設(shè)計(jì)步驟如下。1蓄電池容量BCBC=A*QL*NL*TO/CC (AH)；A：安全系數(shù)在1.11.4之間；QL：負(fù)載日平均耗電量，等于日工作小時(shí)乘工作電流；NL：最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)；TO：溫度修正系數(shù)，0度上為1，10上為1.1，10下為1.2；CC：放電深度。鉛酸電池0.75，堿性鎳鎘電池0.85。2電池組件串聯(lián)數(shù)Ns太陽(yáng)能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來(lái)，就可獲得所需要的工作電壓，但是，太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)。串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓

23、低于蓄電池浮充電壓，陣列就不能對(duì)蓄電池充電。如果串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時(shí)，充電電流也不會(huì)有明顯的增加。因此，只有當(dāng)太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時(shí)，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。     計(jì)算方法如下：Ns=UR/Uoc=（UfUDUc）/Uoc式中：UR為太陽(yáng)能電池方陣輸出最小電壓； Uoc為太陽(yáng)能電池組件的最佳工作電壓； Uf為蓄電池浮充電壓； UD為二極管壓降，一般取0.7V；UC為其它因數(shù)引起的壓降。3電池組件并聯(lián)數(shù)Np太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計(jì)算如下：將太陽(yáng)能電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽(yáng)能日輻射量Ht，轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù)H：

24、 H=Ht×2.77810000（h），式中2.77810000（h·m2/kJ）為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)（1000W/m2）下的平均日輻射時(shí)數(shù)的系數(shù)；太陽(yáng)能電池組件日發(fā)電量Qp： Qp=Ioc×H×Kop×Cz（Ah），式中：Ioc為太陽(yáng)能電池組件最佳工作電流；Kop為斜面修正系數(shù)；Cz為修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8；兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw，需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb為：Bcb=A×QL×NL（Ah）； 太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)Np：Np=（BcbNw×QL）/（

25、Qp×Nw）式中的表達(dá)意為：并聯(lián)的太陽(yáng)能電池組組數(shù)，在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負(fù)載使用，還需補(bǔ)足蓄電池在最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。4陣列的功率計(jì)算根據(jù)太陽(yáng)能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽(yáng)能電池方陣的功率P：P=Po×Ns×Np（W）， 式中Po為太陽(yáng)能電池組件的額定功率。5陣列設(shè)計(jì)舉例以蘭州某地面衛(wèi)星接收站為例，負(fù)載電壓為12V，功率為25W，每天工作24h，最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天為15d，兩最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天最短間隔天數(shù)為30d，太陽(yáng)能電池采用云南半導(dǎo)體器件廠生產(chǎn)的38D975×400型組件，組件標(biāo)準(zhǔn)功率為38W，工作電壓17.1

26、V，工作電流2.22A，蓄電池采用鉛酸免維護(hù)蓄電池，浮充電壓為（14±1）V。其水平面太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)參照表1，其水平面的年平均日輻射量為12110（kJ/m2），Kop值為0.885，最佳傾角為16.13°，計(jì)算太陽(yáng)能電池陣列功率及蓄電池容量。解決方法：（1）蓄電池容量Bc： Bc=A×QL×NL×To/CC=1.2×（25/12)×24×15×1/0.75 =1200Ah (2)太陽(yáng)能電池方陣率P 因?yàn)椋篘s=UR/Uoc=（UfUDUC）/Uoc=（140.7）/17.1=0.921Qp=Io

27、c×H×Kop×Cz=2.22×12110×（2.778/10000）×0.885×0.85.29AhBcb=A×QL×NL=1.2×(25/12)×24×15=900AhQL=(25/12)×24=50AhNp=（BcbNw×QL）/(Qp×Nw）=(90030×50)/(5.29×30)15（3）太陽(yáng)能電池方陣功率為：P=Po×Ns×Np=38×1×15=570W（4）計(jì)算結(jié)果該地面

28、衛(wèi)星接收站需太陽(yáng)能電池方陣功率為570W，蓄電池容量為1200Ah。1.3.3 陣列安裝太陽(yáng)電池方陣有種安裝形式：（）安裝在柱上；（）安裝在地面上；（）安裝在屋頂上。采用哪一種安裝形式取決于諸多因素，包括方陣尺寸、可利用的空間、采光條件、防止破壞和盜竊、風(fēng)負(fù)載、視覺(jué)效果及安裝難度等。除“屋頂集成”的光伏模塊外，所有太陽(yáng)電池方陣都要求使用金屬支架，支架除要有一定強(qiáng)度外，還要有利于固定和支撐。方陣的框架應(yīng)該十分堅(jiān)固，要有足夠的硬度，重量要輕。方陣支架必須能經(jīng)受大風(fēng)和冰雪堆積物的附加重，不會(huì)因?yàn)槿藶榈暮鸵恍┐髣?dòng)物破壞造成方陣坍塌。 方陣支架需要地腳支柱，目的有個(gè)：（）離地面有一定高度，便于通風(fēng)；（）

29、北方冬季堆積在太陽(yáng)電池板下面的雪可能會(huì)腐蝕電池板，地腳支柱可防止融化的雪落到電池板上。 一年之內(nèi)，至少在夏天和冬天改變次電池板傾角，以此方式固定的太陽(yáng)電池方陣有利于增加發(fā)電量。而且，手動(dòng)改變傾角的太陽(yáng)電池板對(duì)風(fēng)壓的耐受能力較好。從安裝角度講，常規(guī)光伏組件為帶鋁型材邊框組件。安裝方式可通過(guò)壓卡式固定在安裝支架上；或通過(guò)組件鋁邊框自帶固定孔直接與安裝支架進(jìn)行螺絲連接。雙玻組件或薄膜組件為無(wú)邊框組件，沒(méi)用固定孔，只可采用壓卡式安裝或背面托架的雙面膠粘接。太陽(yáng)能電池板方陣安裝角度計(jì)算1.方位角太陽(yáng)電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設(shè)定為負(fù)角度，向西偏設(shè)定為正角度）。一般情況下，方陣

30、朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為0°）時(shí)，太陽(yáng)電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南（北半球）30°度時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約1015；在偏離正南（北半球）60°時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約2030。但是，在晴朗的夏天，太陽(yáng)輻射能量的最大時(shí)刻是在中午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時(shí)，在午后時(shí)刻可獲得最大發(fā)電功率。在不同的季節(jié)，太陽(yáng)電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發(fā)電量最大的時(shí)候。方陣設(shè)置場(chǎng)所受到許多條件的制約，例如，在地面上設(shè)置時(shí)土地的方位角、在屋頂上設(shè)置時(shí)屋頂?shù)姆轿唤?，或者是為了躲避太?yáng)陰影時(shí)的方位角，以及布置規(guī)劃、發(fā)電效率、設(shè)計(jì)規(guī)劃、建設(shè)目的等許多因素都有關(guān)

31、系。如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻與發(fā)電峰值時(shí)刻一致時(shí)，請(qǐng)參考下述的公式。至于并網(wǎng)發(fā)電的場(chǎng)合，希望綜合考慮以上各方面的情況來(lái)選定方位角。 方位角（一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻（24小時(shí)制）12）×15（經(jīng)度116） 10月9日北京的太陽(yáng)電池方陣處于不同方位角時(shí)，日射量與時(shí)間推移的關(guān)系曲線。在不同的季節(jié)，各個(gè)方位的日射量峰值產(chǎn)生時(shí)刻是不一樣的。2.傾斜角傾斜角是太陽(yáng)電池方陣平面與水平地面的夾角，并希望此夾角是方陣一年中發(fā)電量為最大時(shí)的最佳傾斜角度。一年中的最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)，當(dāng)緯度較高時(shí)，相應(yīng)的傾斜角也大。但是，和方位角一樣，在設(shè)計(jì)中也要考慮到屋頂?shù)膬A斜角及積雪滑落的傾

32、斜角（斜率大于50-60）等方面的限制條件。對(duì)于積雪滑落的傾斜角，即使在積雪期發(fā)電量少而年總發(fā)電量也存在增加的情況，因此，特別是在并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中，并不一定優(yōu)先考慮積雪的滑落，此外，還要進(jìn)一步考慮其它因素。對(duì)于正南（方位角為0°度），傾斜角從水平（傾斜角為0°度）開(kāi)始逐漸向最佳的傾斜角過(guò)渡時(shí)，其日射量不斷增加直到最大值，然后再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾斜角大于50°60°以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時(shí)，發(fā)電量下降到最小。方陣從垂直放置到10°20°的傾斜放置都有實(shí)際的例子。對(duì)于方位角不為0°度的情況，斜面日射量的值普遍偏低，最大日射量的值是在與水平面接近的傾斜角度附近。以上所述為方位角、傾斜角與發(fā)電量之間的關(guān)系