太陽能光伏組件方陣的容量及串并聯(lián)連接的設(shè)計(jì)方法

1、太陽能光伏組件方陣的容量及串并聯(lián)連接的設(shè)計(jì)方法光伏組件設(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)算光伏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)）除以一塊光伏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)的光伏組件數(shù)，使用這些組件并聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所如何設(shè)計(jì)光伏組件的大小以及光伏組件方陣的排布連接，是光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)。這個(gè)步驟決定了用戶60%的成本投入是否產(chǎn)生浪費(fèi)或者是否不足。下面我們就來詳細(xì)介紹光伏組件方陣的設(shè)計(jì)原理和案例。一、基本公式光伏組件設(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)算光伏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)

2、）除以一塊光伏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)的光伏組件數(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)稱電壓除以光伏組件的標(biāo)稱電壓，就可以得到系統(tǒng)需要串聯(lián)的光伏組件數(shù)，使用這些光伏組件串聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電壓?；居?jì)算公式如下：日平均負(fù)載（AH）并聯(lián)的組件數(shù)量=組件日輸出（AH）系統(tǒng)電壓（V）串聯(lián)組件數(shù)量組件電壓（V）二、光伏組件方陣設(shè)計(jì)的修正光伏組件的輸出，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)算出的光伏組件，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。1、將光伏組件輸

3、出降低10在實(shí)際情況工作下，光伏組件的輸出會(huì)受到外在環(huán)境的影響而降低。泥土、灰、積雪的覆蓋和組件性能的慢慢衰減都會(huì)降低光伏組件的輸出。另外，逆變器的轉(zhuǎn)換效率，以及電纜等系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的損耗也會(huì)影響光伏組件實(shí)際輸出的電流。通常的做法就是在計(jì)算的時(shí)候減少光伏組件的輸出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(jì)時(shí)需要考慮的工程上的安全系數(shù)。設(shè)計(jì)上留有一定的余量將使得系統(tǒng)可以年復(fù)一年地長期正常使用。2、將負(fù)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(huì)電解水，產(chǎn)生氣體逸出，這也就是說光伏組件產(chǎn)生的電流中將有一部分不能轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存起來而是耗散掉。所以可以認(rèn)為必

4、須有一小部分電流用來補(bǔ)償損失，我們用蓄電池的庫侖效率來評(píng)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(rèn)為有510%的損失，所以保守設(shè)計(jì)中有必要將光伏組件的功率增加10以抵消蓄電池的耗散損失,將每天的負(fù)載除以蓄電池的庫侖效需要負(fù)擔(dān)的真正負(fù)載；將衰減因子三、完整的光伏組件設(shè)計(jì)考慮到上述因素，必須修正簡單的光伏組件設(shè)計(jì)公式率，這樣就增加了每天的負(fù)載，實(shí)際上給出了光伏組件乘以光伏組件的日輸出，這樣就考慮了環(huán)境因素和組件自身衰減造成的光伏組件日輸出的減少，給出了一個(gè)在實(shí)際情況下光伏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。日平均負(fù)載（AH）并聯(lián)的組件數(shù)量=庫侖效率X【組件日

5、輸出（AH）X衰減因子】系統(tǒng)電壓（V）串聯(lián)的組件數(shù)量=組件電壓（V）利用上述公式進(jìn)行光伏組件的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，還要注意以下一些問題：1、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，光伏組件的設(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)月份分別來進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出的最大光伏組件數(shù)目就為所求。例如，可能你計(jì)算出你在冬季需要的光伏組件數(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)量的光伏組件即10塊組件來滿足全年的負(fù)載的需要。2、

6、根據(jù)光伏組件電池片的串聯(lián)數(shù)量選擇合適的光伏組件光伏組件的日輸出與光伏組件中電池片的串聯(lián)數(shù)量有關(guān)。電池片在光照下的電壓會(huì)隨著溫度的升高而降低，從而導(dǎo)致光伏組件的電壓會(huì)隨著溫度的升高而降低。根據(jù)這一物理現(xiàn)象，光伏組件生產(chǎn)商根據(jù)光伏組件工作的不同氣候條件，設(shè)計(jì)了不同的組件。以下以36片串聯(lián)組件與33片串聯(lián)組件為例說明。36片光伏組件主要適用于高溫環(huán)境應(yīng)用。36片光伏組件的串聯(lián)設(shè)計(jì)使得光伏組件即使在高溫環(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）下光伏組件的Vmp為17V,大大高于充電所需的12V電壓。當(dāng)這些光伏組件在高溫下工作時(shí)，由于高溫光

7、伏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型的蓄電池充電。采用36片串聯(lián)的光伏組件最好是應(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)揮光伏組件的潛力。33片串聯(lián)的光伏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（25）下光伏組件的Vmp為16V，稍高于充電所需的12V電壓。當(dāng)這些光伏組件在40-45下工作時(shí)，由于高溫導(dǎo)致光伏組件損失電壓約為1V,這樣Vmp為15V,也足夠可以給各種類型的蓄電池充電。但如果在非常熱的氣候條件下工作，光伏組件電壓就會(huì)降低更多。如果到50或者更高，電壓會(huì)降低到14V或者以

8、下，就會(huì)發(fā)生電流輸出降低。這樣對(duì)光伏組件沒有害處，但是產(chǎn)生的電流就不夠理想，所以33片串聯(lián)的光伏組件最好用在溫和氣候條件下。3、使用峰值日照時(shí)數(shù)的方法估算光伏組件的輸出因?yàn)楣夥M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，日照條件以及光伏組件的環(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光伏組件額定輸出和氣象數(shù)據(jù)來估算實(shí)際情況下光伏組件輸出的方法：我們可以使用峰值小時(shí)數(shù)的方法估算光伏組件的日輸出。該方法是將實(shí)際的傾斜面上的太陽輻射轉(zhuǎn)換成等同的利用標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射1000W/m2照射的小時(shí)數(shù)。將該小時(shí)數(shù)乘以光伏組件的峰值輸出就可以估算出光伏組件每天輸出的安時(shí)數(shù)。光伏組件的輸出為峰

9、值小時(shí)數(shù)琳值功率。例如：如果一個(gè)月的平均輻射為m2,可以將其寫成hoursX1000W/m2而1000W/m2正好也就是用來標(biāo)定光伏組件功率的標(biāo)準(zhǔn)輻射量，那么平均輻射為kWh/m2就基本等同于光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)輻射下照射小時(shí)。這當(dāng)然不是實(shí)際情況，但是可以用來簡化計(jì)算。因?yàn)?000W/m2是生產(chǎn)商用來標(biāo)定光伏組件功率的輻射量，所以在該輻射情況下的組件輸出數(shù)值可以很容易從生產(chǎn)商處得到。為了計(jì)算光伏組件每天產(chǎn)生的安時(shí)數(shù)，可以使用峰值小時(shí)就伏組件的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m2，可以將其寫成hoursx1000W/m2。對(duì)于一個(gè)典型的75W光伏組件，Imp為，就

10、可得出每天發(fā)電的安時(shí)數(shù)為X二天。但是，使用峰值日照時(shí)數(shù)方法存在一些缺點(diǎn)，因?yàn)樵诜逯敌r(shí)方法中做了一些簡化，導(dǎo)致估算結(jié)果和實(shí)際情況有一定的偏差。首先，光伏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)光伏組件的Imp要進(jìn)行補(bǔ)償。因?yàn)樵诠ぷ鞯臅r(shí)候，蓄電池兩端的電壓通常是稍微低于Vmp，這樣光伏組件輸出電流就會(huì)稍微高于Imp，使用Imp作為光伏組件的輸出就會(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)的光伏組件輸出的影響就比對(duì)由較多的電池片串聯(lián)的光伏組件的輸出影響要大，特別是在高溫環(huán)境下。對(duì)于所有的光伏組件，在寒冷氣候的預(yù)計(jì)會(huì)更加準(zhǔn)確。其次，在峰值日照時(shí)數(shù)方法中，利用了氣象數(shù)據(jù)中測量的總的太陽輻射

11、，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?，光伏組件產(chǎn)生的電壓太小而無法供給負(fù)載使用或者給蓄電池充電，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)的光伏組件的影響比較大。再次，在利用峰值日照時(shí)數(shù)方法進(jìn)行光伏組件輸出估算時(shí)默認(rèn)了一個(gè)假設(shè)，即假設(shè)光伏組件的輸出和光照完全成線性關(guān)系，并假設(shè)所有的光伏組件都會(huì)同樣地把太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能。但實(shí)際上不是這樣的，這種使用峰值日照時(shí)數(shù)乘以電流峰值的方法有時(shí)候會(huì)過高地估算某些光伏組件的輸出。不過，總的來說，在已知本地傾斜斜面上光伏輻射數(shù)據(jù)的情況下，峰值日照時(shí)數(shù)估計(jì)方法是一種對(duì)光伏組件輸出進(jìn)行快速估算很有效的方法。下面舉例說明如何使用上述方法計(jì)算光伏供電系統(tǒng)需要的光伏組件數(shù)