太陽能電池組件及方陣的設(shè)計方法案例圖文說明

太陽能電池組件及方陣的設(shè)計方法案例圖文說明上面已經(jīng)說過，太陽能電池組件的設(shè)計就是滿足負載年平均每日用電量的需求。所以，設(shè)計和計算太陽能電池組件大小的基本方法就是用負載平均每天所需要的用電量（單位：安時或瓦時）為基本數(shù)據(jù)，以當?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)因素數(shù)據(jù)或系數(shù)綜合計算而得出的。在設(shè)計和計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)直接計算出太陽能電池組件或方陣的功率，根據(jù)計算結(jié)果選配或定制相應功率的電池組件，進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。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、峰值工作電流和日發(fā)電量等數(shù)據(jù)，結(jié)合上述數(shù)據(jù)進行設(shè)計計算，在計算中確定電池組件的串、并聯(lián)數(shù)及總功率。這種方法適用于中大型光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計。下面就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)計計算公式和方法，其他計算公式和方法將在下一節(jié)中分別介紹。1．基本計算方注計算太陽能電池組件的基本方法是用負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)。這些組件的并聯(lián)輸出電流就是系統(tǒng)負載所需要的電流。具體公式為：負載用電10A,負載工作8小時。（220V）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)。假設(shè)告知負載日耗電（KWh），如何計算負載日平均用電量（Ah）。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)負載所需要的工作電壓或蓄電池組的充電電壓。具體公式為：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17～17.5V；為工作電壓24V的系統(tǒng)供電或充電的峰值電壓為34～34.5V等。因此為方便計算用系統(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，則：（塊）有了電池組件的并聯(lián)數(shù)和串聯(lián)數(shù)后，就可以很方便地計算出這個電池組件或方陣的總功率了，計算公式是： 例如，我們設(shè)計一個離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，用電負載需求如下表所示。提供電池組件240W,最大工作電流8A，最大工作電壓30V，系統(tǒng)工作電壓為交流220V，假設(shè)系統(tǒng)中不存在升壓電路。請設(shè)計電池組件容量。2．相關(guān)因素的考慮上面的計算公式完全是理想狀態(tài)下的書面計算。如果根據(jù)上述計算公式計算出的電池組件容量，在實際應用當中是不能滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)的用電需求的。為了得到更準確的數(shù)據(jù)，就要把一些相關(guān)因素和數(shù)據(jù)考慮進來并納入到計算中。與太陽能電池組件發(fā)電量相關(guān)的主要因素有兩點。(1)太陽能電池組件的功率衰降。在光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際應用中，太陽能電池組件的輸出功率（發(fā)電量）會因為各種內(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，設(shè)計時要將造成電池組件功率衰降的各種因素按10%的損耗計算，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l0%計算。這些實際上都是光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮的安全系數(shù)，設(shè)計時為電池組件留有合理余量。(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為發(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．實用的計算公式上面的公式只是一個理論的計算，在考慮到各種因素影響后，將相關(guān)系數(shù)納入到上述公式中，才是一個設(shè)計和計算太陽能電池組件的完整公式。將負載日平均用電量除以蓄電池的充電效率，就增加了每天的負載用電量，實際上給出了電池組件需要負擔的真正負載；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，有了一個符合實際應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，得出計算公式如下： 在進行太陽能電池組件的設(shè)計與計算時，還要考慮季節(jié)變化對系統(tǒng)發(fā)電量的影響。因為在設(shè)計和計算得出組件容量時，一般都是以當?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)，參照這些數(shù)據(jù)計算出的結(jié)果，在春、夏、秋季一般都沒有問題，冬季可能就會有點欠缺。因此在有條件時或設(shè)計比較重要的光伏發(fā)電系統(tǒng)時，最好以當?shù)厝昝總€月的太陽能輻射資源參數(shù)分別計算各個月的發(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)全年的正常運行，就只好按照冬季的數(shù)量確定系統(tǒng)的容量。計算舉例：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)采用直流負載，負載工作電壓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125W、峰值工作電壓34.2V、峰值工作電流3.65A，計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。根據(jù)上述條件，并確定組件損耗系數(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)。=15根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，采用就高不就低的原則，確定電池組件并聯(lián)