獨立光伏系統(tǒng)容量計算

1、獨立光伏系統(tǒng)容量計算太陽能電池組件設(shè)計的基本原理太陽能電池組件設(shè)計的主要原則是滿足負載的每日用電需求，當設(shè)計的太陽能電池組件輸出等于全年負載需求的平均值時，太陽能電池組件將提供負載所需要的所有能量，但這意味著每年將有近一半的時間蓄電池處于虧電狀態(tài)。蓄電池長時間處于虧電狀態(tài)將使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影響，使整個系統(tǒng)的運行費用也將大幅度增加。所以在計算系統(tǒng)容量過程中要以該地方光照最惡劣季節(jié)里的負載需求來計算，也就是保證在光照最差的情況下蓄電池也能夠完全的充滿電，這樣蓄電池全年可達到全滿狀態(tài)，可

2、延長蓄電池的使用壽命減少維護費用。太陽能電池組件配置計算、基本公式 計算太陽能電池組件數(shù)量的基本方法是用負載平均每天所需要的能量（安時數(shù)）除以一塊太陽能電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量即組件日輸出（安時數(shù)），這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽能電池組件數(shù)，其中組件日輸出的計算為太陽能光伏組件最大工作點電流（安）乘以每日太陽輻照最小時數(shù)（小時），使用這些組件并聯(lián)可以產(chǎn)生系統(tǒng)負載所需要的電流。用系統(tǒng)的標稱電壓除以太陽能組件的標稱電壓，就可以得到需要串聯(lián)的太陽能組件數(shù)，使用這些太陽能電池組件串聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負載所需要的電壓。基本公式如下： 并聯(lián)的組件數(shù)量=組件日輸出（Ah）=組件最大工作點電流(A)日

3、輻射最小時數(shù)(h)= 二、修正 太陽能電池的輸出，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能電池組件，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：a. 將太陽能電池組件輸出降低10% 在實際工作情況下，太陽能電池組件的輸出會受到外在環(huán)境的影響而降低，如泥土、灰塵的覆蓋和組件性能的慢慢衰變等。通常的做法就是在計算的時候減少太陽能電池組件的輸出的10%來解決上述不可預(yù)知和不可量化的因素。b. 將負載增加10%以應(yīng)付蓄電池的庫倫效應(yīng) 在蓄電池的充放電過程中，蓄電池會電解水產(chǎn)生氣體逸出，太陽能電池組件產(chǎn)生的電流中將有5%10%的

4、部分不能轉(zhuǎn)化儲存起來而是耗散掉，我們用蓄電池的庫倫效率來評估這種電流損失。所以保守設(shè)計中有必要將太陽能電池組件的功率增加10%以抵消蓄電池的耗散損失。修正后公式如下：并聯(lián)組件數(shù)量=組件日輸出（Ah）=組件最大工作點電流(A)日輻射最小時數(shù)(h)串聯(lián)組件數(shù)量=例題1 某家庭需要使用獨立光伏系統(tǒng)提供電源，工作電壓為24V，負載有200W用電器每日工作3小時，8W高亮度LED燈每天工作6小時?，F(xiàn)選用規(guī)格為12V 75W的光伏組件，最大工作點電流為4.35A，該地區(qū)在12月的輻照時數(shù)最少，為3.6h。計算所需太陽能組件的串并聯(lián)數(shù)量？解：日負載 200W3h+8W6h=648Wh 648Wh24V=27

5、Ah 組件日輸出 4.35A3.6h=15.66Ah 庫倫效率 0.9 衰減因子 0.9 并聯(lián)組件數(shù)量 =2.128 保守設(shè)計取3 串聯(lián)組件數(shù)量 24V12V=2 所以并聯(lián)組件數(shù)量為3，串聯(lián)組件數(shù)量為2，所需太陽能電池組件數(shù)量為 總的太陽能組件數(shù)=2串3并=6塊 蓄電池容量設(shè)計基本原理 蓄電池容量設(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，為了避免連續(xù)陰雨天氣時蓄電池長期處于欠壓狀態(tài)，在蓄電池容量設(shè)計時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。 一般來說自給參數(shù)的確定

6、與兩個因素有關(guān)：一，負載對電源的要求；二，安裝地點的最大連續(xù)陰雨天數(shù)。一般情況下可以將安裝地點的最大連續(xù)陰雨天數(shù)作為系統(tǒng)設(shè)計的自給天數(shù)。對于負載對電源要求不是很嚴格的光伏系統(tǒng)，我們在設(shè)計中常取自給天數(shù)為35天；對于負載對電源要求很嚴格的光伏系統(tǒng)，我們在設(shè)計中常取自給天數(shù)為714天。所謂負載不嚴格的光伏應(yīng)用系統(tǒng)通常指用戶可以稍微調(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)指負載用電比較重要，如通信、導(dǎo)航、醫(yī)院、診所等。此外還要考慮安裝地點，如果在很偏遠的地方必須設(shè)計較大的蓄電池容量，因為維護人員到達現(xiàn)場需要花費很長時間。蓄電池容量計算、基本公式 將每天負載需要的用電量乘以根據(jù)實際情況確

7、定的自給天數(shù)就可以得到初步的蓄電池容量，再除以蓄電池的允許最大放電深度即可得到所需的蓄電池容量。最大放電深度的選擇需要參考光伏系統(tǒng)中使用的蓄電池的性能參數(shù)，通常情況下，深循環(huán)型蓄電池推薦使用80%的放電深度（DOD）；淺循環(huán)型蓄電池推薦使用50%的放電深度（DOD）?；竟饺缦拢核栊铍姵乜?cè)萘?每個蓄電池都有它的標稱電壓，為了達到負載工作的標稱電壓，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)等于負載的標稱電壓除以蓄電池的標稱電壓。當蓄電池總?cè)萘看笥趩蝹€蓄電池容量時，我們需要將單個蓄電池并聯(lián)起來組成總?cè)萘俊９饺缦拢捍?lián)蓄電池數(shù)量=并聯(lián)蓄電池數(shù)量=二、修正 對于鉛酸蓄電池，蓄電池

8、的容量不是一成不變的與兩個重要因素有關(guān)：蓄電池的放電率和環(huán)境溫度。a. 放電率對蓄電池容量的影響。蓄電池的容量隨放電率的降低（即蓄電池放電時間變長）而相應(yīng)增加。在蓄電池匹配計算中我們常用到平均放電率這一參數(shù)。公式如下：平均放電率（小時）=對于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。公式如下： 加權(quán)平均負載工作時間=根據(jù)上面兩式就可以算出光伏系統(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。 b. 溫度對蓄電池容量的影響。（1）蓄電池的容量隨溫度的下降而下降。通常，鉛酸蓄電池容量是在25時標定的，隨著溫度

9、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。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)。如圖一是一個典型的溫度-放電率-容量變化曲線。（2）蓄電池的最大放電深度受低溫的影響。在寒冷氣候條件下，如果蓄電池放電過多，電解液凝結(jié)點上升，電解液就可能凝結(jié)，以致?lián)p壞蓄電池。如圖二給出了一般鉛酸蓄電池的最大放電深度與蓄電池溫度的關(guān)系。修正后公式如下：蓄電池容量= 圖一 圖二例題二 建立一套光伏供電系統(tǒng)給一個地處偏遠的通訊站供電，系統(tǒng)的工作電壓為24V，負載有三個

10、：負載一，工作電流為2A，每天工作8h；負載二，工作電流為5A,每天工作10h；負載三，工作電流為10A，每天工作2h。該地區(qū)24小時平均最低溫度為-20，日光照輻射最小時數(shù)為4h，系統(tǒng)的自給時間為7天，選取規(guī)格為12V 75W的太陽能光伏組件，最大工作點電流為4.35A；選取規(guī)格為12V 100Ah的蓄電池。計算所需要太陽能光伏組件數(shù)和蓄電池個數(shù)？ 解： 因為系統(tǒng)所在地區(qū)24小時平均最低溫度為-20，所以必須修正蓄電池的最大放電深度，如圖二可知最大放電深度為50%，所以加權(quán)平均負載工作時間=5.06h平均放電率=70.8（小時率） 根據(jù)圖一與平均放電率計算數(shù)值最為接近的放電率為50小時率，在

11、-20時在該放電率下對應(yīng)的溫度修正因子為0.7（也可以根據(jù)供應(yīng)商提供的性能表進行查詢）。如果計算出的放電在兩個數(shù)據(jù)之間選擇數(shù)值較小的放電率（短時間）比較保守可靠。因此蓄電池容量為：蓄電池總?cè)萘?1720Ah由于所選蓄電池規(guī)格為12V 100 Ah所以蓄電池并聯(lián)數(shù)量=1720 Ah100 Ah=17.2 取18蓄電池串聯(lián)數(shù)量=24V12V=2所以蓄電池總數(shù)量為 蓄電池總數(shù)量=2串18并=36塊日負載=2A8h+5A10h+10A2h=86 Ah組件日輸出 = 4.35A4h=17.4Ah 庫倫效率 = 0.9 衰減因子 = 0.9 并聯(lián)組件數(shù)量=6.10 取7 串聯(lián)組件數(shù)量=24V12V=2所以

12、太陽能光伏組件總數(shù)量為 組件總數(shù)量=2串7并=14塊附表一地區(qū)峰值光照時數(shù)（小時）緯度/（）最佳傾角()哈爾濱4.399796445.68+3長春4.757880643.90+1沈陽4.601201441.77+1北京5.01012339.80+4天津4.645371639.10+5呼和浩特5.57683540.78+3太原4.832053237.78+5烏魯木齊4.609813243.78+12西寧5.449602636.75+1蘭州4.400907636.05+8銀川5.44904738.48+2西安3.598065634.30+14上海3.803359831.17+3南京3.946704632.00+5合肥3.694462231.85+9杭州3.436941630.23+3南昌3.809749228.67+2福州3.458887826.08+4濟南4.