太陽能光伏電源系統(tǒng)的設計基礎

1、 本文由zfmfns0646貢獻 本文由gmfyk126貢獻 doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 太陽能光伏電源系統(tǒng)的設計基礎 時間:2009-03-14 23:23 來源: 作者: 點擊:181 次 核心提示: 太陽能光伏電源系統(tǒng)的設計分為軟件設計和硬件設計，且軟件設計先于硬件設 計。軟件設計包括：負載用電量的計算，太陽能電池方陣面輻射量的計算，太陽能電池、蓄 電池用量的計算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設計， 太陽能電池方陣安裝傾角的計算， 系統(tǒng)運 行情況的預 太陽能光伏電源系統(tǒng)的設計分為軟件設計和硬件設計， 且軟件設計先于硬件設計。 軟件設計

2、包括：負載用電量的計算，太陽能電池方陣面輻射量的計算，太陽能電池、蓄電池用量的計 算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設計， 太陽能電池方陣安裝傾角的計算， 系統(tǒng)運行情況的預測 和系統(tǒng)經(jīng)濟效益的分析等。硬件設計包括：負載的選型及必要的設計，太陽能電池和蓄電池 的選型， 太陽能電池支架的設計， 逆變器的選型和設計， 以及控制、 測量系統(tǒng)的選型和設計。 對于大型太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，還要有方陣場的設計、防雷接地的設計、配電系統(tǒng)的設計以 及輔助或備用電源的選型和設計。 軟件設計由于牽涉到復雜的輻射量、 安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu) 化的設計計算， 一般是由計算機來完成； 在要求不太嚴格的情況下， 也可以采取估算的辦法。

3、太陽能輻射原理： 太陽電池發(fā)電的全部能量來自于太陽，也就是說，太陽電池方陣面上所獲得的輻射量 決定了它的發(fā)電量。太陽電池方陣面上所獲得輻射量的多少與很多因素有關(guān)：當?shù)氐木暥龋?海拔，大氣的污染程度或透明程度，一年當中四季的變化，一天當中時間的變化，到達地面 的太陽輻射直、散分量的比例，地表面的反射系數(shù)，太陽電池方陣的運行方式或固定方陣的 傾角變化以及太陽電池方陣表面的清潔程度等。 要想較為準確地推算出太陽電池方陣面上所 獲得的輻射量，必須對太陽輻射的基本概念有所了解。 太陽輻射的基本定律 太陽輻射的直散分離原理、布格朗伯定律和余弦定律是我們所要了解的三條最基本的定 律。 直散分離原理： 大地表

4、面 （即水平面） 和方陣面 （即傾斜面） 上所接收到的輻射量均符合直散分離原理， 只不過大地表面所接收到的輻射量沒有地面反射分量， 而太陽電池方陣面上所接收到的輻射 量包括地面反射分量： Qp = Sp+Dp Qp: 水平面總輻射 QT = ST+DT+RT Sp: 水平面直接輻射 Dp: 水平面散射輻射 QT : 傾斜面總輻射 ST: 傾斜面直接輻射 DT: 傾斜面地面反射 布格-朗伯定律: SD= S0Fm S0 ：太陽常數(shù) 1350W/m2 SD ：直接輻射強度 F: 大氣透明度 m: 大氣質(zhì)量 m=1/Sina P/P0 a: 太陽高度角 Po: 標準大氣壓 Sina = SinfSi

5、nd+Cos fCos dCosw d: 太陽赤緯角 d=23.5Sin(360*(284+N)/365) f： 當?shù)鼐暥?（0 90° ） w： 時角（地球自轉(zhuǎn)一周 360 度，24 小時） 15 度/小時 或 4 分鐘/度 余弦定律: Sp = SD Sina ST = SDCOSq DT = Dp(1+CosZ)/2 RT = Qp(1-CosZ)/2 QT = ST+DT+RT 太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的設計(以某高山氣象站為例)： 當?shù)貧庀蟮乩項l件：由當?shù)貧庀蟛块T提供前 10 年的平均數(shù)據(jù)。 緯度: 北緯 30-45 度 經(jīng)度: 東經(jīng) 90-120 度 海拔: 1000-4000

6、米 最長陰雨天: 3 天 水平面全年總輻射量為:165 千卡/厘米。 太陽電池方陣面上的總輻射為 180 千卡/厘米 2。 負載情況 電源系統(tǒng)容量設計步驟: 太陽電池組件的選型： 太陽電池選用秦皇島華美光伏電源系統(tǒng)有限公司的組件 型號為：33D1312X310 開路電壓：21V 短路電流：2.4A 峰值電壓：17V 峰值電流：2.235A 峰值功率：38 Wp 計算等效的峰值日照時數(shù)： 全年峰值日照時數(shù)為: 180000×0.0116=2088 小時 0.0116 為將輻射量(卡/cm)換算成峰值日照時數(shù)的換算系數(shù): 峰值日照定義: 100 毫瓦/cm=0.1 瓦/cm 1 卡=4.

7、18 焦耳=4.18 瓦秒 1 小時=3600 秒 則: 1 卡/cm=4.18 瓦秒/卡/(3600 秒/小時×0.1 瓦/cm)=0.0116 小時 cm/卡 于是: 180000 卡/cm年×0.0116 小時 cm/卡=2088 小時/年 平均每日峰值日照時數(shù)為：2088÷3655.72 小時/日 根據(jù)系統(tǒng)工作電壓等級確定太陽電池組件的串聯(lián)數(shù)： 系統(tǒng)工作電壓一般選擇原則：戶用系統(tǒng)為 12VDC 或 24VDC；通信系統(tǒng)為 48VDC； 電力系統(tǒng)為 110VDC；大型電站為 220VDC或更高。 每塊標準組件峰值電壓為 17V，設計為對 12V 蓄電池充電，

8、4 塊組件串聯(lián)對 48V 蓄電池充 電，因此，所需太陽電池的串聯(lián)數(shù)為 4 塊。 計算每日負載耗電量為：4300Wh÷48V89.6Ah 計算所需太陽電池的總充電電流為： 89.6Ah×1.02/(5.72h×0.9×0.8)22.19A 其中： 0.9: 蓄電池的充電效率 0.8: 逆變器效率 1.02: 20 年內(nèi)太陽電池衰降，方陣組合損失，塵埃遮擋等綜合系數(shù)。 計算所需太陽電池的并聯(lián)數(shù)為： 22.19A÷2.235A/塊10 塊 計算所需太陽電池的總功率為： （10×4）塊×38 峰瓦/塊1520 峰瓦 計算所需蓄電池容

9、量： 蓄電池選用江蘇雙登全密封閥控式工業(yè)用鉛酸蓄電池 89.6Ah/天×3 天(連續(xù)陰雨天數(shù))÷0.68400Ah 0.68:蓄電池放電深度。 選用 GFM-40 計算斜面上的太陽輻射并選擇最佳傾角 在光伏供電系統(tǒng)的設計中，光伏組件方陣的放置形式和放置角度對光伏系統(tǒng)接收到的 在光伏供電系統(tǒng)的設計中， 太陽輻射有很大的影響，從而影響到光伏供電系統(tǒng)的發(fā)電能力。 太陽輻射有很大的影響，從而影響到光伏供電系統(tǒng)的發(fā)電能力。光伏組件方陣的放置形式 有固定安裝式和自動跟蹤式兩種形式， 有固定安裝式和自動跟蹤式兩種形式，其中自動跟蹤裝置包括單軸跟蹤裝置和雙軸跟蹤裝 置。 與光伏組件方陣放置

10、相關(guān)的有下列兩個角度參量：太陽電池組件傾角； 與光伏組件方陣放置相關(guān)的有下列兩個角度參量：太陽電池組件傾角；太陽電池組件 方位角。 方位角。 太陽電池組件的傾角是太陽電池組件平面與水平地面的夾角。 太陽電池組件的傾角是太陽電池組件平面與水平地面的夾角。光伏組件方陣的方位角 是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設定為負角度，向西偏設定為正角度） 。一般在 是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設定為負角度，向西偏設定為正角度） 一般在 。 北半球，太陽電池組件朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為 ） 北半球，太陽電池組件朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為 0°）時，太陽電池組件的

11、發(fā)電量是最大的。 發(fā)電量是最大的。 對于固定式光伏系統(tǒng)，一旦安裝完成，太陽電池組件傾角和太陽電池組件方位角就無 對于固定式光伏系統(tǒng)， 一旦安裝完成， 法改變。而安裝了跟蹤裝置的太陽能光伏供電系統(tǒng)， 法改變。而安裝了跟蹤裝置的太陽能光伏供電系統(tǒng)，光伏組件方陣可以隨著太陽的運行而 跟蹤移動，使太陽電池組件一直朝向太陽，增加了光伏組件方陣接受的太陽輻射量。 跟蹤移動，使太陽電池組件一直朝向太陽，增加了光伏組件方陣接受的太陽輻射量。但是 目前太陽能光伏供電系統(tǒng)中使用跟蹤裝置的相對較少，因為跟蹤裝置比較復雜， 目前太陽能光伏供電系統(tǒng)中使用跟蹤裝置的相對較少，因為跟蹤裝置比較復雜，初始成本 和維護成本較高

12、， 和維護成本較高，安裝跟蹤裝置獲得額外的太陽能輻射產(chǎn)生的效益無法抵消安裝該系統(tǒng)所 需要的成本。所以下面主要講述采用固定安裝的光伏系統(tǒng)。 需要的成本。所以下面主要講述采用固定安裝的光伏系統(tǒng)。 固定安裝的光伏系統(tǒng)涉及到兩個重要的方面， 固定安裝的光伏系統(tǒng)涉及到兩個重要的方面，即如何選擇最佳傾角以及如何計算斜面 伏系統(tǒng)涉及到兩個重要的方面 上的太陽輻射。 上的太陽輻射。 地面應用的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏組件方陣平面要朝向赤道， 地面應用的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏組件方陣平面要朝向赤道，相對地平面有一定傾 角。傾角不同，各個月份方陣面接收到的太陽輻射量差別很大。因此，確定方陣的最佳傾 傾角不同，各個月

13、份方陣面接收到的太陽輻射量差別很大。因此， 角是光伏發(fā)電系統(tǒng)設計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 角是光伏發(fā)電系統(tǒng)設計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。目前有的觀點認為方陣傾角等于當?shù)鼐暥?為最佳。這樣做的結(jié)果，夏天太陽電池組件發(fā)電量往往過盈而造成浪費， 為最佳。這樣做的結(jié)果，夏天太陽電池組件發(fā)電量往往過盈而造成浪費，冬天時發(fā)電量又 往往不足而使蓄電池處于欠充電狀態(tài)，所以這不一定是最好的選擇。 往往不足而使蓄電池處于欠充電狀態(tài)，所以這不一定是最好的選擇。也有的觀點認為所取 方陣傾角應使全年輻射量最弱的月份能得到最大的太陽輻射量為好， 方陣傾角應使全年輻射量最弱的月份能得到最大的太陽輻射量為好，推薦方陣傾角在當?shù)?輻

14、射量為好 國外有的設計手冊也提出， 緯度的基礎上再增加 15 度到 20 度。國外有的設計手冊也提出，設計月份應以輻射量最小 在北半球)或 在南半球)作為依據(jù) 的 12 月(在北半球 或 6 月(在南半球 作為依據(jù)。其實，這種觀點也不一定妥當，這樣往往會 在北半球 在南半球 作為依據(jù)。其實，這種觀點也不一定妥當， 使夏季獲得的輻射量過少，從而導致方陣全年得到的太陽輻射量偏小。同時， 使夏季獲得的輻射量過少，從而導致方陣全年得到的太陽輻射量偏小。同時，最佳傾角的 概念，在不同的應用中是不一樣的，在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中 由于受到蓄電池荷電狀態(tài)等因 概念，在不同的應用中是不一樣的，在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中

15、,由于受到蓄電池荷電狀態(tài)等因 素的限制，要綜合考慮光伏組件方陣平面上太陽輻射量的連續(xù)性、均勻性和極大性， 素的限制，要綜合考慮光伏組件方陣平面上太陽輻射量的連續(xù)性、均勻性和極大性，而對 于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)等通?？偸且笤谌曛械玫阶畲蟮奶栞椛淞?。 于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)等通?？偸且笤谌曛械玫阶畲蟮奶栞椛淞?。下面將介紹對于獨 立光伏系統(tǒng)，如何選擇最佳傾角。 光伏系統(tǒng)，如何選擇最佳傾角。 在討論最佳傾角的選擇方法之前， 在討論最佳傾角的選擇方法之前，先介紹利用水平面上太陽輻射計算斜面上太陽輻射 的方法。因為我們需要使用的太陽輻射數(shù)據(jù)是傾斜面上的太陽輻射數(shù)據(jù)， 的方法。因為我們需要使用的太陽輻射

16、數(shù)據(jù)是傾斜面上的太陽輻射數(shù)據(jù)，而通常我們能夠 得到的原始氣象數(shù)據(jù)是水平面上的太陽輻射數(shù)據(jù)。當太陽電池組件傾斜放置時， 得到的原始氣象數(shù)據(jù)是水平面上的太陽輻射數(shù)據(jù)。當太陽電池組件傾斜放置時，原始氣象 數(shù)據(jù)就不能代表斜面上的實際輻射， 數(shù)據(jù)就不能代表斜面上的實際輻射，所以必須要測量斜面上的輻射數(shù)據(jù)或者采用數(shù)學方法 對原始的水平面上的氣象數(shù)據(jù)進行修正以得到斜面上所需的輻射數(shù)據(jù)。 對原始的水平面上的氣象數(shù)據(jù)進行修正以得到斜面上所需的輻射數(shù)據(jù)。 1將水平面上的太陽輻射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成斜面上太陽輻射數(shù)據(jù) 確定朝向赤道傾斜面上的太陽輻射量， 通常采用 Klein 提出的計算方法： 提出的計算方法 傾斜面上的太 的

17、計算方法： 確定朝向赤道傾斜面上的太陽輻射量， 陽輻射總量 Ht 由直接太陽輻射量 Hbt、天空散射輻射量 Hdt 和地面反射輻射量 Hrt 三部分所 組成： 組成： Ht HbtHdtHrt （4.12） ） 對于確定的地點，知道全年各月水平面上的平均太陽輻射資料 總輻射量 總輻射量、 對于確定的地點，知道全年各月水平面上的平均太陽輻射資料(總輻射量、直接輻射量 或散射輻射量)后 便可以算出不同傾角的斜面上全年各月的平均太陽輻射量。 或散射輻射量 后，便可以算出不同傾角的斜面上全年各月的平均太陽輻射量。下面介紹相 關(guān)公式和計算模型。 關(guān)公式和計算模型。計算直接太陽輻射量 Hbt 引入?yún)?shù) R

18、b，Rb 為傾斜面上直接輻射量 Hbt 與水平面上 Hb 直接輻射量之比， 直接輻射量之比， Rb (4.13) 的表達式如下： 上述公式中傾斜面與水平面上直接輻射量之比 Rb 的表達式如下： (4.14) 上式中， 為太陽電池組件傾角， 為太陽赤緯， 為水平面上日落時角， 上式中，s 為太陽電池組件傾角， 為太陽赤緯，hs 為水平面上日落時角，h s為傾斜 為傾斜 面上日落時角， 是光伏供電系統(tǒng)的當?shù)鼐暥取?的計算可參見公式（ ） 面上日落時角，L 是光伏供電系統(tǒng)的當?shù)鼐暥?。太陽赤?的計算可參見公式（1.1） 。 的表達式如下： 水平面上日落時角 hs 的表達式如下： （4.15） ） 的

19、表達式如下： 的表達式如下 傾斜面上日落時角 h s的表達式如下： （4.16） ） 模型。 對于天空散射采用 Hay 模型。Hay 模型認為傾斜面上天空散射輻射量是由太陽光盤的 輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射輻射量兩部分組成，可表達為： 輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射輻射量兩部分組成，可表達為： HdtHd Rb0.5(1 )(1cos(s) （4.17） ） 式中 Hb 和 Hd 分別為水平面上直接和散射輻射量。 o 為大氣層外水平面上太陽輻射量， 分別為水平面上直接和散射輻射量。 為大氣層外水平面上太陽輻射量， H 其計算公式如下： 其計算公式如下： （4.18） ） 為太陽常數(shù)

20、， 米2 式中 Isc 為太陽常數(shù)，可以取 Isc1367 瓦/米 。 其公式如下： 對于地面反射輻射量 Hrt，其公式如下： Hrt0.5H(1cos(s) （4.19） ） 為水平面上總輻射量， 為地物表面反射率。一般情況下， 上式中 H 為水平面上總輻射量， 為地物表面反射率。一般情況下，地面反射輻射量 很小， 的百分之幾。 很小，只占 Ht 的百分之幾。 這樣，求傾斜面上太陽輻射量的公式可改為： 這樣，求傾斜面上太陽輻射量的公式可改為： HtHbRbHd Rb0.5(1 )(1cos(s) 0.5H(1cos(s)（4.20） （ ） 根據(jù)上面的計算公式就可以將水平面上的太陽輻射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

21、化成斜面上太陽輻射數(shù)據(jù)， 根據(jù)上面的計算公式就可以將水平面上的太陽輻射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成斜面上太陽輻射數(shù)據(jù)， 基本的計算步驟如下： 基本的計算步驟如下： (1). (2). (3). 確定所需的傾角 s 和系統(tǒng)所在地的緯度 L。 。 找到按月平均的水平面上的太陽能輻射資料 H。 。 確定每個月中有代表性的一天的水平面上日落時間角 hs 和傾斜面上的日落時 間角 h s，這兩個幾何參量只和緯度和日期有關(guān)。 ，這兩個幾何參量只和緯度和日期有關(guān)。 (4). 確定地球外的水平面上的太陽輻射， 確定地球外的水平面上的太陽輻射，也就是大氣層外的太陽輻射 Ho，該參量取 決于地球繞太陽運行的軌道。 決于地球繞太陽運

22、行的軌道。 (5). (6). (7). (8). (9). 計算傾斜面與水平面上直接輻射量之比 Rb。 計算直接太陽輻射量 Hbt。 計算天空散射輻射量 Hdt。 確定地物表面反射率 ，計算地面反射輻射量 Hrt。 ， 將直接太陽輻射量 Hbt、天空散射輻射量 Hdt 和地面反射輻射量 Hrt 相加得到太 陽輻射總量 Ht。 2 。 1 1本文由zfmfns0646貢獻 本文由gmfyk126貢獻 doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 太陽能光伏電源系統(tǒng)的設計基礎 時間:2009-03-14 23:23 來源: 作者: 點擊:181 次 核心提

23、示: 太陽能光伏電源系統(tǒng)的設計分為軟件設計和硬件設計，且軟件設計先于硬件設 計。軟件設計包括：負載用電量的計算，太陽能電池方陣面輻射量的計算，太陽能電池、蓄 電池用量的計算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設計， 太陽能電池方陣安裝傾角的計算， 系統(tǒng)運 行情況的預 太陽能光伏電源系統(tǒng)的設計分為軟件設計和硬件設計， 且軟件設計先于硬件設計。 軟件設計 包括：負載用電量的計算，太陽能電池方陣面輻射量的計算，太陽能電池、蓄電池用量的計 算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設計， 太陽能電池方陣安裝傾角的計算， 系統(tǒng)運行情況的預測 和系統(tǒng)經(jīng)濟效益的分析等。硬件設計包括：負載的選型及必要的設計，太陽能電池和蓄電池 的選型，

24、 太陽能電池支架的設計， 逆變器的選型和設計， 以及控制、 測量系統(tǒng)的選型和設計。 對于大型太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，還要有方陣場的設計、防雷接地的設計、配電系統(tǒng)的設計以 及輔助或備用電源的選型和設計。 軟件設計由于牽涉到復雜的輻射量、 安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu) 化的設計計算， 一般是由計算機來完成； 在要求不太嚴格的情況下， 也可以采取估算的辦法。 太陽能輻射原理： 太陽電池發(fā)電的全部能量來自于太陽，也就是說，太陽電池方陣面上所獲得的輻射量 決定了它的發(fā)電量。太陽電池方陣面上所獲得輻射量的多少與很多因素有關(guān)：當?shù)氐木暥龋?海拔，大氣的污染程度或透明程度，一年當中四季的變化，一天當中時間的變化，到達地面

25、的太陽輻射直、散分量的比例，地表面的反射系數(shù)，太陽電池方陣的運行方式或固定方陣的 傾角變化以及太陽電池方陣表面的清潔程度等。 要想較為準確地推算出太陽電池方陣面上所 獲得的輻射量，必須對太陽輻射的基本概念有所了解。 太陽輻射的基本定律 太陽輻射的直散分離原理、布格朗伯定律和余弦定律是我們所要了解的三條最基本的定 律。 直散分離原理： 大地表面 （即水平面） 和方陣面 （即傾斜面） 上所接收到的輻射量均符合直散分離原理， 只不過大地表面所接收到的輻射量沒有地面反射分量， 而太陽電池方陣面上所接收到的輻射 量包括地面反射分量： Qp = Sp+Dp Qp: 水平面總輻射 QT = ST+DT+RT

26、 Sp: 水平面直接輻射 Dp: 水平面散射輻射 QT : 傾斜面總輻射 ST: 傾斜面直接輻射 DT: 傾斜面地面反射 布格-朗伯定律: SD= S0Fm S0 ：太陽常數(shù) 1350W/m2 SD ：直接輻射強度 F: 大氣透明度 m: 大氣質(zhì)量 m=1/Sina P/P0 a: 太陽高度角 Po: 標準大氣壓 Sina = SinfSind+Cos fCos dCosw d: 太陽赤緯角 d=23.5Sin(360*(284+N)/365) f： 當?shù)鼐暥?（0 90° ） w： 時角（地球自轉(zhuǎn)一周 360 度，24 小時） 15 度/小時 或 4 分鐘/度 余弦定律: Sp =

27、 SD Sina ST = SDCOSq DT = Dp(1+CosZ)/2 RT = Qp(1-CosZ)/2 QT = ST+DT+RT 太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的設計(以某高山氣象站為例)： 當?shù)貧庀蟮乩項l件：由當?shù)貧庀蟛块T提供前 10 年的平均數(shù)據(jù)。 緯度: 北緯 30-45 度 經(jīng)度: 東經(jīng) 90-120 度 海拔: 1000-4000 米 最長陰雨天: 3 天 水平面全年總輻射量為:165 千卡/厘米。 太陽電池方陣面上的總輻射為 180 千卡/厘米 2。 負載情況 電源系統(tǒng)容量設計步驟: 太陽電池組件的選型： 太陽電池選用秦皇島華美光伏電源系統(tǒng)有限公司的組件 型號為：33D1312X31

28、0 開路電壓：21V 短路電流：2.4A 峰值電壓：17V 峰值電流：2.235A 峰值功率：38 Wp 計算等效的峰值日照時數(shù)： 全年峰值日照時數(shù)為: 180000×0.0116=2088 小時 0.0116 為將輻射量(卡/cm)換算成峰值日照時數(shù)的換算系數(shù): 峰值日照定義: 100 毫瓦/cm=0.1 瓦/cm 1 卡=4.18 焦耳=4.18 瓦秒 1 小時=3600 秒 則: 1 卡/cm=4.18 瓦秒/卡/(3600 秒/小時×0.1 瓦/cm)=0.0116 小時 cm/卡 于是: 180000 卡/cm年×0.0116 小時 cm/卡=2088

29、小時/年 平均每日峰值日照時數(shù)為：2088÷3655.72 小時/日 根據(jù)系統(tǒng)工作電壓等級確定太陽電池組件的串聯(lián)數(shù)： 系統(tǒng)工作電壓一般選擇原則：戶用系統(tǒng)為 12VDC 或 24VDC；通信系統(tǒng)為 48VDC； 電力系統(tǒng)為 110VDC；大型電站為 220VDC或更高。 每塊標準組件峰值電壓為 17V，設計為對 12V 蓄電池充電，4 塊組件串聯(lián)對 48V 蓄電池充 電，因此，所需太陽電池的串聯(lián)數(shù)為 4 塊。 計算每日負載耗電量為：4300Wh÷48V89.6Ah 計算所需太陽電池的總充電電流為： 89.6Ah×1.02/(5.72h×0.9×0

30、.8)22.19A 其中： 0.9: 蓄電池的充電效率 0.8: 逆變器效率 1.02: 20 年內(nèi)太陽電池衰降，方陣組合損失，塵埃遮擋等綜合系數(shù)。 計算所需太陽電池的并聯(lián)數(shù)為： 22.19A÷2.235A/塊10 塊 計算所需太陽電池的總功率為： （10×4）塊×38 峰瓦/塊1520 峰瓦 計算所需蓄電池容量： 蓄電池選用江蘇雙登全密封閥控式工業(yè)用鉛酸蓄電池 89.6Ah/天×3 天(連續(xù)陰雨天數(shù))÷ 計算斜面上的太陽輻射并選擇最佳傾角 在光伏供電系統(tǒng)的設計中，光伏組件方陣的放置形式和放置角度對光伏系統(tǒng)接收到的 在光伏供電系統(tǒng)的設計中， 太

31、陽輻射有很大的影響，從而影響到光伏供電系統(tǒng)的發(fā)電能力。 太陽輻射有很大的影響，從而影響到光伏供電系統(tǒng)的發(fā)電能力。光伏組件方陣的放置形式 有固定安裝式和自動跟蹤式兩種形式， 有固定安裝式和自動跟蹤式兩種形式，其中自動跟蹤裝置包括單軸跟蹤裝置和雙軸跟蹤裝 置。 與光伏組件方陣放置相關(guān)的有下列兩個角度參量：太陽電池組件傾角； 與光伏組件方陣放置相關(guān)的有下列兩個角度參量：太陽電池組件傾角；太陽電池組件 方位角。 方位角。 太陽電池組件的傾角是太陽電池組件平面與水平地面的夾角。 太陽電池組件的傾角是太陽電池組件平面與水平地面的夾角。光伏組件方陣的方位角 是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設定為負角度

32、，向西偏設定為正角度） 。一般在 是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設定為負角度，向西偏設定為正角度） 一般在 。 北半球，太陽電池組件朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為 ） 北半球，太陽電池組件朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為 0°）時，太陽電池組件的 發(fā)電量是最大的。 發(fā)電量是最大的。 對于固定式光伏系統(tǒng)，一旦安裝完成，太陽電池組件傾角和太陽電池組件方位角就無 對于固定式光伏系統(tǒng)， 一旦安裝完成， 法改變。而安裝了跟蹤裝置的太陽能光伏供電系統(tǒng)， 法改變。而安裝了跟蹤裝置的太陽能光伏供電系統(tǒng)，光伏組件方陣可以隨著太陽的運行而 跟蹤移動，使太陽電池組件一直朝向太陽，增加了光

33、伏組件方陣接受的太陽輻射量。 跟蹤移動，使太陽電池組件一直朝向太陽，增加了光伏組件方陣接受的太陽輻射量。但是 目前太陽能光伏供電系統(tǒng)中使用跟蹤裝置的相對較少，因為跟蹤裝置比較復雜， 目前太陽能光伏供電系統(tǒng)中使用跟蹤裝置的相對較少，因為跟蹤裝置比較復雜，初始成本 和維護成本較高， 和維護成本較高，安裝跟蹤裝置獲得額外的太陽能輻射產(chǎn)生的效益無法抵消安裝該系統(tǒng)所 需要的成本。所以下面主要講述采用固定安裝的光伏系統(tǒng)。 需要的成本。所以下面主要講述采用固定安裝的光伏系統(tǒng)。 固定安裝的光伏系統(tǒng)涉及到兩個重要的方面， 固定安裝的光伏系統(tǒng)涉及到兩個重要的方面，即如何選擇最佳傾角以及如何計算斜面 伏系統(tǒng)涉及到兩

34、個重要的方面 上的太陽輻射。 上的太陽輻射。 地面應用的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏組件方陣平面要朝向赤道， 地面應用的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏組件方陣平面要朝向赤道，相對地平面有一定傾 角。傾角不同，各個月份方陣面接收到的太陽輻射量差別很大。因此，確定方陣的最佳傾 傾角不同，各個月份方陣面接收到的太陽輻射量差別很大。因此， 角是光伏發(fā)電系統(tǒng)設計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 角是光伏發(fā)電系統(tǒng)設計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。目前有的觀點認為方陣傾角等于當?shù)鼐暥?為最佳。這樣做的結(jié)果，夏天太陽電池組件發(fā)電量往往過盈而造成浪費， 為最佳。這樣做的結(jié)果，夏天太陽電池組件發(fā)電量往往過盈而造成浪費，冬天時發(fā)電量又 往往不足而

35、使蓄電池處于欠充電狀態(tài)，所以這不一定是最好的選擇。 往往不足而使蓄電池處于欠充電狀態(tài)，所以這不一定是最好的選擇。也有的觀點認為所取 方陣傾角應使全年輻射量最弱的月份能得到最大的太陽輻射量為好， 方陣傾角應使全年輻射量最弱的月份能得到最大的太陽輻射量為好，推薦方陣傾角在當?shù)?輻射量為好 國外有的設計手冊也提出， 緯度的基礎上再增加 15 度到 20 度。國外有的設計手冊也提出，設計月份應以輻射量最小 在北半球)或 在南半球)作為依據(jù) 的 12 月(在北半球 或 6 月(在南半球 作為依據(jù)。其實，這種觀點也不一定妥當，這樣往往會 在北半球 在南半球 作為依據(jù)。其實，這種觀點也不一定妥當， 使夏季獲

36、得的輻射量過少，從而導致方陣全年得到的太陽輻射量偏小。同時， 使夏季獲得的輻射量過少，從而導致方陣全年得到的太陽輻射量偏小。同時，最佳傾角的 概念，在不同的應用中是不一樣的，在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中 由于受到蓄電池荷電狀態(tài)等因 概念，在不同的應用中是不一樣的，在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中,由于受到蓄電池荷電狀態(tài)等因 素的限制，要綜合考慮光伏組件方陣平面上太陽輻射量的連續(xù)性、均勻性和極大性， 素的限制，要綜合考慮光伏組件方陣平面上太陽輻射量的連續(xù)性、均勻性和極大性，而對 于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)等通?？偸且笤谌曛械玫阶畲蟮奶栞椛淞?。 于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)等通?？偸且笤谌曛械玫阶畲蟮奶栞椛淞?。下面將介紹對

37、于獨 立光伏系統(tǒng)，如何選擇最佳傾角。 光伏系統(tǒng)，如何選擇最佳傾角。 在討論最佳傾角的選擇方法之前， 在討論最佳傾角的選擇方法之前，先介紹利用水平面上太陽輻射計算斜面上太陽輻射 的方法。因為我們需要使用的太陽輻射數(shù)據(jù)是傾斜面上的太陽輻射數(shù)據(jù)， 的方法。因為我們需要使用的太陽輻射數(shù)據(jù)是傾斜面上的太陽輻射數(shù)據(jù)，而通常我們能夠 得到的原始氣象數(shù)據(jù)是水平面上的太陽輻射數(shù)據(jù)。當太陽電池組件傾斜放置時， 得到的原始氣象數(shù)據(jù)是水平面上的太陽輻射數(shù)據(jù)。當太陽電池組件傾斜放置時，原始氣象 數(shù)據(jù)就不能代表斜面上的實際輻射， 數(shù)據(jù)就不能代表斜面上的實際輻射，所以必須要測量斜面上的輻射數(shù)據(jù)或者采用數(shù)學方法 對原始的水平

38、面上的氣象數(shù)據(jù)進行修正以得到斜面上所需的輻射數(shù)據(jù)。 對原始的水平面上的氣象數(shù)據(jù)進行修正以得到斜面上所需的輻射數(shù)據(jù)。 1將水平面上的太陽輻射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成斜面上太陽輻射數(shù)據(jù) 確定朝向赤道傾斜面上的太陽輻射量， 通常采用 Klein 提出的計算方法： 提出的計算方法 傾斜面上的太 的計算方法： 確定朝向赤道傾斜面上的太陽輻射量， 陽輻射總量 Ht 由直接太陽輻射量 Hbt、天空散射輻射量 Hdt 和地面反射輻射量 Hrt 三部分所 組成： 組成： Ht HbtHdtHrt （4.12） ） 對于確定的地點，知道全年各月水平面上的平均太陽輻射資料 總輻射量 總輻射量、 對于確定的地點，知道全年各月水平面上的平均太陽輻射資料(總輻射量、直接輻射量 或散射輻射量)后 便可以算出不同傾角的斜面上全年各月的平均太陽輻射量。 或散射輻射量 后，便可以算出不同傾角的斜面上全年各月的平均太陽輻射量。下面介紹相 關(guān)公式和計算模型。 關(guān)公式和計算模型。計算直接太陽輻射量 Hbt 引入?yún)?shù) Rb，Rb 為傾斜面上直接輻射量 Hbt 與水平面上 Hb 直接輻射量之比， 直接輻射量之比， Rb (4.13) 的表達式如下： 上述公式中傾斜面與水平面上直接輻