3月7日《太阳能光伏发电系统设计施工与应用》太阳能光伏发电系统的设计分为两部分：一是光伏发电系统的容量设计，主要是对太阳电池组件和蓄电池的容量进行设计与计算，目的就是要计算出系统在全年内能够满足用电要求并可靠工作所需要的太阳电池组件和蓄电池的数量；二是光伏发电系统的系统配置与设计，主要是对系统中的电力电子设备、部件的选型配置及附属设施的设计与计算，目的是根据实际情况选择配置合适的设备、设施和材料等，与前期的容量设计相匹配。 先计算所需要的容量，再计算要达到这些容量所需要的设备。电感性负载和电力电子类负载如日光灯、电动机、电冰箱、电视机、水泵等启动时都有冲击电流，且冲击电流往往是其额定工作电流的5～10 倍。因此，在容量设计和设备选型时，往往都要留有合理余量。。所谓最长连续阴雨天数也就是需要蓄电池向负载维持供电的天数，从发电系统本身的角度说，也叫“系统自给天数”。也就是说，如果有几天连续阴雨天，太阳电池方阵就几乎不能发电，只能靠蓄电池来供电，而蓄电池深度放电后又需尽快地将其补充好。太阳能光伏发电系统容量的设计与计算的主要内容是：①太阳电池组件功率和方阵构成的设计与计算；②蓄电池的容量与蓄电池组合的设计与计算。光伏发电系统的设计要本着合理性、实用性、高可靠性和高性价比（低成本）的原则，做到既能保证光伏发电系统的长期可靠运行，充分满足负载的用电需要，同时又能使系统的配置最合理、最经济，特别是在满足正常使用条件下确定最小的太阳电池组件功率和蓄电池容量；协调整个系统工作的最大可靠性和系统成本之间的关系，在满足需要保证质量的前提下节省投资，达到最好的经济效益。 大部分发电或者能源系统设计，都应该遵循这些原则。合理、实用、可靠、经济！对独立光伏发电系统来说，太阳电池组件的设计原则是要满足平均天气条件（太阳辐射量）下负载每日用电量的需求。也就是说，太阳电池组件的全年发电量要略大于或等于负载全年用电量。因为天气条件有低于和高于平均值的情况，所以设计太阳电池组件要满足光照最差、太阳能辐射量最小季节的需要。在有些地区，最差季节的光照度远远低于全年平均值，如果还按最差情况设计太阳电池组件的功率，那么在一年中的其他时候发电量就会远远超过实际所需，造成浪费。这时只能考虑适当加大蓄电池的设计容量，增加储存电能，使蓄电池处于浅放电状态，弥补光照最差季节发电量的不足对蓄电池造成的伤害。有条件的地方还可以考虑采取风力发电与太阳能发电互相补充（简称风光互补）及市电互补等措施，达到系统整体综合成本效益的最佳。 达到一个最优可靠性和经济上的平衡。

　　：在设计和计算太阳电池组件或组件方阵时，一般有两种方法。一种方法是根据上述各种数据直接计算出太阳电池组件或方阵的功率，根据计算结果选配或定制相应功率的电池组件，进而得到电池组件的外形尺寸和安装尺寸等。这种方法一般适用于中小型光伏发电系统的设计。另一种方法是先选定尺寸符合要求的电池组件，根据该组件峰值功率、峰值工作电流和日发电量等数据，结合上述数据进行设计计算，在计算中确定电池组件的串、并联数及总功率。这种方法适用于中大型光伏发电系统的设计。

　　计算太阳电池组件的基本方法是用负载平均每天所消耗的电量（Ah）除以选定的电池组件在一天中的平均发电量（Ah），就算出了整个系统需要并联的太阳电池组件数量。这些组件的并联输出电流就是系统负载所需要的电流。再将系统的工作电压除以太阳电池组件的峰值工作电压，就可以算出太阳电池组件的串联数量。这些电池组件串联后就可以产生系统负载所需要的工作电压或蓄电池组的充电电压。

　　系数1.43 是太阳电池组件峰值工作电压与系统工作电压的比值。例如，为工作电压12V的系统供电或充电的太阳电池组件的峰值电压是17～17.5V，为工作电压24V 的系统供电或充电的峰值电压为34～34.5V 等。因此为方便计算，用系统工作电压乘以1.43 就是该组件或整个方阵的峰值电压近似值。例如，假设某光伏发电系统工作电压为48V，选择了峰值工作电压为17.0V 的电池组件，计算电池组件的串联数＝48V×1.43/17.0V＝4.03≈4（块）。 实际还是按照额定工作电压来计算的，只是上下消去了一个峰值因数。有了电池组件的并联数和串联数后，就可以很方便地计算出这个电池组件或方阵的总功率了，计算公式为电池组件（方阵）总功率（W）＝组件并联数×组件串联数×选定组件的峰值输出功率（W） 。

　　与太阳电池组件发电量相关的主要因素如下。 （1）太阳电池组件的功率衰降。在光伏发电系统的实际应用中，电池组件的输出功率（发电量）会因为各种内外因素的影响而衰减或降低。例如，灰尘的覆盖、组件自身功率的衰降、线路的损耗等各种不可量化的因素，在交流系统中还要考虑交流逆变器的转换效率因素。因此，设计时要将造成电池组件功率衰降的各种因素按10%的损耗计算。如果是交流光伏发电系统，还要考虑交流逆变器转换效率的损失也按10%计算。这些实际上都是光伏发电系统设计时需要考虑的安全系数。设计时为电池组件留有合理余量，是系统年复一年长期正常运行的保证。 （2）蓄电池的充放电损耗。在蓄电池的充放电过程中，太阳电池产生的电流在转化储存的过程中会因为发热、电解水蒸发等产生一定的损耗，也就是说蓄电池的充电效率根据蓄电池的不同一般在90%～95%。电池组件（方阵）总功率（W）＝组件并联数×组件串联数×选定组件的峰值输出功率（W）。并联决定输出功率，串联决定输出口径。以当地全年每个月的太阳能辐射资源参数分别计算各个月的发电量，其中的最大值就是一年中所需要的电池组件的数量。例如，某地计算出冬季需要的电池组件数量是8块，但在夏季可能有5 块就够了，为了保证该系统全年的正常运行，就只好按照冬季的数量确定系统的容量。 某地建设一个为移动通信基站供电的太阳能光伏发电系统，该系统采用直流负载，负载工作电压为48V，用电量为每天150Ah，该地区最低的光照辐射是1 月份，其倾斜面峰值日照时数是3.5h，选定125W 太阳电池组件，其主要参数为峰值功率125W、峰值工作电压34.2V、峰值工作电流3.65A，计算太阳电池组件使用数量及太阳电池方阵的组合设计。 根据上述条件，并确定组件损耗系数为0.9，充电效率系数也为0.9。因该系统是直流系统，所以不考虑逆变器的转换效率系数。 计算： 根据以上计算数据，采用就高不就低的原则，确定电池组件并联数是15 块，串联数是2 块。也就是说，每2 块电池组件串联连接，15 串电池组件再并联连接，共需要125W 电池组件30 块构成电池方阵，连接示意图如图5-6 所示。该电池方阵总功率＝15×2×125W =3 750W。 蓄电池的任务是在太阳能辐射量不足时，保证系统负载的正常用电。能在几天内保证系统的正常工作，就需要在设计时引入一个气象条件参数：连续阴雨天数。这个参数在前面已经作了介绍，一般计算时都是以当地最大连续阴雨天数为设计参数，但也要综合考虑负载对电源的要求。对于不太重要的负载如太阳能路灯等可根据经验或需要在3～7 天内选取，对于重要的负载如通信、导航、医院救治等则在7～15 天内选取。另外还要考虑光伏发电系统的安装地点，如果在偏远的地方，蓄电池容量要设计得较大些，因为维护人员到达现场就需要很长时间。实际应用中，有的移动通信基站由于山高路远，去一次很不方便，除了配置正常蓄电池组外，还要配备一组备用蓄电池组，以备不时之需。这种发电系统把可靠性放在了第一位，已经不能单纯考虑经济性了。 蓄电池组串并联组合的计算方法。蓄电池都有标称电压和标称容量，如2V、6V、12V 和50Ah、300Ah、1 200Ah 等。为了达到系统的工作电压和容量，就需要把蓄电池串并联起来给系统和负载供电，需要串联的蓄电池个数就是系统的工作电压除以所选蓄电池的标称电压，需要并联的蓄电池数就是蓄电池组的总容量除以所选定蓄电池单体的标称容量。蓄电池单体的标称容量可以有多种选择，例如，假如计算出来的蓄电池容量为600Ah，那么可以选择1 个600Ah 的单体蓄电池，也可以选择2 个300Ah 的蓄电池并联，还可以选择3 个200Ah 或6 个100Ah 的蓄电池并联。从理论上讲，这些选择都没有问题，但是在实际应用中，要尽量选择大容量的蓄电池以减少并联的数目。这样做的目的是尽量减少蓄电池之间的不平衡所造成的影响。并联的组数越多，发生蓄电池不平衡的可能性就越大。一般要求并联的蓄电池数量不得超过4组。损耗系数主要有线路损耗、控制器接入损耗、太阳电池组件玻璃表面脏污及安装倾角不能兼顾冬季和夏季等因素，可根据需要在1.6～2 之间选取。 系统安全系数主要是为蓄电池放电深度（剩余电量）、冬天时蓄电池放电容量减小、逆变器转换效率等因素所加的系数，计算时可根据需要在1.6～2 之间选取。 某地安装一套太阳能庭院灯，使用两只9W/12V 节能灯作光源，每日工作4h，要求能连续工作3 个阴雨天。已知当地的峰值日照时数是4.46h，求太阳电池总功率和蓄电池容量。 计算：将数据代入公式求太阳电池组件功率P 为 因为当地环境污染比较严重，损耗系数选2，考虑选用一块35W 的电池组件。 求蓄电池容量B 为 本实例是直流供电系统，虽然没有交流逆变过程和损耗，但因为当地在冬季时最低温度可达到−10℃左右，冬季时会造成蓄电池容量减小，再加上当地环境污染的因素，系统安全系数也取了最高值2，考虑选用一只38Ah/12V 蓄电池。

　　P＝HAηK。 式中，光伏方阵面积不仅仅是指占地面积，也包括光伏建筑一体化并网发电系统占用的屋顶、外墙立面等。 组件转换效率η，单晶硅组件取14%～15%，多晶硅组件取13%～14%。 修正系数K＝K1 K2 K3 K4 K5 。其中，K1 为太阳电池长期运行性能衰降修正系数，一般取0.8；K2 为灰尘遮挡玻璃及温度升高造成组件功率下降修正系数，一般取0.82；K3 为线路损耗修正系数，一般取0.95；K4 为逆变器效率，一般取0.85，也可根据逆变器生产商提供的技术参数确定；K5为光伏方阵朝向及倾斜角修正系数，具体参数可参看表5-6选择。 表5-6 太阳电池组件朝向与倾斜角的修正系数 同一系统有不同方向和倾斜角的光伏方阵时，要根据各自条件分别计算发电量。 2．根据负载耗电量计算光伏方阵的面积 理论上讲，负载全年消耗的电能应该与光伏发电系统全年的发电量相等，因此，在统计和计算出负载全年耗电量后，利用上述公式就可以计算出光伏组件或方阵的面积。年耗电量的统计还可以采用表5-4 的方法，只是表5-4 统计的是日耗电量，需要再乘以全年实际耗电天数，如家庭要按365 天算，机关办公室等就可以考虑减去节假日天数。另外，表5-4 统计出的耗电量的单位是Wh，要换算成kWh（度）。