1.太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns

 

太陽(yáng)能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來(lái)，就可獲得所需要的工作電壓，但是，太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)。串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓，方陣就不能對(duì)蓄電池充電。如果串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠(yuǎn)高于蓄電池浮充電壓時(shí)，蓄電池充電電流也不會(huì)有明顯的增加。因此，只有當(dāng)太陽(yáng)能電池組件的端電壓等于合適的蓄電池浮充電壓時(shí)，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns計(jì)算方法如下：

 

Ns=VR/Voc=(VF+VD+Vc)/Voc （1）

 

式中：VR為太陽(yáng)能電池陣列輸出最小電壓；Voc為太陽(yáng)能電池組件的最佳工作電壓；VF為蓄電池浮充電壓；蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān)，應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的蓄電池?cái)?shù)。VD為二極管壓降，一般取0.7V；VC為其它因數(shù)引起的壓降。

 

2.太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)NP

 

在確定NP之前，先確定以下相關(guān)量：

 

①將太陽(yáng)能電池陣列安裝地點(diǎn)的太陽(yáng)能日輻射量Ht，轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù)H：

 

H=Ht×2.778/10000h （2）

 

式中：2.778/10000（h·m2/kJ）為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)（1000W/m2）下的平均日輻射時(shí)數(shù)的系數(shù)。

 

②太陽(yáng)能電池組件日發(fā)電量Qp：

 

Qp=Ioc×h×Kop×Cz （3）

 

式中：Ioc為太陽(yáng)能電池組件最佳工作電流；Kop為斜面修正系數(shù)；按太陽(yáng)能電池組件安裝地緯度不同斜面日輻射量修正系數(shù)Kop取1.09～1.14；Cz為修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8。

 

③兩次最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)NW，此數(shù)據(jù)主要考慮要在此段時(shí)間內(nèi)蓄電池需補(bǔ)充的容量Bcb為：

 

Bcb=A×Q1×N1 （4）

 

式中：A安全系數(shù)，取1.1～1.4；Ql日耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)；Nl為最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)。

 

④太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計(jì)算方法為：

 

Np=（Bcb＋Nw×Q1）/（QP×NW） （5）

 

上式的表達(dá)意為并聯(lián)的太陽(yáng)能電池組組數(shù)，在兩次連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負(fù)載使用，還需補(bǔ)足蓄電池在最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。

 

⑤太陽(yáng)能電池陣列的功率計(jì)算。根據(jù)太陽(yáng)能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽(yáng)能電池陣列的功率

 

P=P0×Ns×Np （6）

 

式中：P0為太陽(yáng)能電池組件的額定功率。

 

太陽(yáng)能電池組件設(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)算太陽(yáng)能電池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)）除以一塊太陽(yáng)能電池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)的太陽(yáng)能電池組件數(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)稱電壓除以太陽(yáng)能電池組件的標(biāo)稱電壓，就可以得到太陽(yáng)能電池組件需要串聯(lián)的太陽(yáng)能電池組件數(shù)，使用這些太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電壓。

 

太陽(yáng)能電池組件的輸出，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)算出的太陽(yáng)能電池組件，在實(shí)際情況下通常不能滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)用電的需求，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將太陽(yáng)能電池組件輸出降低10％。在實(shí)際情況工作下，太陽(yáng)能電池組件的輸出會(huì)受到環(huán)境因素的影響而降低。泥土、灰塵的覆蓋和組件性能的慢慢衰變都會(huì)降低太陽(yáng)能電池組件的輸出。通常的做法就是在計(jì)算的時(shí)減少太陽(yáng)能電池組件的輸出10％，以解決上述的不可預(yù)知和不可量化的因素。可以將這看成是光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的工程安全系數(shù)。又因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行還依賴于天氣狀況，所以有必要對(duì)這些因素進(jìn)行評(píng)估，因此設(shè)計(jì)上留有一定的余量將使光伏發(fā)電系統(tǒng)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定安全運(yùn)行。

 

②將負(fù)載增加10％以應(yīng)付蓄電池的庫(kù)侖效率。在蓄電池的充放電過(guò)程中，鉛酸蓄電池會(huì)電解水，產(chǎn)生氣體逸出，這也就是說(shuō)著太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的電流中將有一部分不能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)而是耗散掉。所以可以認(rèn)為必須有一小部分電流用來(lái)補(bǔ)償損失，可用蓄電池的庫(kù)侖效率來(lái)評(píng)估這種電流損失。不同的蓄電池其庫(kù)侖效率不同，通?？梢哉J(rèn)為有5～10％的損失，所以保守的設(shè)計(jì)中有必要將太陽(yáng)能電池組件的功率增加10％以補(bǔ)償蓄電池的耗散損失。

 

考慮到上述因素，必須修正太陽(yáng)能電池組件設(shè)計(jì)公式，將每天的負(fù)載除以蓄電池的庫(kù)侖效率，這樣就增加了每天的負(fù)載，實(shí)際上給出了太陽(yáng)能電池組件需要負(fù)擔(dān)的真正負(fù)載；將衰減因子乘以太陽(yáng)能電池組件的日輸出，這樣就考慮了環(huán)境因素和組件自身衰減造成的太陽(yáng)能電池組件日輸出的減少，給出了一個(gè)在實(shí)際情況下太陽(yáng)能電池組件輸出的保守估算值。