光伏離網(wǎng)系統(tǒng)的計算

光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，如系統(tǒng)規(guī)?？缍群艽?，小到幾瓦的太陽能庭院燈，大到MW級的太陽能光伏電站。其應(yīng)用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應(yīng)用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：

（一）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值較高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。

（二）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪亻_關(guān)、時控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項；

（三）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。

（四） 逆變器：在很多場合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負(fù)載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。

光伏系統(tǒng)的設(shè)計包括兩個方面：容量設(shè)計和硬件設(shè)計。

在進(jìn)行光伏系統(tǒng)的設(shè)計之前，需要了解并獲取一些進(jìn)行計算和選擇必需的基本數(shù)據(jù)：光伏系統(tǒng)現(xiàn)場的地理位置，包括地點、緯度、經(jīng)度和海拔；該地區(qū)的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量以及散射輻射量，年平均氣溫和較高、較低氣溫，較長連續(xù)陰雨天數(shù)，較大風(fēng)速以及冰雹、降雪等特殊氣象情況等。

蓄電池的設(shè)計包括蓄電池容量的設(shè)計計算和蓄電池組的串并聯(lián)設(shè)計。首先，給出計算蓄電池容量的基本方法。

（1）基本公式

I.第一步，將每天負(fù)載需要的用電量乘以根據(jù)實際情況確定的自給天數(shù)就可以得到初步的蓄電池容量。

II. 第二步，將第一步得到的蓄電池容量除以蓄電池的允許較大放電深度。因為不能讓蓄電池在自給天數(shù)中完全放電，所以需要除以較大放電深度，得到所需要的蓄電池容量。較大放電深度的選擇需要參考光伏系統(tǒng)中選擇使用的蓄電池的性能參數(shù)，可以從蓄電池供應(yīng)商得到詳細(xì)的有關(guān)該蓄電池較大放電深度的資料。通常情況下，如果使用的是深循環(huán)型蓄電池，推薦使用80%放電深度（DOD）；如果使用的是淺循環(huán)蓄電池，推薦選用使用50%DOD。設(shè)
蓄電池的容量BC計算公式為：
BC=A×QL×NL×TO／CCAh(1)
式中：A為安全系數(shù)，取1.1～1.4之間；
QL為負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數(shù)；
NL為較長連續(xù)陰雨天數(shù)；
TO為溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，－10℃以上取1.1，－10℃以下取1.2；
CC為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。
下面我們介紹確定蓄電池串并聯(lián)的方法。每個蓄電池都有它的標(biāo)稱電壓。為了達(dá)到負(fù)載工作的標(biāo)稱電壓，我們將蓄電池串聯(lián)起來給負(fù)載供電，需要串聯(lián)的蓄電池的個數(shù)等于負(fù)載的標(biāo)稱電壓除以蓄電池的標(biāo)稱電壓。
陽電池組件設(shè)計的基本思想就是滿足年平均日負(fù)載的用電需求。計算太陽電池組件的基本方法是用負(fù)載平均每天所需要的能量（安時數(shù)）除以一塊太陽電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量（安時數(shù)），這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽電池組件數(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)稱電壓除以太陽電池組件的標(biāo)稱電壓，就可以得到太陽電池組件需要串聯(lián)的太陽電池組件數(shù)，使用這些太陽電池組件串聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電壓?；居嬎愎饺缦拢?/span>
并聯(lián)的組件數(shù)量＝日平均負(fù)載（AH）/ 組件日輸出(AH) 串聯(lián)組件數(shù)量＝系統(tǒng)電壓（V)/組件電壓（V）
以上都是沒有修正過的公式.以下公式供參考
太陽能電池方陣設(shè)計：
Ns=UR/Uoc=（Uf＋UD＋Uc）/Uoc（2）
式中：UR為太陽能電池方陣輸出較小電壓；
Uoc為太陽能電池組件的較佳工作電壓；
Uf為蓄電池浮充電壓；
UD為二極管壓降，一般取0.7V；
UC為其它因數(shù)引起的壓降。
太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np
在確定NP之前，我們先確定其相關(guān)量的計算方法。
①將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量Ht，轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時數(shù)H（日輻射量參見表1）：
H=Ht×2.778／10000h（3）
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）下的平均日輻射時數(shù)的系數(shù)。
②太陽能電池組件日發(fā)電量Qp
Qp=Ioc×H×Kop×Cz（Ah） (4)
式中：Ioc為太陽能電池組件較佳工作電流；
Kop為斜面修正系數(shù)（參照表1）；
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。
③兩組較長連續(xù)陰雨天之間的較短間隔天數(shù)Nw，此數(shù)據(jù)為本設(shè)計之獨特之處，主要考慮要在此段時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來，需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb為：
Bcb=A×QL×NL   (Ah)     (5)
④太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計算方法為：
Np=（Bcb＋Nw×QL）/（Qp×Nw）(6)
式（6）的表達(dá)意為：并聯(lián)的太陽能電池組組數(shù)，在兩組連續(xù)陰雨天之間的較短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負(fù)載使用，還需補(bǔ)足蓄電池在較長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。
(3)太陽能電池方陣的功率計算
根據(jù)太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽能電池方陣的功率P：
P=Po×Ns×NpW（7）
式中：Po為太陽能電池組件的額定功率。
一個真正好的設(shè)計人員具體要考慮以下因素：
1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)在哪里使用？該地日光輻射情況如何？
2、系統(tǒng)的負(fù)載功率多大？
3、系統(tǒng)的輸出電壓是多少，直流還是交流？
4、系統(tǒng)每天需要工作多少小時？
5、如遇到?jīng)]有日光照射的陰雨天氣，系統(tǒng)需連續(xù)供電多少天？
6、負(fù)載的情況，純電阻性、電容性還是電感性，啟動電流多大？
7、系統(tǒng)需求的數(shù)量。