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1、太阳能发电系统的设计1、 太阳能发电系统的条件与要求1. 系统要求的蓄能天数为7天，蓄电池放电深度75%。2. 太阳能光伏发电系统所要带动的负载：3. 1个10瓦节能灯，日均工作4小时；4. 1个100W的21寸彩电，日均工作3小时；5. 其他小型电器比如手机充电器等消耗功率5W，日均工作1小时。2、 用电负载的日耗电总量 关于系统工作电压的选择，经常是选最大功率负载所要求的电压。在以交流负载为主的系统中，直流系统电压应当考虑与选用的逆变器输入电压相适应。通常，在中国独立运行的太阳能光伏发电系统，其交流负载工作在220V，直流负载工作在24V。从而，我们选定此彩电的要求工作电压为24V。计算用
2、电负载的日耗电总量如下所示： 3、 蓄电池的选择1 / 18 蓄电池容量的计算可以根据用电负荷和连续阴雨天数来确定，实际计算可按下式：其中，C 蓄电池容量, S连续阴雨天数, Q负载平均每天用电量, DOD蓄电池放电深度, out -从蓄电池到负荷的效率:out = FoFi, Fo交流配电电路效率（一般取0.95）,Fi逆变器效率（一般取0.850.95）,K蓄电池放电容量修正系数（一般取1.2）。 根据提供的公式，我们组取（Fo交流配电电路效率为0.95；Fi逆变器效率为0.90；K蓄电池放电容量修正系数为1.2）。代入公式如下： 我们组假定选择单台蓄电池的容量为：12V/200Ah。串联
3、个数：容量：200A.h总个数：2个四、太阳能电池组件方阵的设计1、方位角的确定：方位角（一天中负荷的峰值时刻（24小时制）12）15（经度116）【注：在不同的季节，各个方位的日射量峰值产生时刻是不一样的】 在实际应用中，对于固定安装的太阳能电池方阵方位角往往取正南向安装，对于带有逐日式系统的太阳能电池方阵可根据每日的最佳方位角，由逐日系统自动调节。这里我们取方位角为0，即正南方向安装。2、最佳倾角的确定： 从总体上来看，可以认为在辐射量较大的连续6个月（称为“夏半年”）中，蓄电池处于充电状态，其余连续6 个月（称为“冬半年”）则处于放电状态。因此不应以某个月作为依据，而以半年为单位较为合适
4、。若以H1和H2 分别表示夏半年和冬半年的平均日辐射量，则在水平面上H1H2。根据蓄电池均衡充电的要求，最好做到夏半年和冬半年在方阵面上的日辐射量相等，即H1= H2。但同时还要使方阵面上冬半年的日辐射量H2 尽量达到最大值，从而增加方阵在太阳辐射强度较弱月份的发电量。综合考虑这些因素，可以分别算出不同倾角时方阵面上夏半年和冬半年的平均日辐射量H1和H2。一般情况下，随着倾角增大，H1减少较快，而H2增加较慢，并有一极大值。确定最佳倾角的方法是：H2 达到极大值时，如仍有H1 H2,则取H2极大值所对应角度为最佳倾角。在H2达极大值之前，已有H1= H2，如仍取H2极大值对应角度，则有H1 H
5、2，这时夏半年辐射量削弱太多，故应取H1= H2，所对应的角度为最佳倾角。在这里，我们来用一种较近似的方法来确定方阵倾角。一般地，在我国南方地区，方阵倾角可取比当地纬度增加1015；在北方地区倾角可比当地纬度增加510，纬度较大时，增加的角度可小一些。在青藏高原，倾角不宜过大，可大致等于当地纬度。同时，为方阵支架的设计，安装方便，方阵倾角常取成整数。由于设计地区西安的纬度F=3427。从而倾角取44。3、计算倾斜面上日辐射量从气象站得到的资料一般只有水平面上的太阳辐射总量H，辐射量HB及散射辐射量Hd，需换算成倾斜面上的太阳辐射量。斜面上的太阳辐射量包括直接辐射分量HBT，天空散射辐射分量Hd
6、T和地面反射辐射分量HrT。（）直接辐射分量HBT HBT=HBRB 其中RB为倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射分量的比值。对于朝向赤道的倾斜面来说： 式中：-当地纬度 b-方阵倾角太阳赤纬： n-日数水平面上日落时角： 倾斜面上日落时角： （2）天空散射辐射分量HdT在各向同性时： （3）地面反射辐射分量HrT：通常可将地面的反射辐射看成是各向同性的，其大小为： 其中r为地面反射率，其数值取决于地面状态，各种地面的反射率表1-5所示：表1-5 不同地面的反射率地面状态反射率地面状态反射率地面状态反射率沙漠0.240.28干湿土0.14湿草地0. 140.26干燥裸地0.10.2湿黑土
7、0.08新雪0. 81湿裸地0.080.09干草地0.150.25冰面0. 69一般计算时，可取r=0.2故斜面上太阳辐射量即为： 通常计算时用上式即可满足要求。如考虑天空散射的各向不同性，则可用下式计算： 式中：HO为大气层外水平面上辐射量。根据我们搜集到的资料，通过公式计算，得到下面的表格：月份HHBHdNdRBHBTHdTHrTHT1219.091.6127.416-21.102.033186.2108.76.4301.32264.2106.2158.046-18.291.899201.7134.97.7344.33327.6123.7203.975-2.421.261156.0174.
8、09.6339.64398.9156.0242.91059.410.956149.1207.311.7368.15465.4215.1250.313619.030.766164.8213.713.6392.16537.9279.1258.816723.350.690192.6220.915.8429.37506.5268.3238.219721.350.726194.8203.314.8412.98505.9294.2211.722813.450.871256.2180.714.7451.79328.2157.9170.32582.221.129178.3145.49.6333.310272.
9、8129.0143.8289-9.971.514195.3122.78.0326.011224.398.6125.7319-19.151.922189.5107.36.6303.412200.483.9116.5350-23.372.173182.399.45.9287.6 由图可知4、5、6、7、8、9月份看作是夏半年，10、11、12、1、2、3月份看作是冬半年，则夏半年的平均日辐射量H1= 397.9 mWh/cm2，冬半年H2= 317.1 mWh/cm2。夏半年稍大了点，但冬半年也足够用。所以选倾角为44。 下表为我国各大主要城市的纬度及辐射量。表1 我国各大主要城市的纬度及辐射量
10、（辐射单位：KJ/m2d）城市纬度日辐射量（Ht）斜面日辐射量修正系数哈尔滨45.6812703158381.1400长春43.9013572171271.1548沈阳41.7713793162631.0671北京39.8015261180351.0976天津39.1014356167221.0962呼和浩特40.7816574200751.1468太原37.7815061173941.1005乌鲁木齐43.7814464165941.0092西宁36.7516777196171.1360兰州36.0514966158420.9489银川38.4816533196151.1559西安34.30
11、12781129520.9275上海31.1712760136910.9900南京32.013099142071.0249合肥31.8512525132990.9988杭州30.2311668123720.9362南昌28.6713094137140.9640福州26.0812001124510.8978济南36.6814043159941.0630郑州34.7213332145581.0476武汉30.6313201137070.9036长沙28.2011377115890.8028广州23.1312110127020.8850海口20.0313835135100.8761南宁22.8212
12、515127340.8231成都30.6710392103040.7553贵阳26.5810327102350.8135昆明25.0214194153330.9216拉萨29.7021301241511.0964因为该地为西安地区，所以可选择上表中西安的斜面日辐射量。因为1MJ/m2=1000KJ/m2=27.8mWh/cm2所以12952 KJ/m2d=360 mWh/cm2d4、估算方阵电流： 将历年逐月平均水平面上太阳直接辐射及散射辐射量，代入以上各公式即可算出逐月辐射总量，然后求出全年平均日太阳辐射总量，单位化成mwh/cm2，除以标准日光强即求出平均日照时数： 则方阵应输出的最小电流为： 式中：Q负载每天总耗电量 1蓄电池充电效率 2方阵表面灰尘遮蔽损失同时，由于倾斜面上各月中最小的太阳总辐射量可算出各月中最少的峰值日照数Tmin。方阵应输出的最大电流为： 由表1可知，倾斜面上全年平均日辐射量为357.5 mWh/d，全年平均峰值日照时数为：蓄电池充电效率为：1=0.9；方阵表面的灰尘遮蔽损失为：2=0.9。算出方阵输出的最小电流为： 表2为西安某地各月份斜面平均日辐射表月份12345
