第三章第三章 太阳能光伏发电技术太阳能光伏发电技术 3.1. 3.1.太阳能光伏开展历史和现状太阳能光伏开展历史和现状 3.2 3.2 太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理 3.3 3.3 太阳能电池制造工艺太阳能电池制造工艺 3.4 3.4 太阳能光伏发电系统设备构成太阳能光伏发电系统设备构成 3.5 3.5 独立光伏发电系统独立光伏发电系统 3.6 3.6 并网光伏发电系统并网光伏发电系统 第五节第五节 独立光伏发电系统设计 独立光伏发电系统设计独立光伏发电系统设计n独立光伏发电系统是指仅仅依靠太阳能电池供电的光独立光伏发电系统是指仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统或主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系伏发电系统或主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系统，在必要时可以由油机发电、风力发电、电网电源统，在必要时可以由油机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充或其他电源作为补充n从电力系统来说，从电力系统来说，kW级以上的独立光伏发电系统也级以上的独立光伏发电系统也称为离网型光伏发电系统。
称为离网型光伏发电系统 独独立立光光伏伏发发电电系系统统设设计计 独立光伏发电系统的结构及工作原理独立光伏发电系统的结构及工作原理 1、、 系系统统框框图图直流光伏系统直流光伏系统有后备能源和放电器的光伏系统有后备能源和放电器的光伏系统混合光伏系统混合光伏系统交流光伏系统交流光伏系统 一、独立光伏发电系统的结构及工作原理一、独立光伏发电系统的结构及工作原理n2、、 工作原理工作原理n太阳能电池方阵吸收太阳光并将其转化成电能后，在防反太阳能电池方阵吸收太阳光并将其转化成电能后，在防反充二极管的控制下为蓄电池组充电充二极管的控制下为蓄电池组充电n直流或交流负载通过开关与控制器连接直流或交流负载通过开关与控制器连接n控制器负责保护蓄电池，防止出现过充或过放电状态，即控制器负责保护蓄电池，防止出现过充或过放电状态，即在蓄电池到达一定的放电深度时，控制器将自动切断负载；在蓄电池到达一定的放电深度时，控制器将自动切断负载；当蓄电池到达过充电状态时，控制器将自动切断充电电路当蓄电池到达过充电状态时，控制器将自动切断充电电路n有的控制器能够显示独立光伏发电系统的充放电状态，并有的控制器能够显示独立光伏发电系统的充放电状态，并能贮存必要的数据，甚至还具有遥测、遥信和遥控的功能。
能贮存必要的数据，甚至还具有遥测、遥信和遥控的功能n在交流光伏发电系统中，在交流光伏发电系统中，DC-AC逆变器将蓄电池组提供的逆变器将蓄电池组提供的直流电变成能满足交流负载需要的交流电直流电变成能满足交流负载需要的交流电 一、独立光伏发电系统的结构及工作原理一、独立光伏发电系统的结构及工作原理2、、 工作原理工作原理上图中的防反充二极管也称为上图中的防反充二极管也称为“阻塞二极管〞或阻塞二极管〞或“隔离二极隔离二极管〞其功能是利用二极管的单向导电性，防止无日照时管〞其功能是利用二极管的单向导电性，防止无日照时蓄电池组通过太阳能电池方阵放电蓄电池组通过太阳能电池方阵放电防反充二极管的最大输出电流必须大于太阳能电池方阵的最防反充二极管的最大输出电流必须大于太阳能电池方阵的最大输出电流，反向耐压要高于蓄电池组的最高电压大输出电流，反向耐压要高于蓄电池组的最高电压在太阳能电池方阵工作时，防反充二极管两端的电压降要尽在太阳能电池方阵工作时，防反充二极管两端的电压降要尽量低〔硅二极管一般为量低〔硅二极管一般为0.6V，锗二极管为，锗二极管为0.3V，大功率肖，大功率肖特基二极管可以在特基二极管可以在0.3V以下〕，以便降低系统的功耗。
以下〕，以便降低系统的功耗 一、独立光伏发电系统的结构及工作原理一、独立光伏发电系统的结构及工作原理3、系统构成、系统构成独立光伏发电系统由太阳能电池方阵、防反充二极独立光伏发电系统由太阳能电池方阵、防反充二极管、控制器、逆变器、蓄电池组以及支架和输配管、控制器、逆变器、蓄电池组以及支架和输配电设备等局部构成电设备等局部构成其中，太阳能电池方阵在国外文献中常被称为太阳其中，太阳能电池方阵在国外文献中常被称为太阳能发电机〔能发电机〔Solar Generator〕〕,而其余局部那么而其余局部那么被统称为太阳能发电机的被统称为太阳能发电机的“平衡系统〞〔平衡系统〞〔Balance of System〕或〕或“配套系统〞简称配套系统〞简称“BOS〞有时BOS还包括太阳能电池方阵所占用的土还包括太阳能电池方阵所占用的土地和防雷平安系统当太阳能电池十分昂贵时，地和防雷平安系统当太阳能电池十分昂贵时，BOS在整个独立光伏发电系统中所占的费用比例在整个独立光伏发电系统中所占的费用比例较小，但随着太阳能电池的不断降价，较小，但随着太阳能电池的不断降价，BOS所占所占费用比例在逐渐增加费用比例在逐渐增加。
二、系统设计框图二、系统设计框图n各种独立光伏发电系统的总体设计视其用途不同、功率大各种独立光伏发电系统的总体设计视其用途不同、功率大小不同、使用环境和条件不同而异显然，每一种独立光小不同、使用环境和条件不同而异显然，每一种独立光伏发电系统都要有针对性地独立设计伏发电系统都要有针对性地独立设计n独立光伏发电系统的总体设计包括容量设计、电气设计、独立光伏发电系统的总体设计包括容量设计、电气设计、机械结构设计、建筑设计、热力设计、防火防雷等平安设机械结构设计、建筑设计、热力设计、防火防雷等平安设计、可靠性设计、包装运输设计、安装调试运行设计以及计、可靠性设计、包装运输设计、安装调试运行设计以及维修检测设计等等其总体设计框图如下图维修检测设计等等其总体设计框图如下图n其中最具特色的是光伏发电系统的容量设计，它根据当地其中最具特色的是光伏发电系统的容量设计，它根据当地的太阳能辐照资源和使用要求，确定必要的太阳能电池方的太阳能辐照资源和使用要求，确定必要的太阳能电池方阵和蓄电池的规模容量阵和蓄电池的规模容量 二、二、系系统统设设计计框框图图 三、容量设计三、容量设计n目标：优化太阳能电池方阵容量和蓄电池组容量的相互关目标：优化太阳能电池方阵容量和蓄电池组容量的相互关系，在保证独立光伏发电系统可靠工作的前提下，到达本系，在保证独立光伏发电系统可靠工作的前提下，到达本钱最低。
钱最低n要求：首先对当地的太阳能辐照资源、地理及气象数据有要求：首先对当地的太阳能辐照资源、地理及气象数据有尽量详细的了解，一般要求掌握日平均太阳辐照量、月平尽量详细的了解，一般要求掌握日平均太阳辐照量、月平均太阳辐照量和连续阴雨天数均太阳辐照量和连续阴雨天数n方法：依据各部件的数理模型，采用计算机仿真，可以拟方法：依据各部件的数理模型，采用计算机仿真，可以拟合出太阳能电池方阵每小时发电量、蓄电池组充电量和负合出太阳能电池方阵每小时发电量、蓄电池组充电量和负载工作情况，并预测在不同的供电可靠性要求下所需要的载工作情况，并预测在不同的供电可靠性要求下所需要的太阳能电池方阵及蓄电池组的容量太阳能电池方阵及蓄电池组的容量n通过数值分析法，可以解析太阳能电池方阵容量及蓄电池通过数值分析法，可以解析太阳能电池方阵容量及蓄电池组容量之间存在的相互关系，然后在特定的供电可靠性要组容量之间存在的相互关系，然后在特定的供电可靠性要求下，根据本钱最低化的原那么，确定二者各自的容量求下，根据本钱最低化的原那么，确定二者各自的容量 独立独立光伏光伏发电发电系统系统容量容量设计设计程序程序框图框图 1、失电小时数、失电小时数Ø在容量设计中，失电小时数〔在容量设计中，失电小时数〔Loss of Load Hours，简，简称称LOLH〕〕,直接与光伏发电系统的供电可靠性有关。
直接与光伏发电系统的供电可靠性有关Ø一年中的失电小时数表示光伏发电系统能量的短缺程度，一年中的失电小时数表示光伏发电系统能量的短缺程度，它并不包括因部件失效或系统维护必须花费的时间因它并不包括因部件失效或系统维护必须花费的时间因此，对失电小时数的计算是独立光伏发电系统容量设计此，对失电小时数的计算是独立光伏发电系统容量设计的根底Ø如果独立光伏发电系统的失电小时数是如果独立光伏发电系统的失电小时数是0，即系统全年供，即系统全年供电可靠性是电可靠性是100%，就意味着在遇到一年中最长的连续阴，就意味着在遇到一年中最长的连续阴雨天时仍然能保证系统正常运行这就需要有足够的光雨天时仍然能保证系统正常运行这就需要有足够的光伏方阵和蓄电池组组成光伏发电系统，这种独立光伏发伏方阵和蓄电池组组成光伏发电系统，这种独立光伏发电系统比较昂贵电系统比较昂贵 1、失电小时数、失电小时数Ø假设以当地假设以当地20年来气象资料中最长连续阴雨天的记录为依年来气象资料中最长连续阴雨天的记录为依据来预计据来预计20年中该地区最长连续阴雨天数，那么系统造价年中该地区最长连续阴雨天数，那么系统造价还要增加还要增加Ø此时假设考虑遇到最长连续阴雨天的几率，以此来设定系此时假设考虑遇到最长连续阴雨天的几率，以此来设定系统的可靠性，并且在出现系统失电时用应急的油机发电或统的可靠性，并且在出现系统失电时用应急的油机发电或风力发电进行补充，以减小失电时间，就可节省数量可观风力发电进行补充，以减小失电时间，就可节省数量可观的太阳能电池方阵及蓄电池组的容量，从而大幅度降低独的太阳能电池方阵及蓄电池组的容量，从而大幅度降低独立光伏发电系统的造价。
立光伏发电系统的造价Ø在日照极其丰富的季节，为防止蓄电池组过充电，有时需在日照极其丰富的季节，为防止蓄电池组过充电，有时需要配备过充放电器〔也称泄流器〕，将多余的电能释放掉要配备过充放电器〔也称泄流器〕，将多余的电能释放掉 2、当地地理条件、气象数据及太阳辐射能资源、当地地理条件、气象数据及太阳辐射能资源n任何太阳能光伏发电系统都必须因地制宜，因而需要提前取任何太阳能光伏发电系统都必须因地制宜，因而需要提前取得当地地理条件、气象数据及太阳辐射能资源的根本数据得当地地理条件、气象数据及太阳辐射能资源的根本数据n①① 当地的经度、纬度、海拔高度及当地地质状况、地震状况、当地的经度、纬度、海拔高度及当地地质状况、地震状况、洪水状况；洪水状况；n②② 近十年月平均最高气温、最低气温、极高和极低气温；近十年月平均最高气温、最低气温、极高和极低气温；n③③ 近十年月平均风速、极大风速及发生时间；近十年月平均风速、极大风速及发生时间；n④④ 近十年最长连续阴雨天及发生几率；近十年最长连续阴雨天及发生几率；n⑤⑤ 雷暴、沙尘暴、冰雹、暴雨等灾害性气象状况；雷暴、沙尘暴、冰雹、暴雨等灾害性气象状况；n⑥⑥ 近十年月平均太阳辐射能、日照时数、日照百分率及月变近十年月平均太阳辐射能、日照时数、日照百分率及月变化等。
化等 2、当地地理条件、气象数据及太阳辐射能资源、当地地理条件、气象数据及太阳辐射能资源n月平均太阳辐射能可通过查阅当地气象资料、月平均太阳辐射能可通过查阅当地气象资料、测量、计算等方法并修正后得到测量、计算等方法并修正后得到n从气象站得到的资料一般只有水平面上的太阳从气象站得到的资料一般只有水平面上的太阳总辐射量总辐射量H、直射辐射量、直射辐射量Hb及散射辐射量及散射辐射量Hd，，需换算到倾斜面上的太阳辐射量需换算到倾斜面上的太阳辐射量 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βn太阳能电池方阵通常面向赤道放置，倾角不同造成各个月太阳能电池方阵通常面向赤道放置，倾角不同造成各个月份方阵面接受的太阳辐射量差异很大份方阵面接受的太阳辐射量差异很大n对于全年负载均匀的固定式光伏方阵，如果设计斜面的辐对于全年负载均匀的固定式光伏方阵，如果设计斜面的辐射量小，意味着需要更多的太阳能电池来保证向用户供电；射量小，意味着需要更多的太阳能电池来保证向用户供电；n如果倾斜面各月太阳辐射量起伏很大，意味着需要大量的如果倾斜面各月太阳辐射量起伏很大，意味着需要大量的蓄电池来保证太阳辐射量低的月份用电供给。
蓄电池来保证太阳辐射量低的月份用电供给n这些都会提高整个系统的造价，因此确定方阵的最正确倾这些都会提高整个系统的造价，因此确定方阵的最正确倾角是光伏发电系统设计中不可缺少的一个重要环节角是光伏发电系统设计中不可缺少的一个重要环节 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βØ①① 连续性连续性 一年中太阳辐射总量大体上是连续变化的，一年中太阳辐射总量大体上是连续变化的，多数是单调升降，个别也有少量起伏；多数是单调升降，个别也有少量起伏；Ø②② 均匀性均匀性 倾角的选择最好满足使方阵外表上全年接收倾角的选择最好满足使方阵外表上全年接收到的日平均辐射量比较均匀，以免夏天接收辐射量过大，到的日平均辐射量比较均匀，以免夏天接收辐射量过大，造成浪费；而冬天接收到的辐射量太小，造成蓄电池过放造成浪费；而冬天接收到的辐射量太小，造成蓄电池过放电以至损坏，降低系统使用寿命，影响系统供电稳定性电以至损坏，降低系统使用寿命，影响系统供电稳定性对于方阵倾角的选择应结合以下要求进行综合考虑对于方阵倾角的选择应结合以下要求进行综合考虑：： 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βn③③ 极大性极大性 选择倾角时，不但要使方阵外表上辐射量最选择倾角时，不但要使方阵外表上辐射量最弱的月份获得最大的辐射量，同时还要兼顾全年日平均辐弱的月份获得最大的辐射量，同时还要兼顾全年日平均辐射量不能太小；射量不能太小；n④④ 特殊性特殊性 对特定的情况要做具体分析，有时要针对连对特定的情况要做具体分析，有时要针对连续阴雨天最长的时段获取最多的太阳辐射能；夏天消耗功续阴雨天最长的时段获取最多的太阳辐射能；夏天消耗功率多，方阵倾角的取得应使方阵夏日接收辐射量相对于冬率多，方阵倾角的取得应使方阵夏日接收辐射量相对于冬天要多才适宜；也有时考虑冬季积雪负重，成心将天要多才适宜；也有时考虑冬季积雪负重，成心将β增大；增大；还要考虑到建筑整体的协调美观来确定方阵的还要考虑到建筑整体的协调美观来确定方阵的β值等。
值等对于方阵倾角的选择应结合以下要求进行综合考虑：对于方阵倾角的选择应结合以下要求进行综合考虑： 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βn太阳电池组件太阳电池组件倾角倾角是太阳电池组件平面与水平地面的夹角是太阳电池组件平面与水平地面的夹角n光伏组件方阵的光伏组件方阵的方位角方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角是方阵的垂直面与正南方向的夹角n一般在一般在北半球北半球，太阳电池组件，太阳电池组件朝向正南朝向正南发电量是最大的发电量是最大的n有些设计根据当地气候条件、各个季节辐照度的强弱、及有些设计根据当地气候条件、各个季节辐照度的强弱、及用电负载的实际用电情况，也有设计成南偏东或南偏西用电负载的实际用电情况，也有设计成南偏东或南偏西n对于固定式光伏系统一旦安装完成，太阳电池组件倾角和对于固定式光伏系统一旦安装完成，太阳电池组件倾角和太阳电池组件方位角就无法改变太阳电池组件方位角就无法改变n而安装了跟踪装置的太阳能光伏供电系统，光伏组件方阵而安装了跟踪装置的太阳能光伏供电系统，光伏组件方阵可以随着太阳的运行而跟踪移动，使太阳电池组件一直朝可以随着太阳的运行而跟踪移动，使太阳电池组件一直朝向太阳，增加了光伏组件方阵接受的太阳辐射量。
向太阳，增加了光伏组件方阵接受的太阳辐射量 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βn地面应用的独立光伏发电系统，光伏组件方阵平面要朝向地面应用的独立光伏发电系统，光伏组件方阵平面要朝向赤道，相对地平面有一定倾角赤道，相对地平面有一定倾角n倾角不同，各个月份方阵面接收到的太阳辐射量差异很大倾角不同，各个月份方阵面接收到的太阳辐射量差异很大因此，确定方阵的最正确倾角是光伏发电系统设计中不可因此，确定方阵的最正确倾角是光伏发电系统设计中不可缺少的重要环节缺少的重要环节n 目前有的观点认为方阵倾角等于当地纬度为最正确这样目前有的观点认为方阵倾角等于当地纬度为最正确这样做的结果，夏天太阳电池组件发电量往往过盈而造成浪费，做的结果，夏天太阳电池组件发电量往往过盈而造成浪费，冬天时发电量又往往缺乏而使蓄电池处于欠充电状态，所冬天时发电量又往往缺乏而使蓄电池处于欠充电状态，所以这不一定是最好的选择以这不一定是最好的选择 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βu 也有观点认为所取方阵倾角应使全年辐射量最弱的月也有观点认为所取方阵倾角应使全年辐射量最弱的月份能得到最大的太阳辐射量为好，推荐方阵倾角在当份能得到最大的太阳辐射量为好，推荐方阵倾角在当地纬度的根底上再增加地纬度的根底上再增加 15°～～20°。
u国外有的设计手册也提出，设计月份应以辐射量最小国外有的设计手册也提出，设计月份应以辐射量最小的的12月〔北半球〕或月〔北半球〕或6月〔南半球〕作为依据其实，月〔南半球〕作为依据其实，这种观点也不一定妥当，这样往往会使夏季获得的辐这种观点也不一定妥当，这样往往会使夏季获得的辐射量过少，从而导致方阵全年得到的辐射量偏小射量过少，从而导致方阵全年得到的辐射量偏小 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βn一般原那么：一般原那么：n对于全年，取对于全年，取β=Φ；；n对于夏半年〔春分到秋分〕，对于夏半年〔春分到秋分〕，n 取取β=Φ-〔〔10°～～15°〕；〕；n对于冬半年〔秋分到第二年春分〕，对于冬半年〔秋分到第二年春分〕，n 取取β=Φ+〔〔10°～～15°〕 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βn同时，最正确倾角的概念，在不同的应用中是不一样同时，最正确倾角的概念，在不同的应用中是不一样的，的，在独立光伏发电系统中，由于受到蓄电池荷电在独立光伏发电系统中，由于受到蓄电池荷电状态等因素的限制，要综合考虑光伏组件方阵状态等因素的限制，要综合考虑光伏组件方阵平面上太阳辐射量的平面上太阳辐射量的连续性、均匀性和极大性连续性、均匀性和极大性。
并网光伏发电系统等通常总是要求并网光伏发电系统等通常总是要求在在全年中得到最大的太阳辐射量全年中得到最大的太阳辐射量 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βn独立光伏系统最正确倾角确实定：独立光伏系统最正确倾角确实定：n对于负载负荷均匀或近似均衡的独立光伏系统，对于负载负荷均匀或近似均衡的独立光伏系统，太阳辐射均匀性对光伏发电系统的影响很大，对太阳辐射均匀性对光伏发电系统的影响很大，对其进行量化处理是很有必要的为此，可以引入其进行量化处理是很有必要的为此，可以引入一个量化参数，即辐射累计偏差一个量化参数，即辐射累计偏差δ，其数学表达，其数学表达式为：式为：倾斜面上各月平倾斜面上各月平均日太阳辐射量均日太阳辐射量倾斜面上的年平倾斜面上的年平均日太阳辐射量均日太阳辐射量第第i月的天数月的天数 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βn独立光伏系统最正确倾角确实定：独立光伏系统最正确倾角确实定：n理想情况是理想情况是 选择为最大值、选择为最大值、δ为最小值但为最小值但实际情况是二者所对应的倾角有一定的间隔，实际情况是二者所对应的倾角有一定的间隔，为此需要定义一个新的量来描述倾斜面上太阳为此需要定义一个新的量来描述倾斜面上太阳辐射的综合特性，称其为斜面辐射系数，以辐射的综合特性，称其为斜面辐射系数，以K表表示：示： 水平面上的年平水平面上的年平均日太阳辐射量均日太阳辐射量 3、确定方阵最正确倾角、确定方阵最正确倾角βn由于由于 和和δ都与太阳电池组件的倾角有关，所以当都与太阳电池组件的倾角有关，所以当K取极取极大值时，应当有大值时，应当有 求解上式，即可求得最正确倾角。
求解上式，即可求得最正确倾角下表为利用上述方法采用计算机进行计算，取步长为下表为利用上述方法采用计算机进行计算，取步长为1°，，计算出我国局部主要城市对于负载负荷均匀或近似均衡的计算出我国局部主要城市对于负载负荷均匀或近似均衡的独立光伏系统的最正确辐射倾角独立光伏系统的最正确辐射倾角 4、当地用电负载模型、当地用电负载模型n当地用户的用电负载模型是设计光伏电站的必要条件，应当尽当地用户的用电负载模型是设计光伏电站的必要条件，应当尽量准确地把预计的日负载变化曲线和月负载变化曲线设定下来量准确地把预计的日负载变化曲线和月负载变化曲线设定下来n假设作为一个无电地区的集中供电系统，那么要求提供供电方假设作为一个无电地区的集中供电系统，那么要求提供供电方式〔交、直流〕、供电半径、电压等级、用电负荷的同时率及式〔交、直流〕、供电半径、电压等级、用电负荷的同时率及允许失电小时数等允许失电小时数等n每每min曲线涵盖的面积即为该时段负载的耗电量曲线涵盖的面积即为该时段负载的耗电量QLn n n假设以类似的方法画出各月及全年的用电负载曲线，并将时段假设以类似的方法画出各月及全年的用电负载曲线，并将时段取为一个月或全年，那么很容易获得各月负载耗电量或全年负取为一个月或全年，那么很容易获得各月负载耗电量或全年负载耗电量。
载耗电量 4、当地用电负载模型、当地用电负载模型 5、光伏组件方阵设计及光伏、光伏组件方阵设计及光伏 方阵温度和伏安特性模型方阵温度和伏安特性模型光伏组件方阵设计需要考虑的问题：光伏组件方阵设计需要考虑的问题：n设计太阳电池组件要设计太阳电池组件要满足光照最差季节的需要满足光照最差季节的需要n在进行太阳电池组件设计的时候，首先要考虑的问题就是设计的在进行太阳电池组件设计的时候，首先要考虑的问题就是设计的太太阳电池组件输出要等于全年负载需求的平均值阳电池组件输出要等于全年负载需求的平均值n在这种情况下，太阳电池组件将提供负载所需的所有能量但这也在这种情况下，太阳电池组件将提供负载所需的所有能量但这也意味着每年意味着每年将有近一半的时间蓄电池处于亏电状态将有近一半的时间蓄电池处于亏电状态n蓄电池长时间处于亏电状态将使得蓄电池的极板硫酸盐化蓄电池长时间处于亏电状态将使得蓄电池的极板硫酸盐化n而在独立光伏系统中没有备用电源在天气较差的情况下给蓄电池进而在独立光伏系统中没有备用电源在天气较差的情况下给蓄电池进行再充电，这样行再充电，这样蓄电池的使用寿命和性能将会受到很大的影响，整蓄电池的使用寿命和性能将会受到很大的影响，整个系统的运行费用也将大幅度增加。
个系统的运行费用也将大幅度增加 光伏组件方阵设计需要考虑的问题：光伏组件方阵设计需要考虑的问题：太阳电池组件设计中较好的方法是使太阳电池组件能满足光太阳电池组件设计中较好的方法是使太阳电池组件能满足光照最恶劣季节里的负载需要，也就是要保证在光照最差的照最恶劣季节里的负载需要，也就是要保证在光照最差的情况下蓄电池也能够被完全地充满电情况下蓄电池也能够被完全地充满电这样蓄电池全年都能到达全满状态，可延长蓄电池的使用寿这样蓄电池全年都能到达全满状态，可延长蓄电池的使用寿命，减少维护费用命，减少维护费用但由于光照最差季节的光照度大大低于平均值，这样设计的但由于光照最差季节的光照度大大低于平均值，这样设计的太阳电池组件在一年中的其他时候会远远超过实际需要，太阳电池组件在一年中的其他时候会远远超过实际需要，而且本钱高昂而且本钱高昂这时就可以考虑使用带有备用电源的混合系统这时就可以考虑使用带有备用电源的混合系统但是对于很小的负载，安装混合系统的本钱会很高；而在偏但是对于很小的负载，安装混合系统的本钱会很高；而在偏远地区，使用备用电源的操作和维护费用也相当高，所以远地区，使用备用电源的操作和维护费用也相当高，所以设计独立光伏系统的关键就是选择本钱效益最好的方案。
设计独立光伏系统的关键就是选择本钱效益最好的方案 5、光伏组件方阵设计及光伏、光伏组件方阵设计及光伏 方阵温度和伏安特性模型方阵温度和伏安特性模型 5、光伏组件方阵设计及光伏、光伏组件方阵设计及光伏 方阵温度和伏安特性模型方阵温度和伏安特性模型一般设计方法：一般设计方法：太阳电池组件设计的根本思想就是满足年平均日负载太阳电池组件设计的根本思想就是满足年平均日负载的用电需求的用电需求计算太阳电池组件的根本方法是用负载平均每天所需计算太阳电池组件的根本方法是用负载平均每天所需要的能量〔安时数〕除以一块太阳电池组件在一天要的能量〔安时数〕除以一块太阳电池组件在一天中可以产生的能量〔安时数〕，这样就可以算出系中可以产生的能量〔安时数〕，这样就可以算出系统需要并联的太阳电池组件数，使用这些组件并联统需要并联的太阳电池组件数，使用这些组件并联就可以产生系统负载所需要的电流就可以产生系统负载所需要的电流将系统的标称电压除以太阳电池组件的标称电压，就将系统的标称电压除以太阳电池组件的标称电压，就可以得到太阳电池组件需要串联的太阳电池组件数，可以得到太阳电池组件需要串联的太阳电池组件数，使用这些太阳电池组件串联就可以产生系统负载所使用这些太阳电池组件串联就可以产生系统负载所需要的电压。
需要的电压 5、光伏组件方阵设计及光伏、光伏组件方阵设计及光伏 方阵温度和伏安特性模型方阵温度和伏安特性模型一般设计方法一般设计方法 根本公式根本公式 ：：太阳电池组件的输出，会受到一些外在因素的影响而降低，太阳电池组件的输出，会受到一些外在因素的影响而降低，根据上述根本公式计算出的太阳电池组件，在实际情况下通根据上述根本公式计算出的太阳电池组件，在实际情况下通常不能满足光伏系统的用电需求，为了得到更加正确的结果，常不能满足光伏系统的用电需求，为了得到更加正确的结果，有必要对上述根本公式进行修正有必要对上述根本公式进行修正 光伏组件设计光伏组件设计①① 将太阳电池组件输出降低将太阳电池组件输出降低10% 在实际情况下，太阳电池组件的输出会受到外在环境的影响在实际情况下，太阳电池组件的输出会受到外在环境的影响而降低泥土、灰尘的覆盖和组件性能的慢慢衰变都会降低太阳电池泥土、灰尘的覆盖和组件性能的慢慢衰变都会降低太阳电池组件的输出组件的输出通常的做法就是在计算的时候减少太阳电池组件的输出通常的做法就是在计算的时候减少太阳电池组件的输出10%来解决上述的不可预知和不可量化的因素。
可以看成是光来解决上述的不可预知和不可量化的因素可以看成是光伏系统设计时需要考虑的工程上的平安系数伏系统设计时需要考虑的工程上的平安系数又因为光伏供电系统的运行还依赖于天气状况，所以有必要又因为光伏供电系统的运行还依赖于天气状况，所以有必要对这些因素进行评估和技术估计，因此设计上留有一定的对这些因素进行评估和技术估计，因此设计上留有一定的余量将使得系统可以年复一年地长期正常使用余量将使得系统可以年复一年地长期正常使用 光伏组件设计光伏组件设计②② 将负载增加将负载增加10%以应付蓄电池的库仑效率以应付蓄电池的库仑效率 在蓄电池的充放电过程中，铅酸蓄电池会电解水，在蓄电池的充放电过程中，铅酸蓄电池会电解水，产生气体逸出，这也就是说太阳电池组件产生的产生气体逸出，这也就是说太阳电池组件产生的电流中将有一局部不能转化储存起来而是耗散掉电流中将有一局部不能转化储存起来而是耗散掉所以可以认为必须有一小局部电流用来补偿损失，所以可以认为必须有一小局部电流用来补偿损失，我们用蓄电池的库仑效率来评估这种电流损失我们用蓄电池的库仑效率来评估这种电流损失不同的蓄电池其库仑效率不同，通常可以认为有不同的蓄电池其库仑效率不同，通常可以认为有5%～～10%的损失，所以保守设计中有必要将太阳能的损失，所以保守设计中有必要将太阳能电池组件的功率增加电池组件的功率增加10%，以抵消蓄电池的耗散，以抵消蓄电池的耗散损失。
损失 光伏组件设计光伏组件设计③③ 完整的太阳电池组件设计计算完整的太阳电池组件设计计算 光伏组件设计光伏组件设计其他应考虑的问题：其他应考虑的问题：①① 考虑季节变化对光伏系统输出的影响，逐月进行设计考虑季节变化对光伏系统输出的影响，逐月进行设计计算计算对于全年负载不变的情况，太阳电池组件的设计计算是对于全年负载不变的情况，太阳电池组件的设计计算是基于辐照最低的月份基于辐照最低的月份如果负载的工作情况是变化的，即每个月份的负载对电如果负载的工作情况是变化的，即每个月份的负载对电力的需求是不一样的，那么在设计时采取的最好方法力的需求是不一样的，那么在设计时采取的最好方法就是按照不同的季节或每个月份分别来进行计算，计就是按照不同的季节或每个月份分别来进行计算，计算出的最大太阳电池组件数目就是所求的值算出的最大太阳电池组件数目就是所求的值 光伏组件设计光伏组件设计其他应考虑的问题：其他应考虑的问题：②② 根据太阳电池组件电池片的串联数量选择适宜的太阳根据太阳电池组件电池片的串联数量选择适宜的太阳电池组件电池组件 太阳电池组件的日输出与太阳电池组件中电池片的串联太阳电池组件的日输出与太阳电池组件中电池片的串联数量有关。
数量有关太阳电池在光照下的电压会随着温度的升高而降低，从太阳电池在光照下的电压会随着温度的升高而降低，从而导致太阳电池组件的电压会随温度的升高而降低而导致太阳电池组件的电压会随温度的升高而降低根据这一物理现象，太阳电池组件生产商根据太阳电池根据这一物理现象，太阳电池组件生产商根据太阳电池组件工作的不同气候条件，设计了不同的组件：组件工作的不同气候条件，设计了不同的组件：36片片串联组件与串联组件与33片串联组件片串联组件 光伏组件设计光伏组件设计n36片太阳电池组件主要适用于高温环境应用，片太阳电池组件主要适用于高温环境应用，36片太阳电池的串片太阳电池的串联设计使得太阳电池组件即使在高温环境下也可以在联设计使得太阳电池组件即使在高温环境下也可以在Im附近工作附近工作通常使用的蓄电池系统电压为通常使用的蓄电池系统电压为12V，，36片串联就意味着在标准条件片串联就意味着在标准条件〔〔25℃℃〕下太阳电池组件的〕下太阳电池组件的Vm为为17V，大大高于充电所需的，大大高于充电所需的12V电压n当这些太阳电池组件在高温下工作时，由于高温太阳电池组件的当这些太阳电池组件在高温下工作时，由于高温太阳电池组件的损失电压约为损失电压约为2V，这样，这样Vm为为15V，即使在最热的气候条件下也足，即使在最热的气候条件下也足够可以给各种类型的蓄电池充电。
够可以给各种类型的蓄电池充电n采用采用36片串联的太阳电池组件最好应用在炎热地区，也可以使用片串联的太阳电池组件最好应用在炎热地区，也可以使用在安装了峰值功率跟踪设备的系统中，这样可以最大限度地发挥在安装了峰值功率跟踪设备的系统中，这样可以最大限度地发挥太阳电池组件的潜力太阳电池组件的潜力 光伏组件设计光伏组件设计n33片串联的太阳电池组件适宜于在温和气候环境下使用，片串联的太阳电池组件适宜于在温和气候环境下使用，33片串片串联就意味着在标准条件〔联就意味着在标准条件〔25℃℃〕下太阳电池组件的〕下太阳电池组件的Vm为为16V，稍，稍高于充电所需的高于充电所需的12V电压n当这些太阳电池组件在当这些太阳电池组件在40～～45℃℃下工作时，由于高温导致太阳电下工作时，由于高温导致太阳电池组件损失电压为池组件损失电压为1V，这样，这样Vm为为15V，也足够可以给各种类型的，也足够可以给各种类型的蓄电池充电蓄电池充电n但如果在非常热的气候条件下工作，太阳电池组件电压就会降低但如果在非常热的气候条件下工作，太阳电池组件电压就会降低更多如果到更多如果到50℃℃或者更高，电压会降低到或者更高，电压会降低到14V或者以下，就会发或者以下，就会发生电流输出降低。
这样对太阳电池组件没有害处，但是产生的电生电流输出降低这样对太阳电池组件没有害处，但是产生的电流就不够理想，所以流就不够理想，所以33片串联的太阳电池组件最好用在温和气候片串联的太阳电池组件最好用在温和气候条件下 光伏组件设计光伏组件设计③③ 使用峰值小时数的方法估算太阳电池组件的输出使用峰值小时数的方法估算太阳电池组件的输出 因为太阳电池组件的输出是在标准状态下标定的，但在实际因为太阳电池组件的输出是在标准状态下标定的，但在实际使用中，日照条件以及太阳电池组件的环境条件是不可能使用中，日照条件以及太阳电池组件的环境条件是不可能与标准状态完全相同，因此有必要找出一种可以利用太阳与标准状态完全相同，因此有必要找出一种可以利用太阳电池组件额定输出和气象数据来估算实际情况下太阳电池电池组件额定输出和气象数据来估算实际情况下太阳电池组件输出的方法，我们可以使用峰值小时数的方法估算太组件输出的方法，我们可以使用峰值小时数的方法估算太阳电池组件的日输出阳电池组件的日输出该方法是将斜面上的太阳辐射转换成等同的利用标准太阳辐该方法是将斜面上的太阳辐射转换成等同的利用标准太阳辐射射1000W/m2照射的小时数。
将该小时数乘以太阳电池组照射的小时数将该小时数乘以太阳电池组件的峰值输出就可以估算出太阳电池组件每天输出的安时件的峰值输出就可以估算出太阳电池组件每天输出的安时数太阳电池组件的输出为峰值小时数数太阳电池组件的输出为峰值小时数×峰值功率峰值功率 光伏组件设计光伏组件设计n例如：如果一个月的平均日辐射为例如：如果一个月的平均日辐射为5.0kW·h/m2,可以将其可以将其写成写成5.0h×1000W/m2,而而1000W/m2正好也就是用来标定正好也就是用来标定太阳电池组件功率的标准辐射量，那么平均辐射为太阳电池组件功率的标准辐射量，那么平均辐射为5.0kW·h/m2就根本等同于太阳电池组件在标准辐射下照就根本等同于太阳电池组件在标准辐射下照射射5.0hn这当然不是实际情况，但是可以用来简化计算这当然不是实际情况，但是可以用来简化计算n因为因为1000W/m2是生产商用来标定太阳电池组件功率的辐是生产商用来标定太阳电池组件功率的辐射量，所以在该辐射情况下的组件输出数值很容易从生产射量，所以在该辐射情况下的组件输出数值很容易从生产商处得到商处得到 光伏组件设计光伏组件设计例例1：一个偏远地区建设的光伏供电系统，使用直流负载为：一个偏远地区建设的光伏供电系统，使用直流负载为24V，，400A·h/天。
该地区最低的光照辐射是一月份，如天该地区最低的光照辐射是一月份，如果采用果采用30°的倾角，斜面上的平均日太阳辐射为的倾角，斜面上的平均日太阳辐射为3.0kW·h/m2，也就是相当于，也就是相当于3个标准峰值小时对于一个个标准峰值小时对于一个典型的典型的75W太阳电池组件，每天的输出为：太阳电池组件，每天的输出为：4.4A是是75W组件峰值电流〔组件峰值电流〔75W/17V=4.4A〕〕 光伏组件设计光伏组件设计n假设蓄电池的库仑效率为假设蓄电池的库仑效率为90%，太阳电池组件的输，太阳电池组件的输出衰减为出衰减为10%根据以上计算数据，可以选择并联组件数量为根据以上计算数据，可以选择并联组件数量为38，串联组，串联组件数量为件数量为2，所需的太阳电池组件数为：，所需的太阳电池组件数为： 光伏方阵温度和伏安特性模型光伏方阵温度和伏安特性模型①① 光伏方阵的外表温度与太阳辐射能、环境温度和风速光伏方阵的外表温度与太阳辐射能、环境温度和风速有关有关式中式中 TC—光伏方阵外表温度，光伏方阵外表温度，℃℃；； Ta—环境温度，环境温度，℃℃；； θG—辐照度修正系数，辐照度修正系数，θG =0.0138；； θTa—温度修正系数，温度修正系数，θTa =0.031；； θVW—风速修正系数，风速修正系数，θVW =0.042；； vW--风速，风速，m/s；； G--方阵面接收到的太阳总辐照度，方阵面接收到的太阳总辐照度，W /m2。
太阳能电池的品种和封装形式都会影响以上几个修正系数取值风太阳能电池的品种和封装形式都会影响以上几个修正系数取值风速修正系数还与方阵安装形式和位置有关，往往需要根据实际情况作进速修正系数还与方阵安装形式和位置有关，往往需要根据实际情况作进一步修正一步修正 光伏方阵温度和伏安特性模型光伏方阵温度和伏安特性模型②② 并联型光伏方阵的伏安特性在总辐照度并联型光伏方阵的伏安特性在总辐照度G0和太阳能和太阳能电池温度电池温度TC0时，为：时，为： I0—方阵工作电流；方阵工作电流； U0—方阵工作电压；方阵工作电压； ISC—方阵短路电流；方阵短路电流； U0C—方阵开路电压；方阵开路电压； C1—方阵电流系数；方阵电流系数； C2—方阵电压系数；方阵电压系数； Ump—方阵最正确工作电压；方阵最正确工作电压； Imp—方阵最正确工作电流方阵最正确工作电流 光伏方阵温度和伏安特性模型光伏方阵温度和伏安特性模型当太阳总辐照度和太阳能电池温度变化时，可采用以下公式当太阳总辐照度和太阳能电池温度变化时，可采用以下公式:〔〔G0、、G1为常数为常数〕〕 α—短路电流短路电流ISC的温度系数；的温度系数；β—开路电压开路电压U0C的的温度系数。
的的温度系数 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型n蓄电池的设计思想是保证在太阳光照连续低于平均值的蓄电池的设计思想是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍可以正常工作情况下负载仍可以正常工作n自给天数：系统在没有任何外来能源的情况下负载仍能自给天数：系统在没有任何外来能源的情况下负载仍能正常工作的天数正常工作的天数n系统设计者选择所需使用蓄电池容量大小的依据系统设计者选择所需使用蓄电池容量大小的依据 n自给天数确实定：自给天数确实定：n 与两个因素有关：负载对电源的要求程度；与两个因素有关：负载对电源的要求程度；n 光伏系统安装地点的气象条件，及最大连续阴雨光伏系统安装地点的气象条件，及最大连续阴雨天数 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型n通常可以把光伏系统安装地点的最大连续阴雨天数作为系统设计通常可以把光伏系统安装地点的最大连续阴雨天数作为系统设计中使用的自给天数，但还要综合考虑负载对电源的要求中使用的自给天数，但还要综合考虑负载对电源的要求n对于负载对电源要求不是很严格的光伏应用，我们在设计中通常对于负载对电源要求不是很严格的光伏应用，我们在设计中通常取自给天数为取自给天数为3～～5天。
天n对于负载要求很严格的光伏应用系统，我们在设计中通常取自给对于负载要求很严格的光伏应用系统，我们在设计中通常取自给天数为天数为7～～14天n所谓负载要求不严格的系统通常是指用户可以稍微调节一下负载所谓负载要求不严格的系统通常是指用户可以稍微调节一下负载需求从而适应恶劣天气带来的不便，而严格系统指的是用电负载需求从而适应恶劣天气带来的不便，而严格系统指的是用电负载比较重要，例如常用通信、导航或者重要的健康设施，如医院、比较重要，例如常用通信、导航或者重要的健康设施，如医院、诊所等此外还要考虑光伏系统的安装地点，如果在很偏远的地诊所等此外还要考虑光伏系统的安装地点，如果在很偏远的地区，必须设计较大的蓄电池容量，因为维护人员要到达现场需要区，必须设计较大的蓄电池容量，因为维护人员要到达现场需要花费很长时间花费很长时间 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型根本公式：根本公式： 最大放电深度的选择需要参考光伏系统中选择使用的蓄最大放电深度的选择需要参考光伏系统中选择使用的蓄电池的性能参数，可以从蓄电池供给商得到详细的有关该蓄电池的性能参数，可以从蓄电池供给商得到详细的有关该蓄电池最大放电深度的资料。
电池最大放电深度的资料 通常情况下，如果使用的是深循环型蓄电池，推荐使用通常情况下，如果使用的是深循环型蓄电池，推荐使用80%放电深度；如果使用的是浅循环蓄电池，推荐使用放电深度；如果使用的是浅循环蓄电池，推荐使用50%放电深度放电深度 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型n蓄电池的容量会随着蓄电池温度的变化而变化，当蓄电池温度下降蓄电池的容量会随着蓄电池温度的变化而变化，当蓄电池温度下降时，蓄电池的容量会下降时，蓄电池的容量会下降n通常，铅酸蓄电池的容量是在通常，铅酸蓄电池的容量是在25℃℃时标定的随着温度的降低，时标定的随着温度的降低，0℃℃时的容量大约下降到额定容量的时的容量大约下降到额定容量的90%，而在，而在-20℃℃的时候大约下降到的时候大约下降到额定容量的额定容量的80%，所以必须考虑蓄电池的环境温度对其容量的影响。
所以必须考虑蓄电池的环境温度对其容量的影响 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型n完整的蓄电池容量计算公式为：完整的蓄电池容量计算公式为： 确定了蓄电池容量后，就要选择用多少个单体蓄电确定了蓄电池容量后，就要选择用多少个单体蓄电池通过串并联得到所需蓄电池容量池通过串并联得到所需蓄电池容量串联蓄电池的个数由负载电压确定，串联蓄电池的个数由负载电压确定，因为单体蓄电池电压为因为单体蓄电池电压为2V 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型n并联蓄电池的个数理论上可以选择任何标称容量的单体蓄电并联蓄电池的个数理论上可以选择任何标称容量的单体蓄电池并联而成，但是在实际应用当中，要池并联而成，但是在实际应用当中，要尽量减少并联数目尽量减少并联数目也就是说也就是说最好是选择大容量的蓄电池最好是选择大容量的蓄电池以减少所需的并联数目以减少所需的并联数目这样做的目的就是为了尽量这样做的目的就是为了尽量减少蓄电池之间的不平衡减少蓄电池之间的不平衡所造成所造成的影响一般来讲，的影响一般来讲，建议并联的数目不要超过建议并联的数目不要超过4组。
组n目前很多光伏系统采用的是两组并联模式这样，如果有一目前很多光伏系统采用的是两组并联模式这样，如果有一组蓄电池出现故障，不能正常工作，就可以将该组蓄电池断组蓄电池出现故障，不能正常工作，就可以将该组蓄电池断开进行维修，而使用另外一组正常的蓄电池，虽然电流有所开进行维修，而使用另外一组正常的蓄电池，虽然电流有所下降，但系统还能保持在标称电压正常工作总之，蓄电池下降，但系统还能保持在标称电压正常工作总之，蓄电池的并联设计需要考虑不同的实际情况，根据不同的需要做出的并联设计需要考虑不同的实际情况，根据不同的需要做出不同的选择不同的选择 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型n例例2：一小型光伏应用系统，负载的耗电量为：一小型光伏应用系统，负载的耗电量为10kW·h/天，如果天，如果在该光伏系统中，我们选择使用的逆变器的效率为在该光伏系统中，我们选择使用的逆变器的效率为90%，输入，输入电压为电压为48V，那么可得所需的直流负载需求为，那么可得所需的直流负载需求为231.486A·h/天〔天〔10000W·h÷0.9÷48V=231.48A·h〕我们假设这是一个负载对〕。
我们假设这是一个负载对电源要求并不是很严格的系统，使用者可以比较灵活地根据天电源要求并不是很严格的系统，使用者可以比较灵活地根据天气情况调整用电我们选择气情况调整用电我们选择5天的自给天数，并使用深循环电天的自给天数，并使用深循环电池，放电深度为池，放电深度为80%，考虑工作温度，考虑工作温度0℃℃电池容量下降到电池容量下降到90%，那么，那么 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型n如果选用如果选用2V/〔〔400A·h〕的单体蓄电池，那么需要串联的电池〕的单体蓄电池，那么需要串联的电池数数需要并联的蓄电池数需要并联的蓄电池数所以该系统需要使用所以该系统需要使用2V/400A·h的蓄电池个数为：的蓄电池个数为： 24串联串联×4并联并联=96〔个〕〔个〕 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型例例3：乡村小屋的光伏供电系统〔纯直流系统〕，只在周末使：乡村小屋的光伏供电系统〔纯直流系统〕，只在周末使用，可以使用低本钱的浅循环蓄电池以降低系统本钱该用，可以使用低本钱的浅循环蓄电池以降低系统本钱该乡村小屋的负载为乡村小屋的负载为90A·h/天。
系统电压为天系统电压为24V我们选择我们选择自给天数为自给天数为2天，蓄电池允许的最大放电深度为天，蓄电池允许的最大放电深度为50%，， 如果选用如果选用12V/400A·h的蓄电池，那么只需要两只的蓄电池，那么只需要两只串联就可以了串联就可以了 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型 蓄电池放电模型：蓄电池放电模型： 蓄电池的荷电量〔蓄电池的荷电量〔SOC ，，State of Charge蓄电池蓄电池荷电状态是电池使用过程中的重要参数〕每天荷电状态是电池使用过程中的重要参数〕每天都在变化中，蓄电池的端电压都在变化中，蓄电池的端电压UB也随充放电状态也随充放电状态而异，蓄电池的内阻、自放电率和充放电率都对而异，蓄电池的内阻、自放电率和充放电率都对蓄电池的荷电量有影响蓄电池的荷电量有影响SOC(t)和和SOC〔〔t+dt〕〕--t时刻和时刻和t+dt时刻蓄电池的荷电时刻蓄电池的荷电Wh；； Ds--蓄电池自放电率，蓄电池自放电率，W/h；； RB--蓄电池内阻，蓄电池内阻，Ω；； UB--蓄电池端电压，蓄电池端电压，V；； IB--蓄电池电流，蓄电池电流，A。
K1--蓄电池充放电效率，蓄电池充放电效率，%；； 6．． 蓄电池设计及蓄电池放电模型蓄电池设计及蓄电池放电模型对铅酸蓄电池，有以下经验公式：对铅酸蓄电池，有以下经验公式：UBC和和UBd—蓄电池充电蓄电池充电电压和放电电压；电压和放电电压； RBC和和RBd—蓄电池蓄电池充电和放电时内阻；充电和放电时内阻； SOC〔〔t〕〕--t时刻蓄电时刻蓄电池的荷电量；池的荷电量； SOCmax--蓄电池充满蓄电池充满时的荷电量时的荷电量 7、环境温度模型、环境温度模型假设每天环境温度从极大到极小符合正弦曲线，于是有：假设每天环境温度从极大到极小符合正弦曲线，于是有：Ta(t)—t时刻环境温度；时刻环境温度； Tamax—当天最高环境温度，也可近似取当月平均最高气当天最高环境温度，也可近似取当月平均最高气温；温； Tamin--当天最低环境温度，也可近似取当月平均最低气温；当天最低环境温度，也可近似取当月平均最低气温； Tp—当地最高温度出现的时间当地最高温度出现的时间因为太阳能电池和蓄电池都对环境温度比较敏感，因而需要认因为太阳能电池和蓄电池都对环境温度比较敏感，因而需要认真对待。
真对待 8、控制器、控制器n控制器自身功耗由静态功耗和动态功耗两局部组成，控制器自身功耗由静态功耗和动态功耗两局部组成，与控制器的设计原理、结构及所采用元件密切相关与控制器的设计原理、结构及所采用元件密切相关采用新型半导体器件的优质控制器，功耗小于整个光采用新型半导体器件的优质控制器，功耗小于整个光伏系统功耗的伏系统功耗的1% 9、逆变器、逆变器nDC/AC逆变器的逆变效率随负载多少而变，优质逆变器在满逆变器的逆变效率随负载多少而变，优质逆变器在满负荷的负荷的20%～～80%之间都有较高的逆变效率，平均逆变效率可之间都有较高的逆变效率，平均逆变效率可以高达以高达90%～～96%随着电力电子学的开展，各种不同功率逆随着电力电子学的开展，各种不同功率逆变器的效率都会不断提高变器的效率都会不断提高n逆变器容量设计原那么逆变器容量设计原那么n①① 逆变器的额定功率应略大于系统中计算出的功率，即应加逆变器的额定功率应略大于系统中计算出的功率，即应加一个平安系数，通常取一个平安系数，通常取1.2～～1.5n②② 根据不同类型的负载确定逆变器容量，对于纯电阻型负载，根据不同类型的负载确定逆变器容量，对于纯电阻型负载，逆变器的功率即为系统中负载之和，而对于有感性负载的系统，逆变器的功率即为系统中负载之和，而对于有感性负载的系统，那么要根据感性负载启动时的浪涌电流加大逆变器容量。
那么要根据感性负载启动时的浪涌电流加大逆变器容量 9、逆变器、逆变器n根据以上原那么，那么可得出一个简单的逆变器计算表达根据以上原那么，那么可得出一个简单的逆变器计算表达式：式：CN—逆变器容量；逆变器容量； K—平安系数，一般取平安系数，一般取1.2～～1.5；； n—感性负载启动时的浪涌电流为额定电流的倍数；感性负载启动时的浪涌电流为额定电流的倍数； PG—系统中感性负载的功率；系统中感性负载的功率； PC—系统中纯电阻性负载的功率系统中纯电阻性负载的功率 10、独立光伏发电系统可靠性指数、独立光伏发电系统可靠性指数n独立光伏发电系统全年失电小时数〔独立光伏发电系统全年失电小时数〔LOLH，，Loss of Load Hours〕和全年〕和全年失电次数失电次数 〔〔LOLE，，Loss of Load Events〕都会直接影响光伏发电系统〕都会直接影响光伏发电系统的容量设计和系统的本钱，也直接影响的容量设计和系统的本钱，也直接影响到辅助能源容量配备及控制程序的设计到辅助能源容量配备及控制程序的设计n图示为某独立光伏发电系统一年中的失图示为某独立光伏发电系统一年中的失电小时数和失电次数的对应关系。
图〔电小时数和失电次数的对应关系图〔a〕中〕中Z〔〔t〕〕1表示一年中光伏发电系统表示一年中光伏发电系统不能满足负荷的供电时间；而不能满足负荷的供电时间；而Z〔〔t〕〕0表示系统能向负荷供电的时间即失电时表示系统能向负荷供电的时间即失电时间图〔b〕表示全年失电小时数累加〕表示全年失电小时数累加的情况 10、独立光伏发电系统可靠性指数、独立光伏发电系统可靠性指数n在某时刻在某时刻t，光伏发电系统对负荷的供电状态，光伏发电系统对负荷的供电状态Z〔〔t〕为：〕为：n 系统向负荷停止供电系统向负荷停止供电n 系统向负荷正常供电系统向负荷正常供电• 在这里讨论的失电小时数不包括因各个部件的故障而造成系统停止工作在这里讨论的失电小时数不包括因各个部件的故障而造成系统停止工作的时间以及正常维修保养所需要停机时间所以，这里讨论的失电小时的时间以及正常维修保养所需要停机时间所以，这里讨论的失电小时数及失电次数就是系统容量设计的可靠性数及失电次数就是系统容量设计的可靠性。
•光伏方阵容量缺乏或贮能蓄电池容量缺乏，都会引起失电小时数及失电光伏方阵容量缺乏或贮能蓄电池容量缺乏，都会引起失电小时数及失电次数增加次数增加•不同年份太阳辐射量的差异及负载量或耗电量的变化，也会造成失电小不同年份太阳辐射量的差异及负载量或耗电量的变化，也会造成失电小时数及失电次数的变化这里还可以用各年份的失电频度〔时数及失电次数的变化这里还可以用各年份的失电频度〔LOLF，，Loss of Load Frequency〕代替某一年的失电次数，作为独立光伏发电〕代替某一年的失电次数，作为独立光伏发电系统容量设计的可靠性评价指标系统容量设计的可靠性评价指标 四、计算机仿真结果四、计算机仿真结果n输入某地气象数据，求出输入某地气象数据，求出最正确倾斜面上光伏组件最正确倾斜面上光伏组件的电流电压参数，同时输的电流电压参数，同时输入某地的用电负荷曲线、入某地的用电负荷曲线、光伏方阵容量和蓄电池量，光伏方阵容量和蓄电池量，暂时不考虑输配电损失，暂时不考虑输配电损失，那么可以应用以上数学模那么可以应用以上数学模型和容量设计程序求得每型和容量设计程序求得每年用电负荷的失电小时数年用电负荷的失电小时数的计算机方阵结果。
的计算机方阵结果 四、计算机仿真结果四、计算机仿真结果n如图表示系统失电小时数与蓄电池容量的关系，包括由如图表示系统失电小时数与蓄电池容量的关系，包括由5种不同大小的光伏方阵及假设干个蓄电池〔每个标称种不同大小的光伏方阵及假设干个蓄电池〔每个标称12V〕组成的光伏发电系统采用南方某地气象数据输入后，〕组成的光伏发电系统采用南方某地气象数据输入后，所得系统失电小时数与蓄电池容量的关系所得系统失电小时数与蓄电池容量的关系n图中纵坐标为年失电小时数横坐标为蓄电池容量图中纵坐标为年失电小时数横坐标为蓄电池容量SB，，单位为单位为kWh分别用1520、、920、、760、、650、、640W几组几组不同容量的光伏方阵与蓄电池相配来显示与失电小时数的不同容量的光伏方阵与蓄电池相配来显示与失电小时数的关系，显然光伏方阵容量大一点、蓄电池容量小一点，或关系，显然光伏方阵容量大一点、蓄电池容量小一点，或光伏方阵小一点、蓄电池容量大一点，在一定范围内都能光伏方阵小一点、蓄电池容量大一点，在一定范围内都能满足某一确定的失电小时数的要求满足某一确定的失电小时数的要求 四、计四、计算机仿算机仿真结果真结果 四、计算机仿真结果四、计算机仿真结果n如图以蓄电池容量如图以蓄电池容量SB〔单位为〔单位为kWh〕为纵坐标，光伏方〕为纵坐标，光伏方阵容量阵容量PW〔〔W〕为横坐标，选定失电小时数分别为〕为横坐标，选定失电小时数分别为0、、100、、200、、300、、400、、500h等等6种状态来显示蓄电池容种状态来显示蓄电池容量量SB 和光伏方阵容量和光伏方阵容量PW〔〔W〕的匹配关系。
〕的匹配关系n显然，光伏方阵容量显然，光伏方阵容量PW〔〔W〕〕≤520W，蓄电池容量，蓄电池容量SB＜＜0.8kWh，均无法到达年失电小时数，均无法到达年失电小时数LOLH为为500h的要求而要满足给定的失电小时数，而要满足给定的失电小时数，PW〔〔W〕和〕和PB可以有多种可以有多种组合n优化的容量设计主要由光伏系统的本钱和太阳能电池组件优化的容量设计主要由光伏系统的本钱和太阳能电池组件及蓄电池的标准化规格来确定及蓄电池的标准化规格来确定 THE END 课堂作业课堂作业n1、独立光伏发电系统容量设计应考虑哪几方面的影、独立光伏发电系统容量设计应考虑哪几方面的影响因素n2、方阵最正确倾角、方阵最正确倾角β如何确定？如何确定？n3、完整的太阳电池组件设计应考虑哪些因素的影响、完整的太阳电池组件设计应考虑哪些因素的影响？？n4、蓄电池设计时自给天数如何确定？、蓄电池设计时自给天数如何确定？n5、试设计一个小型光伏供电系统，供西安地区某家、试设计一个小型光伏供电系统，供西安地区某家庭使用。