太阳能电池组件及方阵的设计方法案例图文说明
光伏发电系统组件方阵串并联数计算案例分析
光伏发电系统组件方阵串并联数计算案例分析光伏发电系统是利用太阳能光伏电池将太阳能转换为电能的一种清洁
能源技术。在建设光伏发电系统时，组件的串并联数的选择对系统的发电
效率和性能有着直接影响。在本文中，我们将以一个光伏发电系统组件方
阵串并联数计算的案例分析，来探讨如何选择合适的串并联数来提高光伏
系统的发电效率。
1.系统参数设定
我们假设要建设一个光伏发电系统，其总装机容量为100kW。在选取
光伏组件时，假设每个光伏组件的额定功率为300W，额定电压为30V，额
定电流为10A。为了简化计算，我们选择了相同参数的光伏组件来构建系统。
2.组件串并联数计算
在建设光伏发电系统时，我们需要确定每个组件的串联数和并联数，
以便将多个光伏组件连接成一个整体的光伏方阵。串联数决定了组件的总
电压，而并联数决定了组件的总电流。
首先，我们来计算光伏组件的串联数。根据光伏组件的额定电压和总
装机容量，我们可以得到每个串联中的组件数量：
串联数=总装机容量/（额定电压*总组件数）
假设我们选取了10个光伏组件来构建一个串联，那么串联数为10。
接着，我们来计算光伏组件的并联数。总电流等于总装机容量除以总电压，而总电流等于每个并联中的组件电流乘以并联数：
并联数=总电流/（额定电流*每组串联数）
为了方便计算，我们假设每个串联中有10个光伏组件，并且串联数
为1、这样我们可以得到并联数为10。
3.系统效率计算
一旦确定了组件的串并联数，我们就可以计算光伏系统的效率了。光
伏系统的效率可以通过光伏方阵的理论效率和实际效率来计算。光伏方阵
的理论效率可以通过光伏组件的额定功率和总装机容量来计算：理论效率=（额定功率*总组件数量）/总装机容量
太阳能光伏组件方阵的容量及串并联连接的设计方法
太阳能光伏组件方阵的容量及串并联连接的设计方法
光伏组件设计的基本思想就是满足年平均日负载的用电需求。计算光伏组件的基本方法是用负载平均每天所需要的能量（安时数）除以一块光伏组件在一天中可以产生的能量（安时数），这样就可以算出系统需要并联的光伏组件数，使用这些组件并联就可以产生系统负载所
如何设计光伏组件的大小以及光伏组件方阵的排布连接，是光伏系统设计中最重要的一环。这个步骤决定了用户60%的成本投入是否产生浪费或者是否不足。下面我们就来详细介绍光伏组件方阵的设计原理和案例。
一、基本公式
光伏组件设计的基本思想就是满足年平均日负载的用电需求。计算光伏组件的基本方法是用负载平均每天所需要的能量（安时数）除以一块光伏组件在一天中可以产生的能量（安时数），这样就可以算出系统需要并联的光伏组件数，使用这些组件并联就可以产生系统负载所需要的电流。将系统的标称电压除以光伏组件的标称电压，就可以得到系统需要串联的光伏组件数，使用这些光伏组件串联就可以产生系统负载所需要的电压。基本计算公式如下：
日平均负载（AH）
并联的组件数量＝------------------
组件日输出（AH）
系统电压（V）
串联组件数量
＝ ---------------
组件电压（V）
二、光伏组件方阵设计的修正
光伏组件的输出，会受到一些外在因素的影响而降低，根据上述基本公式计算出的光伏组件，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，有必要对上述基本公式进行修正。
1、将光伏组件输出降低10％
在实际情况工作下，光伏组件的输出会受到外在环境的影响而降低。泥土、灰、积雪的覆盖和组件性能的慢慢衰减都会降低光伏组件的输出。另外，逆变器的转换效率，以及电缆等系统内设备的损耗也会影响光伏组件实际输出的电流。
太阳能电池方阵功率计算方法
太阳能电池方阵功率计算方法（案例说明）
要计算太阳能电池组件的功率，必须要计算得到太阳能方阵面上所接收到的辐射量。下面以固定方阵为例进行设计。
1.太阳能电池方阵倾斜角确定
如果采用计算机辅助设计软件，应当进行太阳能电池方阵倾斜角的优化计算，要求在最佳倾斜角时冬天和夏天辐射量的差异尽可能小，而全年辐射量尽可能大，二者应当兼顾。这对纬度高地区尤其重要。高纬度地区的冬天和夏天水平面太阳能辐射差异非常大，如果按照水平面辐射量进行设计，则蓄电池的冬季存储量要远远大于阴雨天的存储量。造成蓄电池的设计容量和投资都加大。选择了最佳倾斜角，太阳能电池方阵面上的冬夏季辐射量之差就会变小，蓄电池的容量可以减少，系统造价降低，设计更为合理。如果不用计算机进行倾斜角优化设计，也可以根据当地纬度按照表2-13设计。
2.由水平面辐射量计算太阳能电池方阵平面上的辐射量
一般来讲，太阳能电池方阵面上的辐射量要比水平面辐射量高5%~15%不等；纬度越高，倾斜面比水平面增加的辐射量越大。
3.将倾斜面方阵面上的辐射量换算成峰值日照时数
换算公式如下：
如果辐射量的单位是：cal/cm2，则：
峰值日照时数=辐射量·0.0116，其中0.0116为将辐射量cal/cm2换算成峰值日照时数的换算系数。
峰值日照定义：100Mw/ cm2=0.1W/ cm2
1cal=4.1868J=4.1868W·S
则：（4.1868W·S）/（3600s/h·0.1W/ cm2）=0.0116h·cm2/cal
例如：假定某地年水平面辐射量为135Kcal/cm2，方阵面上的辐射量为148.5 Kcal/cm2，则年峰值日照时数为148500·0.0116=1722.6h；每日峰值日照时数为4.7h。
光伏阵列(太阳能电池板方阵)安装角度计算和确定
太阳能电池板方阵安装角度计算
由于太阳能是一种清洁的能源，它的应用正在世界范围内快速地增长。利用太阳光发电就是一种使用太阳能的方式，可是目前建设一个太阳能发电系统的成本还是较高的，从我国现阶段的太阳能发电成本来看，其花费在太阳电池组件的费用大约为30~40%，因此，为了更加充分有效地利用太阳能，如何选取太阳电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题。
1.方位角
太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0°）时，太阳电池发电量是最大的。在偏离正南（北半球）30°
度时，方阵的发电量将减少约10%~15%；在偏离正南（北半球）60°时，方阵的发电量将减少约20%~30%。但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大发电功率。在不同的季节，太阳电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发电量最大的时候。方阵设置场所受到许多条件的制约，例如，在地面上设置时土地的方位角、在屋顶上设置时屋顶的方位角，或者是为了躲避太阳阴影时的方位角，以及布置规划、发电效率、设计规划、建设目的等许多因素都有关系。如果要将方位角调整到在一天中负荷的峰值时刻与发电峰值时刻一致时，请参考下述的公式。至于并网发电的场合，希望综合考虑以上各方面的情况来选定方位角。方位角=（一天中负荷的峰值时刻（24小时制）—12）X 1$ （经度－116）10月9日北京的太阳电池方阵处于不同方位角时，日射量与时间推移的关系曲线。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。
光伏组件及阵列设计
1.1 引言
太阳电池是将太直接转换为电能的最根本元件，一个单体太阳能电池的单片为一个PN结，工作电压约为0.5V，工作电流约为20－25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。因而需根据使用要求将假设干单体电池进展适当的连接并经过封装后，组成一个可以单独对外供电的最小单元即组件〔太阳能电池板〕。其功率一般为几瓦至几十瓦，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。
当应用领域需要较高的电压和电流，而单个组件不能满足要求时，可把多个组件通过串连或并联进展连接，以获得所需要的电压和电流，从而使得用户获取电力。根据负荷需要，将假设干组件按一定方式组装在固定的机械构造上，形成直流发电的单元，即为太阳能电池阵列，也称为光伏阵列或太阳能电池方阵。一个光伏阵列包含两个或两个以上的光伏组件，具体需要多少个组件及如何连接组件与所需电压〔电流〕及各个组件的参数有关。
太阳能电池片并、串联组成太阳能电池组件；太阳能电池组件并、串联构成太阳能电池阵列。
1.2 光伏组件
1.2.1组件概述
光伏组件〔俗称太阳能电池板〕是将性能一致或相近的光伏电池片〔整片的两种规格125*125mm、156*156mm〕，或由激光机切割开的不同规格的太阳能电池，按一定的排列串、并联后封装而成。由于单片太阳能电池片的电流和电压都很小，把他们先串联获得高电压，再并联获得高电流后，通过一个二极管〔防止电流回输〕然后输出。电池串联的片数越多电压越高，面积越大或并联的片数越多则电流越大。如一个组件上串联太阳能电池片的数量是36片，这意味着这个太阳能组件大约能产生17伏的电压。
光伏发电光伏阵列设计及布置方案
光伏发电光伏阵列设计及布置方案
1.1光伏方阵布置方案
1.1.1布置原则
每两列组件间的间距设置保证在太阳高度角最低的冬至日9：00～15：00时，前后排太阳能电池组件间采光不受阻挡。
1.1.2方阵布置说明
根据设计原则，本项目共20个光伏组件阵列组成的发电区域，均采用45°倾角布置，采用固定式支架系统，支架基础采用混凝土独立基础式。
图一：支架定位参考样图
图一：支架定位参考样图
1.2光伏阵列设计
1.2.1光伏子方阵设计
一个1MWp的光伏方阵，由太阳能电池组件经过串并联组成。将组件串联得到并网逆变器所要求的电压，再将串联组件并联达到逆变器的功率要求。
1、太阳能电池串联组件数量计算：
根据逆变器的技术参数，最高输入电压为1100V，工作电压范围为500~1100V；组件的开路电压为37.62V；最大工作点的工作电压30.36V；开路电压温度系数为-0.33%/℃。
1）组件开路电压因温差升压百分比最高值：
65*0.003=21.45%（温度范围+25℃~-40℃考虑）；
2）组件开路因温差升压值：21.45%*37.62=8.1V；
3）组件开路最高升压值：37.62+8.1=45.72V；
4）组件串联最大数量：1100/45.72≈24块；
5）选择组件串联数量：20块。
2、1MWp子方阵太阳能电池数量计算：
单个发电单元的容量为1MWp，组件串并联接线：
1）20块组件串联为一路，每一路串联容量为
20*255=5.1kWp、输出电压20*30.36=607.2V；
2）每一台逆变器上太阳能电池组件并联数
光伏组件(方阵)应用的设计与安装
光伏组件（方阵）应用的设计与安装
一、任务导入
单体太阳电池不能直接做电源使用。作电源必须将若干单体电池串、并联连接和严密封装成组件。光伏组件（也叫太阳能电池板）是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。本单元所涉及的光伏电池及光伏电池组件主要以硅系光伏电池作为讲解对象。
二、相关知识
学习情境1 太阳能电池组件
(一）太阳能电池基础知识
太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4～lOOcm2不等。太阳能电池单体的工作电压约为0. 5V，工作电流约为20～25mA/cm2，一般不能单独作为光伏电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为光伏电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足太阳能光伏发电系统负载所要求的输出功率，如图2-16所示。
图2－16 太阳能电池单体、组件和方阵
（1）硅太阳能电池单体
常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成，在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。硅片本身是P型硅，表面扩散层是N区，在这两个区的结合处就是所谓的PN结。PN结形成一个电场。太阳能电池的顶部被一层抗反射膜所覆盖，以减少太阳能的反射损失。
将一个负载连接在太阳能电池的上下两表面间时，将有电流流过该负载，于是太阳能电池就产生了电流；太阳能电池吸收的光子越多，产生的电流也就越大。光子的能量由波长决定，低于基能能量的光子不能产生自由电子，一个高于基能能量的光子将仅产生一个自由电子，多余的能量将使太阳能电池发热，伴随热能损失使太阳能电池的转换效率下降。
光伏方阵典型设计案例
光伏方阵典型设计案例
光伏方阵是由多个太阳能电池板组成的系统，用于将太阳光转化为电能。以下是一个典型的光伏方阵设计案例：
1. 方阵规模：光伏方阵的规模根据实际需求确定，我们以一个中等规模的方阵为例，假设由100个太阳能电池板组成。
2. 方阵布局：太阳能电池板可以采用平面布局或斜面布局。平面布局是将太阳能电池板平放在地面或屋顶上，斜面布局是将太阳能电池板倾斜放置，以增加太阳辐射面积。在此案例中，我们采用斜面布局。
3. 太阳能电池板安装角度：太阳能电池板的安装角度应考虑到当地的纬度、季节和太阳轨迹等因素。一般来说，安装角度可以设置为与当地纬度相等，或者根据经验值进行调整。在本案例中，我们假设安装角度为30度。
4. 太阳能电池板位置：太阳能电池板之间的距离要足够大，以避免相互遮挡阻碍光照。一般来说，相邻太阳能电池板之间的距离应大于它们的高度。在本案例中，我们假设太阳能电池板之间的距离为1.5米。
5. 方阵接线：太阳能电池板通过电线连接到电池组或逆变器。电线的选用要考虑太阳能电池板的功率和电流，以及电线的导电能力。在本案例中，我们假设使用2.5平方毫米的铜芯电线。
6. 方阵支架：方阵的太阳能电池板需要安装在支架上。支架的
选用要考虑安装角度和地面或屋顶的承重能力。一般来说，支架应具有稳定性和耐腐蚀性。在本案例中，我们假设使用由钢材制成的支架。
以上是光伏方阵的典型设计案例，具体的设计还需要根据实际情况进行调整和优化。
第三章 太阳能电池组件和方阵
边框
作用
保护组件 方便组件与方阵的连接固定 边框与黏结剂构成对组件边缘的密封。
主要材料
铝合金、不锈钢、橡胶或增强塑料等
Back
常用材料
铝合金 高强度，抗机械冲击能力强
Back
建材屋顶一体型太阳能电池组件 ① 瓦一体型太阳 能电池组件 ② 可拆卸式建材 屋顶一体型太 阳能电池组件
③ 屋顶面板式建 材屋顶一体型 太阳能电池组 件
④ 隔热式建材屋 顶一体型太阳 能电池组件
建材墙壁一体型太阳能电池组件
①玻璃壁式建材墙 壁一体型太阳 能电池组件
②金属壁式建材墙 壁一体型太阳 能电池组件
Back
柔性式建材一体型太阳能电池组件
Back
6.太阳电池方阵
Thank you
上盖板
要求
高透光率 牢固
抗冲击力强 起到长期保护电池的作用
主要材料
钢化玻璃 聚丙烯酸类树脂
透明聚酯 聚碳酸酯等
Back
常用材料
低铁钢化玻璃 厚度一般为3mm或4mm，在晶体硅太阳 电池响应的波长范围内透光率可达 90%以上，同时耐受太阳紫外线辐射.
黏结剂
要求
4.太阳电池组件的生产工艺流程
5.几种常见的太阳能电池组件
（1） 硅系太阳能电池组件
单晶硅太阳能电池
多晶硅太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池
太阳能电池方阵的设计
太阳能电池方阵的设计
叶明
（1. 大连海事大学，物理系，2011应用物理学）
摘要：
太阳能电池方阵是为了满足高电压、大功率的发电要求，由若干个太阳能电池组件通过串、并联连接，并通过一定的机械方式固定组合在一起的。除太阳能电池组件的串、并联组合外，太阳能电池方阵还需要防逆流二极管、旁路二极管、电缆等对电池组件进行电气连接，并配备专用的、带避雷器的直流接线箱。
关键词：热斑效应，二极管，太阳能电池
1 太阳能组件的热斑效应
在太阳能电池方阵中，如果发生有阴影（例如树叶、鸟类、鸟粪等）落在某单体电池或一组电池上，或当组件中的某单体电池被损坏时，但组件或方阵的其余部分仍处于太阳暴晒之下正常工作，这样为被遮挡的部分太阳能电池或组件就要对局部被遮挡或已损坏的太阳能电池或组件提供负载的所需的功率，使该部分太阳能电池如同一个工作在与反向偏置下的二极管，其电阻和压降很大，从而消耗功率导致发热。由于出现高温，称之为“热斑”。
在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件将被当作负载消耗其他被光照的太阳能电池组件所产生的部分能量或所有能量，被遮挡的太阳能电池组件此时将会发热，这就是“热斑效应”，多组并联的太阳能电池组件，假设其中一块被部分遮挡，也会形成热斑，如图1,2所示。
热斑效应会严重影响地破坏太阳能电池组件，甚至可能会使焊点熔化、封装材料破坏、乃至整个组件失效。产生热斑效应的原因除了以上情况外，还有个别质量不好的电池片混入电池组件、电极焊片虚焊、电池片隐裂或破损、电池片性
能变坏等因素，需要引起注意。
2太阳能电池的防逆流二极管和旁路二极管
太阳能电池方阵设计实验报告
太阳能电池方阵设计实验报告
一、实验目的
本实验旨在探究太阳能电池方阵设计对电能输出效果的影响,并通过实验数据的分析,确定最佳的太阳能电池方阵设计参数,以提高太阳能电池的能量转换效率。
二、实验器材
1.太阳能电池板
2.数字多用表
3.电线
4.实验架
5.光照度计
6.直尺、量角器等测量工具
三、实验步骤及操作
1.选定实验地点,确保其具有充足的阳光照射强度。
2.测量并记录当前环境的光照度。
3.确定太阳能电池方阵的设计参数,包括电池板面积、板子数量、板子之间的距离、方向和角度等。
4.搭建太阳能电池方阵,确保每个电池板之间的距离均匀,方向和角度一致。
5.将数字多用表连接至太阳能电池板上,记录输出电压和电流的数值,并计算功率。
6.根据太阳能电池板的数量、板子之间的距离、方向和角度等参数,逐个更改电池方阵设计,并记录各种设计参数下的电池输出功率。
四、实验结果与分析
1.根据实验数据分析太阳能电池方阵设计对电能输出功率的影响。
2.确定最佳的太阳能电池方阵设计参数,以提高太阳能电池的能量转换效率。
3.探究太阳能电池方阵在不同的光照强度下的输出功率变化规律。
五、实验结论
1.太阳能电池方阵的设计参数直接影响电能输出功率,不同的设计参数会带来不同的输出效果。
2.最佳的太阳能电池方阵设计参数应根据当地的光照强度,板子数量、板子之间的距离、方向和角度等参数来确定。
3.太阳能电池方阵输出功率随着光照强度的不同而有所变化,只有在充足的光照条件下才能获得最大的输出功率。
六、实验注意事项
1.实验环境必须充足的阳光照射,否则不能得到可靠的实验数据。
太阳能光伏发电技术_3_太阳电池_组件及光伏方阵
本文由mideabear贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。!"#$%&’( )*+&,-%.专家讲堂’/0/太阳电池半导体光生伏打电效应 硅，地球上最丰富的元素之太阳能光伏发电技术 （!）一， “提纯” “生长” 经 和 后成为晶体 半导体， 是构成太阳电池的基本材 料。 太阳电池特有的电特性是借助 于 在 晶 体 硅 中 掺 入 某 些 元 素 （例 如： 磷或硼等） 从而在材料的分子 ， 电荷里造成永久的不平衡， 形成具 有特殊电性能的半导体材料。 具有 光 1电转换特性的半导体器件通常太阳电池、 组件及光伏方阵! 中国科学院 马胜红 陆虎俞由两种分别称为 # 型半导体和 2 型半导体的材料结合而成。 当 光照射到 #12 结上时， 产生电子 1 空穴 对 ， 半 导 体 内 部 结 附 在 近生成的载流子， 受内建电场的吸引到达空间电荷区。电子流 入 2 区， 空穴流入 # 区， 结果使 2 区储存了过剩的电子， 区有 # 过剩的空穴， #12 结附近形成与势垒方向相反的光生电场。 在 光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外， 还使 # 区带正电， 2 区带负电， 2 区和 # 区之间的薄层产生电动势， 在 这就是 “光生 伏打效应” 此时， 。 如果将外电路短路， 则外电路中就有与入射光 能量成正比的光电流流过， 这个电流称作短路电流。另一方面， 若将 #12 结两端开路， 则由于电子和空穴分别流人 2 区和 # 区， 使 2 区的费米能级比 # 区的费米能级高，在这两个费米能级之 并称为开路电压。 间就产生了电位差 3。可以测得这个值，出， 再通过灯泡返回到蓄电池。由蓄电池流出的电子所获得的 在照明灯里消耗掉。 /43 势能， 太阳电池组件是一组用金属线串联或串 5 并联起来的太阳 电池， 目的是产生所希望的电压和电流。太阳电池像小的蓄电 池， 当用金属线串联时， 电流值恒定， 电压累加。每个太阳电池 电压约 607 伏， 个电池串联的光伏组件工作电压 /> 伏， 标称 <= 组件的输出电流与每个单独的电池电流相同。 电压 /4 伏， 依照上述电路的构成原理， 将蓄电池替换成光伏组件后， 在 阳光的照射下灯泡也将发光， 从而构成一个最简单的光伏电路。404串联和并联光伏电路 太阳电池组件同电源一样，也采用电压值和电流值标定。在充足的阳光下 769 组件标称电压是 /43， 电流大约 <:。光 伏组件可以组合到一起，根据需要可得到不同的电压和电流。 同蓄电池一样， 将光伏组件串联时电压将增加， 电流值不变。 同 样的两个 /43、 光伏组件串联接线后得到 483、 系统。
第十一三讲 太阳能电池组件与阵列
• ⑥ 冰雹实验
• 以钢球代替冰雹从不同角度以一定动量撞击组件，检测组 件产生的外观缺陷、电性能衰减率，以确定组件抗冰雹撞击 的能力。 • ⑦ 老化实验 • 老化实验用于检测太阳能电池组件暴露在高湿和高紫外线 辐照场地时具有有效抗衰减能力。将组件样品放在65℃、光
谱约6.5的紫外太阳下辐照，最后检测光电特性，看其下降损
第十三讲 太阳能组件与阵列
2.13.1太阳能电池组件
1. 太阳能电池的单体、组件和方阵
(a) 单体
(b)组件
(c)方阵
若干单体电池
电池组件 若干电池组件
电池阵列
• （1）太阳能电池单体
• 前面介绍的太阳能电池，在太阳能电池的结构术语中，称 为太阳能电池单体或太阳能电池片 ，是将光能转换为电能的 最小单元。 • 单体电池一般不直接作为电源使用，原因：
• 组合连接损失的大小取决于电池组件性能参数的离散 性，因此除了在电池组件的生产工艺过程中，尽量提 高电池组件性能参数的一致性外，还可以对电池组件 进行测试、筛选、组合，即把特性相近的电池组件组 合在一起。 • 例如，串联组合的各组件工作电流要尽量相近，每串 与每串的总工作电压也要考虑搭配得尽量相近，最大 幅度地减少组合连接损失。
• 旁路二极管一般都直接安装在组件接线盒内，根据组 件功率大小和电池片串的多少，安装1~3个二极管，如 图所示。其中图(a)采用一个旁路二极管，当该组件被 遮挡或有故障时，组件将被全部旁路；图(b)和图(c)分 别采用2个和3个二极管将电池组件分段旁路，则当该 组件的某一部分有故障时，可以做到只旁路组件的一 半或1/3，其余部分仍然可以继续参加工作。
太阳能电池组件及方阵的研究和设计
太阳能电池组件及方阵的研究和设计作者：王娜樊晓宇左绪忠刘春见
来源：《科技风》2021年第10期
摘要：太阳能方阵及组件的设计是光伏系统的重要部分，决定了光伏系统的效率和性能。通过分析太阳能单体、太阳能组件和太阳能方阵的性能和特点，给出太阳能组件及方阵的设计的一般原则。
关键词：太阳能电池;光伏组件;光伏方阵
目前，我国资源枯竭现象明显。东北集中了我国1/4的资源型城市，1998年出现“东北现象”、2000年出现“萎缩矿区”、2005年出现“森林基地缩减至98%”等资源枯竭现象。国内生态环境日趋恶化。长期的传统能源消耗，人造气体增加。以地球为研究对象，太阳光辐射为吸热，地球辐射为放热、吸收和放热，因为大气层的存在而保持一定的温度。现在随着人造气体的增加，地球的能量不能正常逃逸，地球就像被困在厚厚的玻璃里，这样地球温度上升，这就是全球温室效应。最近几年，空气污染较为突出，雾霾天气频繁出现，严重影响人们的出行和生活。因为长时间雾霾、地下水层污染和食品添加剂的长期使用，最近几年，肝癌、胃癌和肺癌等癌症将会越来越普遍。
与清洁能源使用相比，传统能源开采过程会对地表造成严重的破坏，以露天煤矿为例，需要剥离岩土层才能露出煤炭，长年累月的挖掘，山丘被夷为平地，平地被铲成洼地。岩土层没被剥离后的矿区会寸土不生，严重破坏了生态平衡。我国地域辽阔，大大小小的露天煤矿多达5300个。尽管如此，我国露天煤矿占总煤量的15%，85%的储量在多百米甚至千米之下，需要井下作业。开采结束后，原来的煤层填充空间如果置之不理就会发生岩层垮塌和地面下沉现象。
光伏阵列(太阳能电池板方阵)安装角度计算和确定
太阳能电池板方阵安装角度计算
由于太阳能是一种清洁的能源，它的应用正在世界范围内快速地增长。利用太阳光发电就是一种使用太阳能的方式，可是目前建设一个太阳能发电系统的成本还是较高的，从我国现阶段的太阳能发电成本来看，其花费在太阳电池组件的费用大约为30～40％，因此，为了更加充分有效地利用太阳能，如何选取太阳电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题。
1.方位角
太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0°）时，太阳电池发电量是最大的。在偏离正南（北半球）30°度时，方阵的发电量将减少约10％～15％；在偏离正南
在
值时刻（24
但是，-60％）
过渡时，
于50°～
直放置到
池不能被日光直接照到时，那么只有散射光用来发电，此时的发电量比无阴影的要减少约10％～20％。针对这种情况，我们要对理论计算值进行校正。通常，在方阵周围有建筑物及山峰等物体时，太阳出来后，建筑物及山的周围会存在阴影，因此在选择敷设方阵的地方时应尽量避开阴影。如果实在无法躲开，也应从太阳电池的接线方法上进行解决，使阴影对发电量的影响降低到最低程度。另外，如果方阵是前后放置时，后面的方阵与前面的方阵之间距离接近后，前边方阵的阴影会对后边方阵的发电量产生影响。有一个高为L1的竹竿，其南北方向的阴影长度为L2，太阳高度（仰角）为A，在方位角为B时，假设阴影的倍率为R，则：
R＝L2/L1＝ctgA×cosB
此式应按冬至那一天进行计算，
光伏发电系统组件方阵串并联数计算案例分析
光伏发电系统组件方阵串并联数计算案例分析
1.电池组件选型与配置原则
(1)光伏组件应根据类型、峰值功率、转换效率、温度系数、组件尺寸、重量、功率辐照度特性等技术条件进行选择。
(2)光伏组件依据太阳辐射量、气候特性、场地面积等因素，经技术经济比较确定。 (3)太阳能辐射量较高、直射分量较大的场地宜采用晶体硅光伏电池或聚光光伏组件。 (4)太阳能辐射量较低、散射分量较大、环境温度较高的地区宜采用薄膜光伏组件。 2.电池组件容量及串并联分析
在前面章节中已经阐述过离网系统电池组件容量分析方法，再次我们重点分析电池组件串并联数分析。
计算太阳能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能电池组件数。这些组件的并联输出电流就是系统负载所需要的电流。具体公式为：
）
组件日平均发电量（）负载日平均用电量（电池组件并联数Ah Ah =
其中, 组件日平均发电量=组件峰值工作电流(A)×峰值日照时数(h)。 假设告知负载日耗电（KWh ），如何计算负载日平均用电量（Ah ）。
再将系统的工作电压除以太阳能电池组件的峰值工作电压，就可以算出太阳能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。具体公式为：
组件峰值工作电压
系数）系统工作电压（电池组件串联数 1.43V ⨯=
系数1.43是太阳能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能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。
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太阳能电池组件及方阵的设计方法案例图文说明
上面已经说过，太阳能电池组件的设计就是满足负载年平均每日用电量的需求。所以，设计和计算太阳能电池组件大小的基本方法就是用负载平均每天所需要的用电量（单位：安时或瓦时）为基本数据，以当地太阳能辐射资源参数如峰值日照时数、年辐射总量等数据为参照，并结合一些相关因素数据或系数综合计算而得出的。
在设计和计算太阳能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能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。下面就以第二种方法为例介绍一个常用的太阳能电池组件的设计计算公式和方法，其他计算公式和方法将在下一节中分别介绍。
1．基本计算方注
计算太阳能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能电池组件数。这些组件的并联输出电流就是系统负载所需要的电流。具体公式为：
负载用电10A,负载工作8小时。（220V ）
）
组件日平均发电量（）负载日平均用电量（电池组件并联数Ah Ah =
其中, 组件日平均发电量=组件峰值工作电流(A)×峰值日照时数(h)。 假设告知负载日耗电（KWh ），如何计算负载日平均用电量（Ah ）。
再将系统的工作电压除以太阳能电池组件的峰值工作电压，就可以算出太阳能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。具体公式为：
组件峰值工作电压
系数）系统工作电压（电池组件串联数 1.43V ⨯=
系数1.43是太阳能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能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，则：
44.0317V
1.43
V 48≈=⨯=
）（电池组件串联数（块）
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，计算公式是：
(W)率选定组件的峰值输出功×组件串联数×组件并联数(W)率电池组件（方阵）总功=
例如，我们设计一个离网光伏发电系统，用电负载需求如下表所示。提供电池组件240W,
最大工作电流8A ，最大工作电压30V ，系统工作电压为交流220V ，假设系统中不存在升压电路。请设计电池组件容量。
2．相关因素的考虑
上面的计算公式完全是理想状态下的书面计算。如果根据上述计算公式计算出的电池组件容量，在实际应用当中是不能满足光伏发电系统的用电需求的。为了得到更准确的数据，就要把一些相关因素和数据考虑进来并纳入到计算中。与太阳能电池组件发电量相关的主要因素有两点。
(1)太阳能电池组件的功率衰降。在光伏发电系统的实际应用中，太阳能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时，还要考虑交流逆变器转换效率的损失也按l0%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。
(2)蓄电池的充放电损耗。在蓄电池的充放电过程中，太阳能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只有90%～95%。因此在设计时也要根据蓄电池的不同将电池组件的功率增加5%～10%，以抵消蓄电池充放电过程中的耗散损失。
3．实用的计算公式
上面的公式只是一个理论的计算，在考虑到各种因素影响后，将相关系数纳入到上述公式中，才是一个设计和计算太阳能电池组件的完整公式。
将负载日平均用电量除以蓄电池的充电效率，就增加了每天的负载用电量，实际上给出了电池组件需要负担的真正负载；将电池组件的损耗系数乘以组件的日平均发电量，这样就考虑了环境因素和组件自身衰降造成的组件发电量的减少，有了一个符合实际应用情况下的太阳能电池发电量的保守估算值。综合考虑以上因素，得出计算公式如下： 逆变器效率系数
组件损耗系数充电效率系数）组件日平均发电量（）
负载日平均用电量（电池组件并联数⨯⨯⨯=
Ah Ah
）
组件峰值工作电压（系数）系统工作电压（电池组件串联数V 1.43V ⨯=
在进行太阳能电池组件的设计与计算时，还要考虑季节变化对系统发电量的影响。因为在设计和计算得出组件容量时，一般都是以当地太阳能辐射资源的参数如峰值日照时数、年辐射总量等数据为参照数据，这些数据都是全年平均数据，参照这些数据计算出的结果，在春、夏、秋季一般都没有问题，冬季可能就会有点欠缺。因此在有条件时或设计比较重要的光伏发电系统时，最好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太阳能组件数量是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。
计算举例：某地建设一个移动通信基站的太阳能光伏供电系统，该系统采用直流负载，负载工作电压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 太阳能电池组件，其主要参数：峰值功率125W 、峰值工作电压34.2V 、峰值工作电流3.65A ，计算太阳能电池组件使用数量及太阳能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。
14.490.9
0.93.5h 3.65A 150Ah
=⨯⨯⨯=）（电池组件并联数=15
234.2
1.43
48V =⨯=电池组件串联数
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路，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5-7所示。
该电池方阵总功率=15×2×125W=3750W 。