太阳能电池组件及方阵的设计方法案例图文说明

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 。