太阳能系统设计常用公式

太阳能系统设计常用公式
1、时角ω：从太阳正午起算，顺时针方向为正，逆时针方向为负
︒⨯=15)12(的小时数时距离正午ω；
2、赤纬角δ：太阳中心和地心的连线与赤道平面的夹角
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡+⨯
=365284360sin 45.23n δ，其中n 为一年中的日期序号，元旦n=1； 3、太阳高度角s α：太阳光线与其在地平面上投影线之间的夹角
ωδϕδϕθαcos cos cos sin sin cos sin +==z s
4、天顶角z θ：太阳光线与地平面法线之间的夹角
s z αθ-︒=90
5、方位角s γ：太阳光线在地平面上投影和地平面上正南方向线之间的夹角，
正南方向为0°，向西为正，向东为负
s s αω
δγcos sin cos sin =
；ϕ
αδϕαγcos cos sin sin sin cos s s s -=
6、日出、日落的时角s ω
δϕωtan tan cos -=s
sr ω为日出时角：s sr ωω-=；ss ω为日落时角：s ss ωω=
7、日照时间N ：当地由日出到日落之间的时间间隔
)tan tan arccos(15
2
15
δϕωω-=
+=
sr
ss N 8、阴影长度d
()[]
ϕϕsin 399.0cos 648.0arcsin tan 707.0-=
H
d
9、两排方阵之间最短距离D
d H c D +⨯=θtan
10、地表倾斜面上的月平均太阳辐照量
天空各向同性模型：
式中 ：倾斜面上的月平均太阳总辐照量 ：水平面上的月平均太阳直射辐照量 ：水平面上的月平均太阳散射辐照量 ：水平面上的月平均太阳总辐照量 ：倾斜面与水平面之间夹角 ：地面反射率 ，取0.2 ：倾斜面与水平面上的日太阳直射辐照量之比的月平均值
对于北半球面朝赤道（ γ =0°）
式中
， 对于南半球面朝赤道（ γ =0°）
式中
天空各向异性模型：
式中 ：倾斜面上太阳月平均总辐照量与水平面上月平均总辐照量的比值 ：水平面上月平均太阳总辐照量 ：水平面上月平均太阳散射辐照量
：方阵倾角 ：地面反射率
其中 T b H d H b
R H βρ
()δϕωtan tan cos 1-=-s ()()()[]
δβϕδϕωtan tan cos ,tan tan cos min 11---='--s ()()()[]
δβϕδϕωtan tan cos ,tan tan cos min 11+--='--s ()[]()()[]{}⎩⎨⎧>+-≥=ss sr sr s s ss sr
ss sr ss G G G D ωωωωωωωωωω,,,,0max ,,,0max R H d H βρβ
γϕβsin cos tan cos +=A
式中 ：倾斜面方位角 ：太阳赤纬角 ：水平面上的日落时角
：倾斜面上日落时角
11、负载日耗电量计算公式：
负载日耗电量=负载功率/系统电压x 工作时间
12、蓄电池容量计算公式：
蓄电池容量=A*QL*NL*To/cc
A ：蓄电池安全系数，一般1.1-1.4，设计取1.2； QL ：负载日耗电量； NL ：连续阴雨天数；
To ：温度修正系数，0℃以上取1
，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2； CC ：放电深度，铅酸蓄电池取0.75，碱性镍镉蓄电池取0.85；
13、独立系统容量设计： 1）组件串联数Ns ：
Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc
式中： UR 为太阳能电池方阵输出最小电压;；
γδs
ωδϕωtan tan cos -=s ωω
Uoc 为太阳能电池组件的最佳工作电压； Uf 为蓄电池浮充电压；
UD 为二极管压降,一般取0.7V ； UC 为其它因数引起的压降；
2）组件并联数Np ：
Np=(Bcb+Nw×QL)/(Qp×Nw)
需补充的蓄电池容量Bcb=A×QL×NL （QL 负载日耗电量， NL 连续阴雨天数） 太阳能电池组件日发电量Qp=Ioc×H×Kop×Cz 式中：Ioc 为太阳能电池组件最佳工作电流；
H 为峰值日照；
Kop 为斜面修正系数；
Cz 为修正系数，主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等损失，一般取0.8； 两个最长连续阴雨天之间的最短间隔天数Nw ；
3）太阳能电池方阵的功率P ：
P=Po×Ns×Np
14、组件（电池片）转换效率η：
S
I
V S p p m m in m ⨯⨯=⨯=
1000η 式中 m P ：组件（电池片）最大输出功率；
in P ：入射功率；
m V ：组件（电池片）最大工作电压； m I ：组件（电池片）最大工作电流；
S ：组件（电池片）面积；
15、风压载荷W ：
w w A q C W ⨯⨯=
式中 W ：风压载重；
w C ：风力系数；
q ：设计用的风压（N/m 2）；
w A ：受风面积；
①、设计用的风压q ：
J I a q q o ⨯⨯⨯=
式中 q ：设计用的风压（N/m 2）；
o q ：基准风压（N/m 2）
； a ：高度补偿系数；
I ：用途系数；
J ：环境系数；
1）基准风压o q ：设定基准高度10m ；
16002122
o o o V V q =
⨯⨯=σ
2）高度补偿系数a ：
n
o h h a 1⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=
式中 a ：高度补偿系数；
h ：阵列的地面以上高度；
o h ：基准地面以上高度10米；
n ：因高度递增变化的程度，5为标准；
3）用途系数I ：通常1.0；
4）环境系数J ：通常1.0
；
②、风力系数w C ：
16、积雪载荷S ：
s
s s A Z P C S ⨯⨯⨯=
式中 S ：积雪载重；
s C ：坡度系数；
P ：雪的平均质量（相当于积雪1cm 的质量，N/m 2），一般地方19.6N
以上，多雪区域为29.4N 以上；
s Z ：地上垂直最深积雪量（cm ）
； s A ：积雪面积；
1）坡度系数s C ：
2）雪的平均单位质量P ：
积雪厚度为1cm 、面积为1m 2的质量； 3）地上垂直最深积雪量s Z ：
17、地震载荷K ：一般地方由式①计算，多雪区域由式②计算；
G
C K ⨯=1 ①
)
35.0(1S G C K +⨯= ②
式中 K ：地震载荷（N ）；
1C ：地震层抗剪系数；
G ：固定载荷（N ）；
S ：积雪载荷（N ）；
地震层抗剪系数由下式计算：
o i t C A R Z C ⨯⨯⨯=1
式中 Z ：地震地域系数；
t R ：振动特性系数； i A ：层抗剪分布系数；
o C ：标准抗剪系数（0.2）以上；
18、欧洲效率erp η：加权效率
%100%50%30%20%10%520.048.010.013.006.003.0ηηηηηηη+++++=erp
19、系统发电效率：
并网光伏系统效率=组件方阵效率（95%）x 直流配电效率（98%）x 并网逆变器
欧洲效率（95%）x 并网逆变器MPPT 效率（97%）x 交流配电效率（98%）x 升压变压器效率（95%）x 灰尘及其它损耗（98%）=78%
独立光伏系统效率=组件方阵效率（95%）x 直流配电效率（98%）x 控制器效率
（95%）x 离网逆变器效率（85%）x 蓄电池效率（80%）x 交流配电效率（98%）=59%
20、系统发电量：
系统年发电量=方阵功率x 峰值日照x 系统发电效率x365天
21、节能减排计算：
每节约 1度（千瓦时）电，就相应节约了0.35Kg 标准煤，同时减少二氧化 碳（CO 2）排放0.872Kg 、二氧化硫（SO 2）0.0263Kg 、氮氧化物（NO X ）0.0131Kg 、碳粉尘0.238Kg ；
22、光伏组件结构组成：
普通光伏组件：3.2mm 超白低铁钢化玻璃—EVA —电池片—EVA —TPT 背材； 双玻光伏组件：3.2mm 超白低铁钢化玻璃—EVA —电池片—EVA —3.2mm 超白低铁
钢化玻璃；
23、公元太阳能单晶硅电池片面积：
大圆角：0.014857m 2； 小圆角：0.015480m 2；
24、公元太阳能光伏组件尺寸：
①铝框组件尺寸：1580*808（mm ）；铝框组件型材尺寸：1607*915（mm ）；铝框组件玻璃尺寸：1574*802（mm ）；电池片横向间距3mm 、纵向间距4mm ，电池片离玻璃边缘横向间距18.5mm 、纵向间距15mm ； ②塑钢框组件尺寸：1670*890（mm ）；塑钢框组件型材尺寸：1700*1000（mm ）；塑钢框组件玻璃尺寸：1595*815（mm ）；电池片横向间距3mm 、纵向间距4mm ，电池片离玻璃边缘横向间距25mm 、纵向间距25.5mm ；
25、电池片生产流程：
清洗（酸洗）—制绒—扩散—刻蚀—PE —丝网印刷—分检—包装；
26、组件生产流程：
单焊—串焊—叠层—分选—层压—装框—切割—测试—清洗—包装；
27、电缆桥架的选择：
①、电缆桥架的载荷总
G ：
.......332211+++=q n q n q n G 总
式中 .......
321n n n 、、为相应电缆的根数；
.......
321q q q 、、为各电缆每单位长的重量（kg/m ）；
②、电力电缆桥架的宽度b
的计算：
.......)()()(333222111++++++=k d n k d n k d n b
式中 .......
321n n n 、、为相应直径电缆的根数；
.......
321d d d 、、为各电缆直径；
.......
321k k k 、、为电缆间距（k 值最小不应小于4d
）；
③、控制电缆桥架的宽度b
的计算：
电缆的总截面积：.......222.2
332
222
11+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤
⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=D n D n D n S o πππ
需要的托架横截面积：%40.o S S =
h S b o
⨯=
%40
式中
.......
321n n n 、、为相应直径电缆的根数； .......
321D D D 、、为各电缆直径； h
为电缆桥架净高；
28、线缆参数表：
①、YJV/YJV22线缆参数表：
②、
BVR 线缆参数表：
29、桥架参数表：
①、槽式桥架：
附录1 钢材和连接的强度设计值
附表1.1 钢材的强度设计值（N/mm2）
注：附表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚的。