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离网光伏发电系统容量设计
一．任务目标
1.掌握容量设计步骤和思绪。
2.掌握光伏发电系统容量设计方法。
3.了解光伏发电系统容量设计考虑相关原因。
二．任务描述
光伏发电系统容量设计关键包含蓄电池容量、蓄电池串并联数、光伏发电系统发电量、光伏组件串并联数计算。本试验汇报关键以两种常见计算方法为主。计算过程中需要注意不一样容量单位之间换算。
三．任务实施
1.容量设计步骤及思绪：
光伏发电系统容量设计关键目标是计算出系统在整年内能够可靠工作所需太阳能电池组件和蓄电池数量。关键步骤:

2.蓄电池容量和蓄电池组设计：
（1） 基础计算方法及步骤
①将负载需要用电量乘以依据实际情况确定连续阴雨天数得到初步蓄电池容量。阴雨天数选择可参考以下：通常负载，如太阳能路灯等，可依据经验或需要在3-7内选择，关键负载。如通信、导航、医院救治等，在7-15内选择。
②蓄电池容量除以蓄电池许可最大放电深度。通常情况下，浅循环型蓄电池选择50%放电深度，深循环型蓄电池选择75%放电深度。
③综合①②得电池容量基础公式为

式中，电量单位是，假如电量单位是，先将折算为，折算关系以下：

（2） 相关原因考虑
上
①放电率对蓄电池容量影响。
蓄电池容量伴随放电率改变而改变，这么会对容量设计产生影响。计算光伏发电系统实际平均放电率。

②温度对蓄电池容量影响。
蓄电池实际容量会伴随温度改变而改变，当温度下降时，蓄电池实际容量下降；温度升高时，蓄电池实际容量略有升高。蓄电池实际容量和温度关系图4-3所表示曲线所表示。

图4-3 蓄电池容量-温度修正曲线（200h）
受低温影响,蓄电池容量设计还要考虑蓄电池最大放电深度,图4-4所表示是通常蓄电池最大放电深度和温度关系,蓄电池容量设计可参考4-4所得到最大放电深度。

图4-4 蓄电池最大放电深度-温度修正曲线
(3) 实际蓄电池容量计算
考虑以上相关原因以后，将相关修正系数代入有

（2） 蓄电池串并联数确实定
当计算出所需蓄电池容量后，接下来要确定蓄电池串并联数，计算公式为：
，
（3） 应用举例
建立一套光伏发电系统给一个地处偏远通信基站供电，该系统负载有两个：负载一，工作电流为0.8A，天天工作24h。负载二，工作电流为4.8A，天天工作12h，该系统所处地域天天内平均最低温度为-20摄氏度，系统自给时间为6天，使用深循环工业用蓄电池（最大DOD为80%）。试计算蓄电池组容量。
因为该光伏发电系统所在地域天天内平均最低温度为-20摄氏度，所以必需修正蓄电池最大许可放电深度。由图4-4所表示曲线能够确定最大许可放电深度约为50%。

依据经典容量-温度改变曲线，和平均放电率计算数值最为靠近放电率为200小时率，由图4-3可知，蓄电池低温修正系数为0.75。放电率修正系数可参考蓄电池厂家提供说明书，此处取0.85。

（4） 太阳能电池组件串并联数设计
1.基础计算方法：
太阳能电池组件设计基础思想是满足负载日平均用电量需求，基础方法是用负载日平均用电量（A.h）除以电池组件日平均发电量，得到系统所需组件并联数目；将系统工作电压除以太阳能电池组件峰值电压，得到系统所需组件串联数目。基础计算公式为:

组件日平均发电量=组件峰值电流（A）峰值日照时数（h）
在计算组件并联数时，假如负载用电量单位为W.h，注意把单位换算成A.h。
系数1.43是组件峰值电压和系统工作电压比值。比如，为工作电压为12V系统供电组件峰值电压是17~17.5V；为工作电压为24V系统供电组件峰值电压为34V~34.5V等。所以为方便计算，用系统工作电压乘以1.43即为该组件或整个阵列峰值电压近似值。
2.相关原因考虑：
①组件实际功率损耗
在光伏发电系统实际应用中，太阳能电池组件实际输出功率会因多种原因影响而有所下降。灰尘覆盖、组件本身功率衰减、线路损耗等原因是关键原因。所以，设计时组件功率损耗按10%计算。
②逆变器损耗
逆变器在实现多种功效时，要消耗一定电能，不一样逆变器损耗电能不一样。通常情况下，设计时逆变器转换损失按10%计算。假如负载是直流负载时，逆变器损耗不计。
③蓄电池充电损耗
因为蓄电池在转换储存电能过程中产生热量，电解水蒸发等产生一定损耗，即蓄电池充电效率依据蓄电池不一样可在90%~95%选择。所以在设计时，也要依据蓄电池不一样，将电池组件功率增加5%~10%，以抵消蓄电池充电过程损耗。
（3）实际组件串并联数确实定
在考虑上述多种原因影响后，引入相关修正系数得：

(4) 应用举例
在一个偏远地域建设光伏发电系统为以下负载供电:荧光灯4盏,每盏功率40W,天天工作4H,电视机1台,每台功率为70W,天天工作5H，系统工作电压为24V.选择组件参数:峰值电压为17.4V,峰值电流为5.75A.当地峰值日照时间为3.43H.修正因数:充电效率为0.9,组件损耗系数为0.9,试确定组件数目.

4 .容量其它设计方法
⑴蓄电池组容量计算
蓄电池容量Bc计算公式为

式中,A----安全系数,取之在1.1~1.4之间
--负载日平均用电量,单位为。
－最长连续阴雨天数
-温度修正系数,通常在0℃以上取1,-10~0℃取1.1,-10℃以下取1.2
-蓄电池放电深度,通常铅蓄电池取0.75,碱性镉镍蓄电池取0.85。
(2) 光伏组件串联数

--光伏阵列输出最小电压,单位为V
--光伏组件最好工作电压，单位为V
--蓄电池浮充电压,单位为V
--二极管导通电压,通常取0.7V
--其它因数引发压降,单位为V
蓄电池浮充电压和所选蓄电池参数相关,应等于在最低温度下所选蓄电池单体最大工作电压乘以串联电池数。
(3) 光伏组件并联数
在确定Np之前,先确定其相关量计算方法。
①将光伏阵列安装地点太阳能水平面日辐射量Ht,转换成在标准光强下平均日辐射时数(水平面日辐射量参见表4-1)

式中, 为将日辐射量换算为标准光强下平均日辐射时间系数
②光伏组件日发电量Qp

式中 ：- 光伏组件最好工工作电流,单位为A
- 斜面修正系数(参考本项目任务1)
- 修正系数,关键为组合,衰减,灰尘,充电效率等损失,通常取0.8
③两组最长连续阴雨天之间最短间隔天数Nw,此数据为本设计独特之处,关键考虑要在此段时间内将亏损蓄电池电量补充起来,需补充蓄电池容量：

光伏组件并联数Np计算方法为：

并联光伏组件数需考虑在两组连续阴雨天之间最短间隔天数内所发电量,不仅供负载使用,还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。
⑷ 光伏阵列功率计算
依据光伏组件串并联数,即可得出所需光伏阵列功率。

式中,Po----光伏组件额定功率。
(5)设计实例
以广州某地面卫星接收站为例,负载电压为12V,功率为25W,天天工作24H，最长连续阴天数为15天，两个最长连续阴雨天最短间隔天数为30天，太阳能电池采取某厂生产38D975X400型组件，组建标准功率为38W，工作电压为17.1V，工作电流为2.22A，蓄电池采取铅酸免维护蓄电池，浮充电压为14V.其水平面年平均日辐射量为12110KJ/m2，KOP为0.885，最好倾角为16.13，计算蓄电池容量及光伏阵列功率.
①蓄电池容量Bc

③光伏阵列功率P

故光伏阵列功率：