太阳能电池发量的计算方法

太阳能电池发量的计算方法2009-07-24 1519 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阳电池组件的日输出。该方法是将实际的倾斜面上的太阳辐射转换成等同的利用标准太阳辐射 1000 W/ m2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数。太阳电池组件的输出为峰值小时数峰值功率。例如 如果一个月的平均辐射为 5.0kWh/m2， 可以将其写成 5.0 hours 1000W/ m2，而 1000 W/ m2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 5.0kWh/ m 2就基本等同于太阳电池组件在标准辐射下照射 5.0 小时。这当然不是实际情况，但是可以用来简化计算。因为 1000W/ m2 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可以很容易从生产商处得到。为了计算太阳电池组件每天产生的安时数，可以使用峰值小时太阳电池组件的 Imp。例如，假设在某个地区倾角为 30 度的斜面上按月平均每天的辐射量为 5.0kWh/ m2，可以将其写成 5.0 hours 1000W/ m 2。对于一个典型的 75W太阳电池组件， Imp 为 4.4Amps，就可得出每天发电的安时数为5.0 4.4Amps 22.0Ah/ 天。使用峰值小时方法存在一些缺点， 因为在峰值小时方法中做了一些简化， 导致估算结果和实际情况有一定的偏差。首先， 太阳电池组件输出的温度效应在该方法中被忽略。 在计算中对太阳电池组件的 Imp 要进行补偿。因为在工作的时候，蓄电池两端的电压通常是稍微低于 Vmp，这样太阳电池组件输出电流就会稍微高于 Imp，使用 Imp 作为太阳电池组件的输出就会比较保守。这样，温度效应对于由较少的电池片串联的太阳电池组件输出的影响就比对由较多的电池片串联的太阳电池组件的输出影响要大。所以峰值小时方法对于 36 片串联的太阳电池组件比较准确，对于 33 片串联的太阳电池组件则较差，特别是在高温环境下。对于所有的太阳电池组件，在寒冷气候的预计会更加准确。其次，在峰值小时方法中，利用了气象数据中测量的总的太阳辐射，将其转换为峰值小时。实际上，在每天的清晨和黄昏，有一段时间因为辐射很低，太阳电池组件产生的电压太小而无法供给负载使用或者给蓄电池充电，这就将会导致估算偏大。通常，这一点造成的误差不是很大，但对于由较少电池片串联的太阳电池组件的影响比较大。所以对 36 片串联的太阳电池组件每天输出的估算就比较准确，而对于 33 片串联的太阳电池组件的估算则较差。再次，在利用峰值小时方法进行太阳电池组件输出估算时默认了一个假设，即假设太阳电池组件的输出和光照完全成线性关系，并假设所有的太阳电池组件都会同样地把太阳辐射转化为电能。但实际上不是这样的，这种使用峰值小时数乘以电流峰值的方法有时候会过高地估算某些太阳电池组件的输出。不过，总的来说，在已知本地倾斜斜面上太阳能辐射数据的情况下，峰值小时估计方法是一种对太阳电池组件输出进行快速估算很有效的方法。下面举例说明如何使用上述方法计算光伏供电系统需要的太阳电池组件数。一个偏远地区建设的光伏供电系统，该系统使用直流负载，负载为 24V，400Ah/天。该地区最低的光照辐射是一月份，如果采用 30 度的倾角，斜面上的平均日太阳辐射为 3.0 kWh/ m 2，也就是相当于 3 个标准峰值小时。对于一个典型的 75W太阳电池组件，每天的输出为组件日输出 3.0 峰值小时 4.4 安培 13.2 Ah/ 天假设蓄电池的库仑效率为 90， 太阳电池组件的输出衰减为 10％。 根据上述公式，并联组件数量 ＝ 37.4 串联组件数量＝ ＝ 2根据以上计算数据，可以选择并联组件数量为 38，串联组件数量为 2，所需的太阳电池组件数为总的太阳电池组件数 2 串 38 并 76 块4．蓄电池和光伏组件方阵设计的校核我们有必要对光伏组件方阵和蓄电池的设计计算进行校核， 以进一步了解系统运行中可能出现的情况，保证光伏组件方阵的设计和蓄电池的设计可以协调工作。I. 校核蓄电池平均每天的放电深度，保证蓄电池不会过放电。计算公式如下，但是如果自给天数很大，那么实际的每天 DOD可能相当小，不需要进行校核计算。蓄电池日放电深度＝＝ （ 4.10 ）如果一个光伏系统使用了 4000 Ah 的深循环蓄电池，每天的负载为 500 Ah，那么平均每天的 DOD校核计算如下 500Ah/4000Ah＝ 0.1250.8 。所以该系统中蓄电池不会过放电。II. 校核光伏组件方阵对蓄电池组的最大充电率另外一个校核计算就是校核设计光伏组件方阵给蓄电池的充电率。在太阳辐射处于峰值时，光伏组件方阵对于蓄电池的充电率不能太大，否则会损害蓄电池。蓄电池生产商将提供指定型号蓄电池的最大充电率，计算值必须小于该最大充电率。下面给出了最大的充电率的校核公式，用总的蓄电池容量除以总的峰值电流即可。最大充电率＝＝ （ 4.11 ）下面举例说明，光伏供电系统使用了 75W太阳电池组件 50 块（ 25 并联2串联），工作电压 24V，配备 4000 Ah 的蓄电池。最大充电率为最大充电率 4000Ah/25 4.475W 组件峰值电流 24 hours将计算值和蓄电池生产商提供的该设计选用型号蓄电池的最大充电率进行比较，如果计算值较小，则设计安全，光伏组件方阵对蓄电池的充电不会损坏蓄电池；如果计算值较大，则设计不合格，需要重新进行设计。4.4.2