离网型光伏发电系统中太阳能组件及蓄电池容量的设计(发表)

离网型光伏发电系统中太阳能组件及蓄电池容量的设计关键词离网型光伏发电系统 连续阴雨天间隔系数 充满时间文章摘要本文统过引入连续阴雨天间隔系数和充满时间两个概念，希望能更科学的确定离网型光伏发电系统中太阳能组件和蓄电池的容量。在进行离网型光伏发电系统设计的过程中，必不可少的一个环节就是太阳能组件及蓄电池容量的设计，包括太阳能组件的容量设计和太阳能组件的串并联设计以及蓄电池容量和蓄电池串并联的设计。本文较详细介绍了独立系统的太阳能组件及蓄电池的设计过程，加入了地区阴雨天间隔天数对太阳能组件和蓄电池容量的影响。此文中如无特殊说明，所指太阳能组件均为晶硅组件，所指蓄电池均为免维护蓄电池。在以往的设计中，往往较少考虑连续阴雨天间隔系数（某地两个连续阴雨天之间的最短间隔天数与蓄电池充满时间之间的系数）的问题，导致系统年失电率很高；另外一个问题是，选用的日照时数经常以平均数为依据，这样也选择性导致了失电率偏高的问题。 针对各地区连续阴雨天间隔系数的不同，导致的系统不稳定现象，希望通过本文的介绍，给大家提供一种参考方法，能够更科学的确定太阳能组件的功率和蓄电池的容量，以设计出更合理的离网型光伏发电系统。一、系统设计需要参数系统设计中主要用到的几个参量有负载功率（ W）、负载每天连续工作时间 H 、 系统使用地区最低有效日照时数 A 、 当地最长连续阴雨天数 D 、当地连续阴雨天间隔系数（ B）。在考虑以上主要参数的前提下，还需要考虑系统综合效率，离网型光伏发电系统的综合效率主要考虑组件匹配损耗、太阳能辐射损耗、系统偏离最大功率点损耗、太阳能组件衰减损耗、电缆损耗、倾角及朝向损耗、控制系统损耗、蓄电池衰减损耗、其他因素损耗对太阳能组件的影响，通过计算得知，系统综合效率约为 73。二、主要参考依据系统设计过程中 ，需要充分考虑系统所在地区的气象数据，此设计主要参考 NASA官网和中国气象数据共享服务网提供的数据，并结合以往设计经验得到。 NASA数据如下（两种角度日照强度数据）时间 1 月 2 月 2 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 平均0 度 KWh/㎡ .day 2.09 2.88 3.72 5.01 5.45 5.47 4.20 4.22 3.91 3.17 2.20 1.8 3.68 40 度 KWh/㎡ .day 3.51 4.13 4.51 5.22 5.01 4.78 3.75 4.08 4.38 4.24 3.47 3.14 4.18 由上表可以看出， 在太阳能组件倾斜 40度时， 每天平均有效日照时间为 4.18小时，最低有效日照时间为 3.14 小时，系统选择时，主要参考最低有效日照时间，此时计算出的系统更科学，负载在全年失电率也更小。相对于水平面的方式，也更加节约成本。三、 太阳能组件容量的计算方法。根据每天负载需要的用电量除以当地的最低有效日照时数，参考系统综合效率 73， 考虑连续阴雨天间隔系数，就可以得出实际需用的太阳能组件功率。基本公式为 W*H/A/73/B 四、太阳能组件串并联的设计每个太阳能组件都有它的标称电压。为了达到负载工作的标称电压，我们将太阳能组件串联起来给负载供电， 需要串联的太阳能组件的个数等于负载的标称电压除以太阳能组件的标称电压。串联太阳能组件数 负载标称电压 / 太阳能组件标称电压五、举例说明1、太阳能组件设计为了说明上述基本公式的应用，我们用北京地区一个小型的离网型光伏发电系统作为范例。假设该光伏系统交流负载功率为 200W，每天工作时间为 10小时，需要连续 3个阴雨天正常工作，太阳能组件倾斜角度为 40度，年有效日照时数为 4.18 小时 / 天，最低月份有效日照时间为 3.17 小时 / 天。连续阴雨天之间的间隔天数为 30天，间隔系数取 0.75 ；负载标称电压为直流48V。太阳能组件功率 200*10/3.14/0.73/0.75 1163Wp 选用 12V155Wp太阳能组件 8块，总功率 1240Wp,大于 1163Wp；为了达到 48V负载工作电压，采用 4块串联 2组并联的方式组成光伏发电系统。2、蓄电池容量设计蓄电池的设计包括蓄电池容量的设计和蓄电池串并联的设计，根据负载功率和每天工作时间的不同，以及系统所在地连续阴雨天及连续阴雨天之间的间隔天数要求来设计蓄电池组。继续沿用以上事例，负载每天用电量为 2000Wh（ 200W*10h），连续阴雨天为 3天，阴雨天之间的间隔系数为 0.75蓄电池放电深度为 80，衰减系数为 0.73 ，那么系统需要的蓄电池容量为2000WAh/48V*3/0.8/0.73/0.75285Ah. 选择 8块 12V150Ah蓄电池，采用 4串 2并的方式组成储能系统，蓄电池总容量为 48V300Ah，大于 48V285Ah. 通过以上计算分析可知，在系统设计中考虑了连续阴雨天间隔系数后，系统配置已经趋于合理，那么，这个系数是怎样确定的呢，我们通过以下事例来说明上例中负载每天用电量 200W*10h/48/0.7357Ah 在不同太阳能组件功率下，蓄电池充满需要的时间如下连续阴雨天数 电池板功率 W 放电深度 每天用电量 蓄电池容量（ AH） 电池充满需要天数1 1100 20 48V57Ah 48V300 无法充满2 1240 21.58 3 1300 10.58 北京市 40 度倾斜面月最短平均日照时间为 3.17 小时 / ㎡ / 天，多年系统综合效率取 73。组件电压按照工作电压 48V计算。下面通过计算，来确定合适的太阳能组件功率。1 1100Wp太阳能组件日发电量 1100*3.17*73/4850.85AH，与用电量的差额 50.85-57-6.15AH ，此时，每天发电量少于每天用电量，如果连续阴雨天发生时，蓄电池将无法按时充满，会直接导致负载无法正常工作的情况发生。2 1240*3.17*73/4859.78AH, 与用电量的差额 59.78-572.78AH ，充满时间 300*20/2.7821.58 天。3 1300*3.17*73/4862.67AH, 与用电量的差额 62.67-575.67AH ，充满时间 300*20/5.6710.58 天。总结通过以上分析，在太阳能组件功率为 1240Wp,蓄电池放电深度为 20时，连续阴雨天超过 3天后，蓄电池充满时间为 21.58 天，也就是最短连续阴雨天之间的间隔天数为 21.58 天。小于北京地区连续阴雨天之间间隔天数 30天的要求，此时确定的连续阴雨天间隔系数为 0.75 ，符合设计要求。按照此种方法设计的系统更符合用户需求，能够保证太阳能系统全年正常运行。罗柱 2012-6-21