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        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。

 

   

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/ m2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/ m2。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。

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/ m2,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=0.125<0.8。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/25×4.4(75W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。

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