如何选择适合自己的光伏电池？

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：一是将太阳能电池组件的输出降低10%。二是将负载增加10%来应付蓄电池的库伦效率。不同的蓄电池其库伦效率不同，通常可以认为有5%～10%的损失，所以保守设计中有必要将太阳能电池组件的功率增加10%以抵消蓄电池的耗散损失。解：组件日输出安时数=3×4.4A=13.2Ah/d假设蓄电池的库伦效率为90%，太阳能电池组件的输出衰减为10%。

1.计算太阳能电池组件的基本方法

计算太阳能电池组件的基本方法是用负载平均每天所需的能量（安时数）除以一块太阳能电池组件在一天中可以产生的能量（安时数），这样就可以算出系统需要并联的太阳能电池组件数，使用这些组件并联就可以产生系统负载所需要的电流。将系统的标称电压除以电池组件的标称电压，就可以得到太阳能电池组件需要串联的电池组件数，使用这些组件串联就可以产生系统负载所需的电压。基本计算公式如下：

（1）并联组件数量。

（2）串联组件数量。

2.光伏组件方阵设计的修正

太阳能电池组件的输出，会受到一些外在因素的影响而降低，根据上述基本公式计算出的太阳能电池组件，在实际情况下不能满足光伏系统的用电需求，为了得到更加正确的结果，有必要对上述基本公式进行修正。

一是将太阳能电池组件的输出降低10%。在实际工作中，太阳能电池组件的输出会受到外在因素的影响而降低。泥土、灰尘的覆盖和组件性能的慢慢衰减会降低组件的输出。通常的做法就是在计算的时候减少太阳能电池组件10%的输出来解决上述不可预知和不可量化的因素。

二是将负载增加10%来应付蓄电池的库伦效率。在蓄电池的充放电过程中，铅酸蓄电池会电解水，产生气体逸出，这就是说太阳能电池组件产生的电流有一部分将不能转化储存起来而是耗散掉了。所以可以认为必须有一小部分电流用来补偿损失，我们用蓄电池的库伦效率来评估这种电流损失。不同的蓄电池其库伦效率不同，通常可以认为有5%～10%的损失，所以保守设计中有必要将太阳能电池组件的功率增加10%以抵消蓄电池的耗散损失。

考虑到上述因素，必须修正简单的太阳能电池组件设计公式，将每天的负载除以蓄电池的库伦效率，这样就增加了每天的负载，实际上给出了太阳能电池组件需要负担的真正负载；将衰减因子乘以太阳能电池组件的日输出，这样就考虑了环境因素和组件自身衰减造成的太阳能电池组件日输出的减少，给出了一个在实际情况下太阳能电池组件输出的保守估值。综合考虑以上因素，可以得到下面的计算公式：

（1）并联组件数量。

并联组件数量=负载平均每天需要的能量/蓄电池的库伦效率/一块太阳能电池组件在

一天中可以产生的能量（安时数）　（4-3）

（2）串联组件数量。

串联组件数量=系统标称电压/太阳能电池组件的标称电压　（4-4）

3.使用峰值小时数的方法估算太阳能电池组件的输出

因为太阳能电池组件是在标准状态下标定的，但在实际使用中，日照条件以及太阳能电池组件的环境条件是不可能和标准状态完全相同的，因此有必要找出一种可以利用太阳能电池组件额定输出和气象数据来估算实际情况下太阳能电池组件输出的方法。我们可以使用峰值小时数的方法来估算太阳能电池组件的日输出。

（1）计算等效的峰值日照时数。

该方法是将实际斜面上的太阳辐射转换成等同的利用标准太阳辐射1000W/m2照射的小时数。如果辐射量的单位是cal/cm2，则：

峰值日照时数=辐射量×0.0116　（4-5）

式中，0.0116为将辐射量（cal/cm2）换算成峰值日照时数的换算系数。

峰值日照定义：100m W/cm2=0.1W/cm2，1cal=4.18J=4.18W·s，1h=3600s

则：　（4.18W·s）/（3600s/h×0.1W/cm2）=0.0116 h·cm2/cal

【例4-1】太阳能电池方阵面上的年总辐射为180kcal/cm2，计算该方阵面的峰值日照时数。

解：

年峰值日照时数为=180000×0.0116=2088h/a

平均每日峰值日照时数=2088÷365=5.72h/d

如果辐射量的单位是MJ/m2，则：

峰值日照时数=辐射量÷3.6（换算系数）　（4-6）

【例4-2】某地年水平面辐射量为5643MJ/m2，方阵面上的辐射量为6207MJ/m2，计算该方阵面的峰值日照时数。

解：

年峰值日照时数=6207÷3.6=1724h/a

平均每日峰值日照时数=1724÷365=4.7h/d

（2）计算太阳能电池组件每天输出功率。

将峰值日照时数乘以太阳能电池组件的峰值功率就可以估算出太阳能电池组件每天输出功率：

太阳能电池组件的输出=峰值日照时数×峰值功率　（4-7）

如已知某地日平均辐射为5kWh/m2，可以写成5h×1000W/m2，1000W/m2正好是用来标定太阳能电池组件功率的标准辐射量，那么平均辐射为5kWh/m2就基本等同于太阳能电池组件在标准辐射下照射5h。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能电池组件功率的辐射量，所以在该辐射条件下的组件输出数值可以很容易从生产商处得到。

（3）计算太阳能电池组件每天输出的安时数。

太阳能电池组件每天产生的安时数=峰值日照小时×I m　（4-8）

式中 I m——太阳能电池组件的工作电流。

【例4-3】在某个地区倾角为30°的斜面上日平均辐射量为5kWh/m2，对应一个典型的75Wp太阳能电池组件，工作电压I m为4.4A，计算该组件每天输出的安时数。

解：　组件每天输出的安时数=5h×4.4A=22Ah/d

【例4-4】根据以下条件计算太阳能光伏发电系统需要的太阳能电池组件数。

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/d。该地区最低的光照辐射是1月，如果采用30°的倾角，斜面上的平均日太阳辐射为3kWh/m2，采用典型的75Wp太阳能电池组件，工作电压U m为17V，工作电流I m为4.4A，计算系统所需太阳能电池组件的数量及输出功率。

解：　组件日输出安时数=3×4.4A=13.2Ah/d

假设蓄电池的库伦效率为90%，太阳能电池组件的输出衰减为10%。根据式（4-2）、式（4-3），得：

并联组件数=负载平均每天需要的能量/蓄电池的库伦效率/一块太阳能电池组件在一天中可以产生的能量=400/0.9/（13.2×0.9）=37.4

串联组件数=系统标称电压/太阳能电池组件的标称电压=24/17=1.4

根据以上计算数据，可以选择并联组件数为38，串联组件数为2，所需太阳能电池组件数为：

总的太阳能电池组件数=38×2=76块

总的输出功率=76×75=5700Wp