引言

能源是人類社會存在和發展的重要物質基礎，隨著社會的發展，能源日漸減少，并伴隨著環境問題日益突出，使得越來越多的國家把目光投向可再生能源。太陽能作為重要能源之一，以其永不枯竭，無污染等優點，正得到迅速的發展。但是太陽能電池在其工作過程中，由于受環境(主要包括日照強度，溫度)的影響，其輸出具有明顯的非線性特性，造成電池與負載之間的不匹配，從而不能使太陽能最大效率地轉化為電能輸出。為了實現光伏發電系統的功率輸出最大化，就需要對光伏電池的最大功率點進行跟蹤控制，即MPPT(MaximumPowerPointTracking)控制。

在光伏控制技術上，MPPT控制方法有很多種，目前市場上常用的是使用CVT(恒定電壓跟蹤)控制技術的控制器，因為CVT法較為簡單，制造相對也容易，但是此種控制技術帶來了較為嚴重的功率損失，相對于光伏電池價格的高昂以及電力電子技術的日益發展，顯得很不經濟實用。

因此各種具有MPPT功能的光伏控制器逐漸發展起來，本文所設計控制器即是一種基于電壓擾動法采用高性能單片機實現的小型光伏控制器，控制超級電容器充放電?？刂破髡J識控制器控制器的工作原理控制器的作用控制器的功能控制器的特點多種多樣的控制器在光伏系統中控制器僅次于太陽能電池??????

蓄電池放電也要控制器。。。。。我是控制器他是我的上司我是儲能裝置我是發電裝置光伏電池是一種利用光生伏打效應把光能轉換為電能的器件，當太陽光照射到半導體P-N結時，會在P-N結兩邊產生光生電壓，接上負載，就會產生電流。該電流與光照強度成正比，當接受的光強一定時，就可以將光伏電池看成是恒流源。光伏電池由于受外界環境(主要包括溫度，光照強度)的影響，使它的輸出具有明顯的非線性。

其生成的電流也是具有波動性的曲線，如果將所生成的電流直接充入蓄電池內或直接給負載供電，則容易造成蓄電池和負載的損壞，嚴重減小了他們的壽命。因此我們必須把電流先送入太陽能控制器，采用一系列專用芯片電路對其進行數字化調節，并加入多級充放電保護，確保電池和負載的運行安全和使用壽命。對負載供電時，也是讓蓄電池的電流先流入太陽能控制器，經過它的調節后，再把電流送入負載。這樣做的目的：一是為了穩定放電電流；二是為了保證蓄電池不被過放電；三是可對負載和蓄電池進行一系列的監測保護。原理太陽能控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數轉換器，是一個微機數據采集和監測控制系統。既可快速實時采集光伏系統當前的工作狀態，隨時獲得PV站的工作信息，又可詳細積累PV站的歷史數據，為評估PV系統設計的合理性及檢驗系統部件質量的可靠性提供了準確而充分的依據。此外，太陽能控制器還具有串行通信數據傳輸功能，可將多個光伏系統子站進行集中管理和遠距離控制。

作用反接、反沖自動保護，報警電瓶保護，過欠壓保護過載保護防止蓄電池過度充電。

防止蓄電池過度放電。

防止夜間蓄電池向太陽能板反向放電。

過載保護。

短路保護。

電池防反。功能：1．防止蓄電池過度充電、過度放電、晚間反向放電。2．根據光線強弱，傍晚自動開啟照明燈。3．根據設定，定時關閉照明燈或者根據光線強弱，黎明自動關閉照明燈?？刂破魇窃鯓訉崿F通電斷電呢？測量太陽能電池的電壓比如說早上是3V中午是17V晚上是3V那么控制器就會在0-3V時（晚上）接通電路給用電器供電;當電壓為大于3V時,就會斷開電路，太陽能電池就會給蓄電池充電。工業版控制器可以分成3個時段，每個時段的時間可任意設置，根據使用環境的不同，每個時段可以設置成關閉狀態。比如有些廠區或者風景區夜間無人，可以把第二個時段（深夜）關閉，或者第二、第三個時段都關閉，降低使用成本。

1、直觀的LED發光管指示當前電瓶狀態，2、具有直流輸出或1HZ頻閃輸出2種輸出選擇，頻閃輸出特別適用于LED交通警示燈等；3、過充、過放、電子短路、過載保護、獨特的防反接保護等全自動控制；以上保護均不損壞任何部件，不燒保險；4、太陽能控制器利用蓄電池放電率特性修正的準確放電控制。放電終了電壓是由放電率曲線修正的控制點，消除了單純的電壓控制過放的不準確性，符合蓄電池固有的特性，即不同的放電率具有不同的終了電壓;5、取消了電位器調整控制設定點，而利用了Flash存儲器記錄各工作控制點，使設置數字化，消除了因電位器震動偏位、溫漂等使控制點出現誤差降低準確性、可靠性的因素；6、所有控制全部采用工業級芯片（僅對帶I工業級控制器），能在寒冷、高溫、潮濕環境運行自如。同時使用了晶振定時控制，定時控制精確；7、太陽能控制器的直觀的LED發光管指示當前電瓶狀態，讓用戶了解使用狀況；8、使用了數字LED顯示及設置，一鍵式操作即可完成所有設置，使用極其方便直觀；9、采用了串聯式PWM充電主電路，使充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半，充電效率較非PWM高3%-6%，增加了用電時間；過放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式使系統由更長的使用壽命；同時具有高精度溫度補償；太陽能控制器具有使用了單片機和專用軟件，實現了智能控制。逆變器認識逆變器逆變器的原理逆變器的作用逆變方式分類逆變器的多樣性逆變波形分類

逆變器的效率問題？？？

認識光伏系統中的逆變器今天講的內容

思考關于逆變器的問題在光伏系統中為什么要逆變器？逆變器使用條件？變器的種類？逆變器的效率？認識逆變器控制器與逆變器不同功率的逆變器原理原理原理逆變器是一種電源轉換裝置。主要是將直流轉化為交流。誰能告訴我為什么要直流轉化為交流？思考逆變器作用太陽能逆變器的功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經過調制、濾波、升壓等，得到與照明負載頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電供系統終端用戶使用。有了逆變器，就可使用直流蓄電池為電器提供交流電。逆變器作用太陽能逆變器的功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經過調制、濾波、升壓等，得到與照明負載頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電供系統終端用戶使用。有了逆變器，就可使用直流蓄電池為電器提供交流電。

什么是光伏并網發電系統光伏并網發電系統由太陽電池組件、并網逆變器、計量裝置及配電系統組成。太陽能能量通過太陽電池組件轉化為直流電力，再通過并網型逆變器將直流電能轉化為與電網同頻率、同相位的正弦波電流，一部分給當地負荷供電，剩余電力饋入電網。可見光伏并網逆變器為太陽能發電系統中的關鍵設備。逆變器的多樣性

逆變方式分類集中逆變組串逆變多組串逆變太陽能逆變器-集中逆變集中逆變一般用與大型光伏發電站（>10kW）的系統中，很多并行的光伏組串被連到同一臺集中逆變器的直流輸入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模塊，功率較小的使用場效應晶體管，同時使用DSP轉換控制器來改善所產出電能的質量，使它非常接近于正弦波電流。最大特點是系統的功率高，成本低。但受光伏組串的匹配和部分遮影的影響，導致整個光伏系統的效率和電產能。同時整個光伏系統的發電可靠性受某一光伏單元組工作狀態不良的影響。最新的研究方向是運用空間矢量的調制控制，以及開發新的逆變器的拓撲連接，以獲得部分負載情況下的高的效率。在SolarMax(索瑞·麥克）集中逆變器上，可以附加一個光伏陣列的接口箱，對每一串的光伏帆板串進行監控，如其中有一組串工作不正常，系統將會把這一信息傳到遠程控制器上，同時可以通過遠程控制將這一串停止工作，從而不會因為一串光伏串的故障而降低和影響整個光伏系統的工作和能量產出。太陽能逆變器組串逆變

/a3_11_88_01300000800714127232886517842_jpg.html1kW-5kW）通過一個逆變器，在直流端具有最大功率峰值跟蹤，在交流端并聯并網。許多大型光伏電廠使用組串逆變器。優點是不受組串間模塊差異和遮影的影響，同時減少了光伏組件最佳工作點

與逆變器不匹配的情況，從而增加了發電量。技術上的這些優勢不僅降低了系統成本，也增加了系統的可靠性。同時，在組串間引入“主-從”的概念，使得在系統在單串電能不能使單個逆變器工作的情況下，將幾組光伏組串聯系在一起，讓其中一個或幾個工作，從而產出更多的電能。最新的概念為幾個逆變器相互組成一個“團隊”來代替“主-從”的概念，使得系統的可靠性又進了一步。目前，無變壓器式組串逆變器已占了主導地位。太陽能逆變器多組串逆變多組串逆變是取了集中逆變和組串逆變的優點，避免了其缺點，可應用于幾千瓦的光伏發電站。在多組串逆變器中，包含了不同的單獨的功率峰值跟蹤和直流到直流的轉換器，這些直流通過一個普通的直流到交流的逆變器轉換成交流電，并網到電網上。光伏組串的不同額定值（如：不同的額定功率、每組串不同的組件數、組件的不同的生產廠家等等）、不同的尺寸或不同技術的光伏組件、不同方向的組串（如：東、南和西）、不同的傾角或遮影，都可以被連在一個共同的逆變器上，同時每一組串都工作在它們各自的最大功率峰值上。同時，直流電纜的長度減少、將組串間的遮影影響和由于組串間的差異而引起的損失減到最小。逆變器的分類方波逆變器階梯波逆變器正弦波逆變器逆變波形分類我教你什么是逆變器方波逆變器方波逆變器輸出的交流電壓波形為方波。此類逆變器所使用的逆變線路較簡單，使用的功率開關管數量很少。設計功率一般在百瓦至千瓦之間。方波逆變器的優點是：線路簡單、價格便宜、維修方便。

缺點是由于方波電壓中含有大量高次諧波，在帶有鐵心電感或變壓器的負載用電器中將產生附加損耗，對收音機和某些通訊設備有干擾。此外，這類逆變器還有調壓范圍不夠寬，保護功能不夠完善，噪聲比較大等缺點。

階梯波逆變器

此類逆變器輸出的交流電壓波形為階梯波，逆變器實現階梯波輸出也有多種不同線路，輸出波形的階梯數目差別很大。階梯波逆變器的優點是，輸出波形比方波有明顯改善，高次諧波含量減少，當階梯達到17個以上時輸出波形可實現準正弦波。當采用無變壓器輸出時，整機效率很高。什么是階梯波？高次諧波將非正弦周期信號按傅里葉級數展開，頻率為原信號頻率兩倍及以上的正弦分量。2倍以上的正弦波均稱為高次諧波.▲高次諧波是電力系統的公害,其危害主要有:(1)諧波電流使輸電線路、發電機、電動機、變壓器產生附加損耗,溫度升高。電力電子設備：計量儀表因為諧波會造成感應盤產生額外轉距，引起誤差，降低精度，甚至燒毀線圈。。缺點是，階梯波疊加線路使用的功率開關管較多，其中有些線路形式還要求有多組直流電源輸入。這給太陽電池方陣的分組與接線和蓄電池的均衡充電均帶來麻煩。此外，階梯波電壓對收音機和某些通訊設備仍有一些高頻干擾。正弦波逆變器正弦波逆變器輸出的交流電壓波形為正弦波。正弦波逆變器的優點是，輸出波形好，失真度很低，對收音機及設備干擾小，噪聲低。此外，保護功能齊全，整機效率高。缺點是：線路相對復雜，對維修技術要求高，價格較貴。正弦波逆變器輸出的是同我們日常使用的電網一樣甚至更好的正弦波交流電，因為它不存在電網中的電磁污染電磁污染：與一般無線電電磁干擾一樣變頻器產生的高次諧波通過導、電磁輻射和感應耦合三方式對電源及鄰近用電設備產生諧波污染。

逆變器使用條件1．逆變器的使用環境條件，逆變器正常使用條件：海拔高度不超過1000m，空氣溫度0～+40℃。2．直流輸入電源條件，輸入直流電壓波動范圍：蓄電池組額定電壓值的±15%。3．額定輸出電壓：在規定的輸入電源條件下，輸出額定電流時，逆變器應輸出的額定電壓值。電壓波動范圍：單相220V±5%，三相380±5%。4．額定輸出電流：在規定的輸出頻率和負載功率因數下，逆變器應輸出的額定電流值。5．額定輸出頻率，在規定的條件下，固定頻率逆變器的額定輸出頻率為50Hz：頻率波動范圍：50Hz±2%。6．逆變器的最大諧波含量，正弦波逆變器，在阻性負載下，輸出電壓的最大諧波含量應≤10%。7．逆變器的過載能力，在規定的條件下，在較短時間內，逆變器輸出超過額定電流值的能力。逆變器的過載能力應在規定的負載功率因數下，滿足一定的要求。太陽能逆變器-技術條件在光伏/風力互補系統選用逆變器時，首要的是確定逆變器如下幾個最主要的技術參數：輸入直流電壓范圍，如DC24V、48V、110V、220V等；額定輸出電壓，如三相380V，還是單相220V；輸出電壓波形，如正弦波、梯形波或方波。木前國內市場逆變器的效率問題逆變器在工作時其本身也要消耗一部分電力，因此，它的輸入功率要大于它的輸出功率。逆變器的效率即是逆變器輸出功率與輸入功率之比。如一臺逆變器輸入了100瓦的直流電，輸出了90瓦的交流電，那么，它的效率就是90％。目前世界上太陽能逆變器，歐美效率較高，歐洲標準是97.2%，但價格較為昂貴，國內市場只有江蘇艾索新能源股份有限公司銷售部李先生最近接受采訪時候自稱旗下的TL系列太陽能光伏逆變器單項機最大效率可達到97.6%，國內其他的逆變器效率都在90%以下，但價格比進口要便宜很多.除了功率，波形以外，選擇逆變器的效率也非常重要，效率越高則在逆變器身上浪費的電能就少，用于電器的電能就更多，特別是你是小功率系統時這點的重要性更迫確。光伏系統設計

主講人：黃忠2010年11月20日緒論主要講述太陽能光伏系統的組成結構和工作原理，并結合實例講述光伏系統的常見類型、一般設計原理和方法、光伏系統的測試以及性能分析，并描述了太陽能光伏系統的發展趨勢。光伏系統應用非常廣泛，光伏系統應用的基本形式可分為兩大類：獨立發電系統和并網發電系統。應用主要領域主要在太空航空器、通信系統、微波中繼站、電視差轉臺、光伏水泵和無電缺電地區戶用供電。隨著技術發展和世界經濟可持續發展的需要，發達國家已經開始有計劃地推廣城市光伏并網發電，主要是建設戶用屋頂光伏發電系統和MW級集中型大型并網發電系統等，同時在交通工具和城市照明等方面大力推廣太陽能光伏系統的應用。光伏系統的組成和原理

光伏系統由以下三部分組成：太陽電池組件；充、放電控制器、逆變器、測試儀表和計算機監控等電力電子設備和蓄電池或其它蓄能和輔助發電設備。光伏系統具有以下的特點：沒有轉動部件，不產生噪音；沒有空氣污染、不排放廢水；沒有燃燒過程，不需要燃料；維修保養簡單，維護費用低；運行可靠性、穩定性好；作為關鍵部件的太陽電池使用壽命長，晶體硅太陽電池壽命可達到25年以上；根據需要很容易擴大發電規模。光伏系統中的幾個主要部件：光伏組件方陣：由太陽電池組件（也稱光伏電池組件）按照系統需求串、并聯而

成，在太陽光照射下將太陽能轉換成電能輸出，它是太陽能光伏系統的核心部件。蓄電池：將太陽電池組件產生的電能儲存起來，當光照不足或晚上、或者負載需求大于太陽電池組件所發的電量時，將儲存的電能釋放以滿足負載的能量需求，它是太陽能光伏系統的儲能部件。目前太陽能光伏系統常用的是鉛酸蓄電池，對于較高要求的系統，通常采用深放電閥控式密封鉛酸蓄電池、深放電吸液式鉛酸蓄電池等?？刂破鳎核鼘π铍姵氐某?、放電條件加以規定和控制，并按照負載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負載的電能輸出，是整個系統的核心控制部分。隨著太陽能光伏產業的發展，控制器的功能越來越強大，有將傳統的控制部分、逆變器以及監測系統集成的趨勢，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三種功能。逆變器：在太陽能光伏供電系統中，如果含有交流負載，那么就要使用逆變器設備，將太陽電池組件產生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉化為負載需要的交流電?；竟ぷ髟硖柲芄夥╇娤到y的基本工作原理就是在太陽光的照射下，將太陽電池組件產生的電能通過控制器的控制給蓄電池充電或者在滿足負載需求的情況下直接給負載供電，如果日照不足或者在夜間則由蓄電池在控制器的控制下給直流負載供電，對于含有交流負載的光伏系統而言，還需要增加逆變器將直流電轉換成交流電。光伏系統的應用具有多種形式，但是其基本原理大同小異。對于其他類型的光伏系統只是在控制機理和系統部件上根據實際的需要有所不同，下面將對不同類型的光伏系統進行詳細地描述。圖1-1直流負載的太陽能光伏系統

光伏系統的分類與介紹一般將光伏系統分為獨立系統、并網系統和混合系統。如果根據光伏系統的應用形式、應用規模和負載的類型，對光伏供電系統進行比較細致的劃分，可將光伏系統分為如下六種類型：小型太陽能供電系統（SmallDC）；簡單直流系統（SimpleDC）；大型太陽能供電系統（LargeDC）；交流、直流供電系統（AC/DC）；并網系統（UtilityGridConnect）；混合供電系統（Hybrid）；并網混合系統。下面就每種系統的工作原理和特點進行說明。

小型太陽能供電系統（SmallDC）該系統的特點是系統中只有直流負載而且負載功率比較小，整個系統結構簡單，操作簡便。其主要用途是一般的戶用系統，負載為各種民用的直流產品以及相關的娛樂設備。如在我國西北邊遠地區就大面積推廣使用了這種類型的光伏系統，負載為直流節能燈、收錄機和電視機等，用來解決無電地區家庭的基本照明問題。簡單直流系統（SimpleDC）該系統的特點是系統負載為直流負載而且對負載的使用時間沒有特別的要求，負載主要是在白天使用，所以系統中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器。系統結構簡單，直接使用太陽能太陽電池組件給負載供電，省去了能量在蓄電池中的儲存和釋放過程所造成的損失，以及控制器中的能量損失，提高了太陽能的利用效率。其常用于光伏水泵系統、一些白天臨時設備用電和旅游設施中。圖4-4顯示的就是一個簡單直流的光伏水泵系統。這種系統在發展中國家的無純凈自來水供飲地區得到了廣泛的應用，產生了良好的社會效益。大型太陽能供電系統（LargeDC）與上述兩種光伏系統相比，這種光伏系統仍適用于直流電源系統，但是這種太陽能光伏系統的負載功率較大，為了保證可靠地給負載提供穩定的電力供應，其相應的系統規模也較大，需要配備較大的太陽能太陽電池組件陣列和較大的蓄電池組，常應用于通信、遙測、監測設備電源，農村的集中供電站，航標燈塔、路燈等領域。我國在西部地區實施的“光明工程”中，一些無電地區建設的部分鄉村光伏電站就是采用這種形式；中國移動和中國聯通公司在偏僻無電網地區建設的通信基站也采用了這種光伏系統供電。交流、直流供電系統（AC/DC）與上述的三種太陽能光伏系統不同的是，這種光伏系統能夠同時為直流和交流負載提供電力，在系統結構上比上述三種系統多了逆變器，用于將直流電轉換為交流電以滿足交流負載的需求。通常這種系統的負載耗電量也比較大，從而系統的規模也較大。在一些同時具有交流和直流負載的通信基站和其它一些含有交、直流負載的光伏電站中得到應用。并網系統（UtilityGridConnected）這種光伏系統最大的特點就是太陽電池組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之后直接接入公共電網，并網系統中光伏方陣所產生電力除了供給交流負載外，多余的電力反饋給電網。在陰雨天或夜晚，太陽電池組件沒有產生電能或者產生的電能不能滿足負載需求時就由電網供電。因為直接將電能輸入電網，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用光伏方陣所發的電力從而減小了能量的損耗，并降低了系統的成本。但是系統中需要專用的并網逆變器，以保證輸出的電力滿足電網電力對電壓、頻率等電性能指標的要求。因為逆變器效率的問題，還是會有部分的能量損失。這種系統通常能夠并行使用市電和太陽能太陽電池組件陣列作為本地交流負載的電源，降低了整個系統的負載缺電率。而且并網光伏系統可以對公用電網起到調峰作用。但并網光伏供電系統作為一種分散式發電系統，對傳統的集中供電系統的電網會產生一些不良的影響，如諧波污染，孤島效應等?；旌瞎╇娤到y（Hybrid）這種太陽能光伏系統中除了使用太陽能太陽電池組件陣列之外，還使用了燃油發電機作為備用電源。使用混合供電系統的目的就是為了綜合利用各種發電技術的優點，避免各自的缺點。比方說，上述幾種獨立光伏系統的優點是維護少，缺點是能量輸出依賴于天氣，不穩定。綜合使用柴油發電機和太陽電池組件的混合供電系統與單一能源的獨立系統相比所提供的能源對天氣的依賴性要小

太陽能光伏系統的特點

太陽能光伏發電系統自身具有其獨特的特點：無枯竭危險；絕對干凈（無污染，除蓄電池外）；不受資源分布地域的限制；可在用電處就近發電；能源質量高；使用者從感情上容易接受；獲取能源花費的時間短；供電系統工作可靠。不足之處是：照射的能量分布密度??；獲得的能源與四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關；造價比較高。以上的一些特點決定了光伏發電供電系統在應用中有著其獨有的優勢和相關的制約。光伏系統的容量設計光伏系統的設計包括兩個方面：容量設計和硬件設計。光伏系統容量設計的主要目的就是要計算出系統在全年內能夠可靠工作所需的太陽電池組件和蓄電池的數量。同時要注意協調系統工作的最大可靠性和系統成本兩者之間的關系，在滿足系統工作的最大可靠性基礎上盡量地減少系統成本。光伏系統硬件設計的主要目的是根據實際情況選擇合適的硬件設備包括太陽電池組件的選型，支架設計，逆變器的選擇，電纜的選擇，控制測量系統的設計，防雷設計和配電系統設計等。在進行系統設計的時候需要綜合考慮系統的軟件和硬件兩個方面。針對不同類型的光伏系統，軟件設計的內容也不一樣。獨立系統，并網系統和混合系統的設計方法和考慮重點都會有所不同。在進行光伏系統的設計之前，需要了解并獲取一些進行計算和選擇必需的基本數據：光伏系統現場的地理位置，包括地點、緯度、經度和海拔；該地區的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量以及散射輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長連續陰雨天數，最大風速以及冰雹、降雪等特殊氣象情況等。獨立光伏系統軟件設計光伏系統軟件設計的內容包括負載用電量的估算，太陽電池組件數量和蓄電池容量的計算以及太陽電池組件安裝最佳傾角的計算。因為太陽電池組件數量和蓄電池容量是光伏系統軟件設計的關鍵部分。

蓄電池設計方法蓄電池的設計思想是保證在太陽光照連續低于平均值的情況下負載仍可以正常工作。光伏系統中使用的蓄電池有鎳氫、鎳鎘電池和鉛酸蓄電池，但是在較大的系統中考慮到技術成熟性和成本等因素，通常使用鉛酸蓄電池。在下面內容中涉及到的蓄電池沒有特別說明指的都是鉛酸蓄電池。蓄電池的設計包括蓄電池容量的設計計算和蓄電池組的串并聯設計。首先，給出計算蓄電池容量的基本方法。第一步，將每天負載需要的用電量乘以根據實際情況確定的自給天數就可以得到初步的蓄電池容量。第二步，將第一步得到的蓄電池容量除以蓄電池的允許最大放電深度。因為不能讓蓄電池在自給天數中完全放電，所以需要除以最大放電深度，得到所需要的蓄電池容量。最大放電深度的選擇需要參考光伏系統中選擇使用的蓄電池的性能參數，可以從蓄電池供應商得到詳細的有關該蓄電池最大放電深度的資料。通常情況下，如果使用的是深循環型蓄電池，推薦使用80%放電深度（DOD）；如果使用的是淺循環蓄電池，推薦選用使用50%DOD。設計蓄電池容量的基本公式見下：自給天數X日平均負載蓄電池容量=-------------------------------（1）最大放電深度下面我們介紹確定蓄電池串并聯的方法。每個蓄電池都有它的標稱電壓。為了達到負載工作的標稱電壓，我們將蓄電池串聯起來給負載供電，需要串聯的蓄電池的個數等于負載的標稱電壓除以蓄電池的標稱電壓。負載標稱電壓串聯蓄電池數=-----------------------（2）蓄電池標稱電壓為了說明上述基本公式的應用，我們用一個小型的交流光伏應用系統作為范例。假設該光伏系統交流負載的耗電量為10KWh/天，如果在該光伏系統中，我們選擇使用的逆變器的效率為90％，輸入電壓為24V，那么可得所需的直流負載需求為462.96Ah/天。(10000Wh÷0.9÷24V=462.96Ah)。我們假設這是一個負載對電源要求并不是很嚴格的系統，使用者可以比較靈活的根據天氣情況調整用電。我們選擇5天的自給天數，并使用深循環電池，放電深度為80％。那么：蓄電池容量＝5天×462.96Ah/0.8＝2893.51Ah。如果選用2V/400Ah的單體蓄電池，那么需要串連的電池數： 串聯蓄電池數＝24V/2V=12（個）需要并聯的蓄電池數： 并聯蓄電池數＝2893.51/400＝7.23我們取整數為8。所以該系統需要使用2V/400Ah的蓄電池個數為：12串聯×8并聯=96（個）。下面是一個純直流系統的例子：鄉村小屋的光伏供電系統。該小屋只是在周末使用，可以使用低成本的淺循環蓄電池以降低系統成本。該鄉村小屋的負載為90Ah/天，系統電壓為24V。我們選擇自給天數為2天，蓄電池允許的最大放電深度為50％，那么： 蓄電池容量＝2天×90Ah/0.5＝360Ah。如果選用12V/100Ah的蓄電池，那么需要該蓄電池2串聯×4并聯=8個。設計修正

對于蓄電池，蓄電池的容量不是一成不變的，蓄電池的容量與兩個重要因素相關：蓄電池的放電率和環境溫度。首先，我們考慮放電率對蓄電池容量的影響。蓄電池的容量隨著放電率的改變而改變，隨著放電率的降低，蓄電池的容量會相應增加。蓄電池的容量會隨著蓄電池溫度的變化而變化，當蓄電池溫度下降時，蓄電池的容量會下降。在設計時要使用光伏系統所在地區的最低平均溫度，然后從上圖或者是由蓄電池

生產商提供的最大放電深度－蓄電池溫度關系圖上找到該地區使用蓄電池的最大允許放電深度。通常，只是在溫度低于零下8度時才考慮進行校正。圖10鉛酸蓄電池最大放電深度－溫度曲線下面舉例說明上述公式的應用。建立一套光伏供電系統給一個地處偏遠的通訊基站供電，該系統的負載有兩個：負載一，工作電流為1安培，每天工作24小時。負載二，工作電流為5安培每天工作12小時。該系統所處的地點的24小時平均最低溫度為-20℃，系統的自給時間為5天。使用深循環工業用蓄電池（最大DOD為80％）。因為該光伏系統所在地區的24小時平均最低溫度為-20℃，所以必須修正蓄電池的最大允許放電深度。由最大放電深度－蓄電池溫度的關系圖我們可以確定最大允許放電深度為50％。所以，加權平均負載工作時間=＝6.67hrs平均放電率=＝66.7小時率根據上頁中的典型溫度－放電率－容量變化曲線，與平均放電率計算數值最為接近的放電率為50小時率，-20℃時在該放電率下所對應的溫度修正系數為0.7（也可以根據供應商提供的性能表進行查詢）。如果計算出來的放電率在兩個數據之間，那么選擇較快的放電率（短時間）比較保守可靠。因此蓄電池容量為：蓄電池容量＝1428.57Ah@50小時放電率根據供應商提供的蓄電池參數表，我們可以選擇合適的蓄電池進行串并聯，構成所需的蓄電池組。（4）蓄電池組并聯設計當計算出了所需的蓄電池的容量后，下一步就是要決定選擇多少個單體蓄電池加以并聯得到所需的蓄電池容量。這樣可以有多種選擇，例如，如果計算出來的蓄電池容量為500Ah，那么我們可以選擇一個500Ah的單體蓄電池，也可以選擇兩個250Ah的蓄電池并聯，還可以選擇5個100Ah的蓄電池并聯。從理論上講，這些選擇都可以滿足要求，但是在實際應用當中，要盡量減少并聯數目。也就是說最好是選擇大容量的蓄電池以減少所需的并聯數目。這樣做的目的就是為了盡量減少蓄電池之間的不平衡所造成的影響，因為一些并聯的蓄電池在充放電的時候可能會與之并聯的蓄電池不平衡。并聯的組數越多，發生蓄電池不平衡的可能性就越大。一般來講，建議并聯的數目不要超過4組。目前，很多光伏系統采用的是兩組并聯模式。這樣，如果有一組蓄電池出現故障，不能正常工作，就可以將該組蓄電池斷開進行維修，而使用另外一組正常的蓄電池，雖然電流有所下降，但系統還能保持在標稱電壓正常工作?？傊?，蓄電池組的并聯設計需要考慮不同的實際情況，根據不同的需要作出不同的選擇。光伏組件方陣設計（1）基本公式在前面的章節中，我們講述了光伏供電系統中蓄電池的設計方法。下面我們將講述如何設計太陽電池組件的大小。太陽電池組件設計的基本思想就是滿足年平均日負載的用電需求。計算太陽電池組件的基本方法是用負載平均每天所需要的能量（安時

數）除以一塊太陽電池組件在一天中可以產生的能量（安時數），這樣就可以算出系統需要并聯的太陽電池組件數，使用這些組件并聯就可以產生系統負載所需要的電流。將系統的標稱電壓除以太陽電池組件的標稱電壓，就可以得到太陽電池組件需要串聯的太陽電池組件數，使用這些太陽電池組件串聯就可以產生系統負載所需要的電壓。基本計算公式如下：并聯的組件數量＝（4.6）串聯組件數量＝（4.7）（2）光伏組件方陣設計的修正太陽電池組件的輸出，會受到一些外在因素的影響而降低，根據上述基本公式計算出的太陽電池組件，在實際情況下通常不能滿足光伏系統的用電需求，為了得到更加正確的結果，有必要對上述基本公式進行修正。將太陽電池組件輸出降低10％在實際情況工作下，太陽電池組件的輸出會受到外在環境的影響而降低。泥土，灰塵的覆蓋和組件性能的慢慢衰變都會降低太陽電池組件的輸出。通常的做法就是在計算的時候減少太陽電池組件的輸出10％來解決上述的不可預知和不可量化的因素。我們可以將這看成是光伏系統設計時需要考慮的工程上的安全系數。又因為光伏供電系統的運行還依賴于天氣狀況,所以有必要對這些因素進行評估和技術估計，因此設計上留有一定的余量將使得系統可以年復一年地長期正常使用。將負載增加10％以應付蓄電池的庫侖效率在蓄電池的充放電過程中，鉛酸蓄電池會電解水，產生氣體逸出，這也就是說著太陽電池組件產生的電流中將有一部分不能轉化儲存起來而是耗散掉。所以可以認為必須有一小部分電流用來補償損失，我們用蓄電池的庫侖效率來評估這種電流損失。不同的蓄電池其庫侖效率不同，通常可以認為有5～10％的損失，所以保守設計中有必要將太陽電池組件的功率增加10％以抵消蓄電池的耗散損失。(3)完整的太陽電池組件設計計算考慮到上述因素，必須修正簡單的太陽電池組件設計公式,將每天的負載除以蓄電池的庫侖效率，這樣就增加了每天的負載，實際上給出了太陽電池組件需要負擔的真

正負載；將衰減因子乘以太陽電池組件的日輸出，這樣就考慮了環境因素和組件自身衰減造成的太陽電池組件日輸出的減少，給出了一個在實際情況下太陽電池組件輸出的保守估計值。綜合考慮以上因素，可以得到下面的計算公式。并聯的組件數量＝（4.8）

串聯組件數量＝（4.9）利用上述公式進行太陽電池組件的設計計算時，還要注意以下一些問題：1、考慮季節變化對光伏系統輸出的影響，逐月進行設計計算對于全年負載不變的情況，太陽電池組件的設計計算是基于輻照最低的月份。如果負載的工作情況是變化的，即每個月份的負載對電力的需求是不一樣的，那么在設計時采取的最好方法就是按照不同的季節或者每個月份分別來進行計算，計算出的最大太陽電池組件數目就為所求。通常在夏季、春季和秋季，太陽電池組件的電能輸出相對較多，而冬季相對較少，但是負載的需求也可能在夏季比較的大，所以在這種情況下只是用年平均或者某一個月份進行設計計算是不準確的，因為為了滿足每個月份負載需求而需要的太陽電池組件數是不同的，那么就必須按照每個月所需要的負載算出該月所必須的太陽電池組件。其中的最大值就是一年中所需要的太陽電池組件數目。例如，可能你計算出你在冬季需要的太陽電池組件數是10塊，但是在夏季可能只需要5塊，但是為了保證系統全年的正常運行，就不得不安裝較大數量的太陽電池組件即10塊組件來滿足全年的負載的需要。2、根據太陽電池組件電池片的串聯數量選擇合適的太陽電池組件太陽電池組件的日輸出與太陽電池組件中電池片的串聯數量有關。太陽電池在光照下的電壓會隨著溫度的升高而降低，從而導致太陽電池組件的電壓會隨著溫度的升高而降低。根據這一物理現象，太陽電池組件生產商根據太陽電池組件工作的不同氣候條件，設計了不用的組件：36片串聯組件與33片串聯組件。36片太陽電池組件主要適用于高溫環境應用，36片太陽電池組件的串聯設計使得太陽電池組件即使在高溫環境下也可以在Imp附近工作。通常，使用的蓄電池系統電壓為12V，36片串聯就意味著在標準條件（25℃）下太陽電池組件的Vmp為17V，大大高于充電所需的12V電壓。當這些太陽電池組件在高溫下工作時，由于高溫太陽電池組件的損失電壓約為2V，這樣Vmp為15V，即使在最熱的氣候條件下也足夠可以給各種類型的蓄電池充電。采用36片串聯的太陽電池組件最好是應用在炎熱地區，也可以使用在安裝了峰值功率跟蹤設備的系統中，這樣可以最大限度的發揮太陽電池組件的潛力。33片串聯的太陽電池組件適宜于在溫和氣候環境下使用33片串聯就意味著在標準條件（25℃）下太陽電池組件的Vmp為16V，稍高于充電所需的12V電壓。當這些太陽電池組件在40-45℃下工作時，由于高溫導致太陽電池組件損失電壓約為1V，這樣Vmp為15V，也足夠可以給各種類型的蓄電池充電。但如果在非常熱的氣候條件下工作，太陽電池組件電壓就會降低更多。如果到50℃或者更高，電壓會降低到14V或者以下，就會發生電流輸出降低。這樣對太陽電池組件沒有害處，但是產生的電流就不夠理想，所以33片串聯的太陽電池組件最好用在溫和氣候條件下。使用峰值小時數的方法估算太陽電池組件的輸出因為太陽電池組件的輸出是在標準狀態下標定的，但在實際使用中，日照條件以及太陽電池組件的環境條件是不可能與標準狀態完全相同，因此有必要找出一種可以利用太陽電池組件額定輸出和氣象數據來估算實際情況下太陽電池組件輸出的方法，我們可以使用峰值小時數的方法估算太陽電池組件的日輸出。該方法是將實際的傾斜面上的太陽輻射轉換成等同的利用標準太陽輻射1000W/m2照射的小時數。將該小時數乘以太陽電池組件的峰值輸出就可以估算出太陽電池組件每天輸出的安時數。太陽電池組件的輸出為峰值小時數×峰值功率。例如：如果一個月的平均輻射為5.0kWh/m2，可以將其寫成5.0hours×1000W/m2，而1000W/m2正好也就是用來標定太陽電池組件功率的標準輻射量，那么平均輻射為5.0kWh/m2就基本等同于太陽電池組件在標準輻射下照射5.0小時。這當然不是實際情況，但是可以用來簡化計算。因為1000W/m2是生產商用來標定太陽電池組件功率的輻射量，所以在該輻射情況下的組件輸出數值可以很容易從生產商處得到。為了計算太陽電池組件每天產生的安時數，可以使用峰值小時×太陽電池組件的Imp。例如，假設在某個地區傾角為30度的斜面上按月平均每天的輻射量為5.0kWh/m2，可以將其寫成5.0hours×1000W/m2。對于一個典型的75W太陽電池組件，Imp為4.4Amps，就可得出每天發電的安時數為5.0×4.4Amps=22.0Ah/天。使用峰值小時方法存在一些缺點，因為在峰值小時方法中做了一些簡化，導致估算結果和實際情況有一定的偏差。首先，太陽電池組件輸出的溫度效應在該方法中被忽略。在計算中對太陽電池組件的Imp要進行補償。因為在工作的時候，蓄電池兩端的電壓通常是稍微低于Vmp，這樣太陽電池組件輸出電流就會稍微高于Imp，使用Imp作為太陽電池組件的輸出就會比較保守。這樣，溫度效應對于由較少的電池片串聯的太陽電池組件輸出的影響就比對由較多的電池片串聯的太陽電池組件的輸出影響要大。所以峰值小時方法對于36片串聯的太陽電池組件比較準確，對于33片串聯的太陽電池組件則較差，特別是在高溫環境下。對于所有的太陽電池組件，在寒冷氣候的預計會更加準確。其次，在峰值小時方法中，利用了氣象數據中測量的總的太陽輻射，將其轉換為峰值小時。實際上，在每天的清晨和黃昏，有一段時間因為輻射很低，太陽電池組件產生的電壓太小而無法供給負載使用或者給蓄電池充電，這就將會導致估算偏大。通常，這一點造成的誤差不是很大，但對于由較少電池片串聯的太陽電池組件的影響比較大。所以對36片串聯的太陽電池組件每天輸出的估算就比較準確，而對于33片串聯的太陽電池組件的估算則較差。再次，在利用峰值小時方法進行太陽電池組件輸出估算時默認了一個假設，即假設太陽電池組件的輸出和光照完全成線性關系，并假設所有的太陽電池組件都會同樣地把太陽輻射轉化為電能。但實際上不是這樣的，這種使用峰值小時數乘以電流峰值的方法有時候會過高地估算某些太陽電池組件的輸出。不過，總的來說，在已知本地傾斜斜面上太陽能輻射數據的情況下，峰值小時估計方法是一種對太陽電池組件輸出進行快速估算很有效的方法。下面舉例說明如何使用上述方法計算光伏供電系統需要的太陽電池組件數。一個偏遠地區建設的光伏供電系統，該系統使用直流負載，負載為24V，400Ah/天。該地區最低的光照輻射是一月份，如果采用30度的傾角，斜面上的平均日太陽輻射為3.0kWh/m2，也就是相當于3個標準峰值小時。對于一個典型的75W太陽電池組件，每天的輸出為：組件日輸出=3.0峰值小時×4.4安培=13.2Ah/天假設蓄電池的庫侖效率為90%，太陽電池組件的輸出衰減為10％。根據上述公式，并聯組件數量=＝=37.4串聯組件數量＝＝=2根據以上計算數據，可以選擇并聯組件數量為38，串聯組件數量為2，所需的太陽電池組件數為：總的太陽電池組件數=2串×38并=76塊校核光伏組件方陣對蓄電池組的最大充電率校核設計光伏組件方陣給蓄電池的充電率。在太陽輻射處于峰值時，光伏組件方陣對于蓄電池的充電率不能太大，否則會損害蓄電池。蓄電池生產商將提供指定型號蓄電池的最大充電率，計算值必須小于該最大充電率。下面給出了最大的充電率的校核公式，用總的蓄電池容量除以總的峰值電流即可。最大充電率＝＝（4.11）下面舉例說明，光伏供電系統使用了75W太陽電池組件50塊（25并聯×2串聯），工作電壓24V，配備4000Ah的蓄電池。最大充電率為：最大充電率=4000Ah/25×4.4(75W組件峰值電流)=24hours將計算值和蓄電池生產商提供的該設計選用型號蓄電池的最大充電率進行比較，如果計算值較小，則設計安全，光伏組件方陣對蓄電池的充電不會損壞蓄電池；如果計算值較大，則設計不合格，需要重新進行設計。計算斜面上的太陽輻射并選擇最佳傾角在光伏供電系統的設計中，光伏組件方陣的放置形式和放置角度對光伏系統接收到的太陽輻射有很大的影響，從而影響到光伏供電系統的發電能力。光伏組件方陣的放置形式有固定安裝式和自動跟蹤式兩種形式，其中自動跟蹤裝置包括單軸跟蹤裝置和雙軸跟蹤裝置。與光伏組件方陣放置相關的有下列兩個角度參量：太陽電池組件傾角；太陽電池組件方位角。太陽電池組件的傾角是太陽電池組件平面與水平地面的夾角。光伏組件方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設定為負角度，向西偏設定為正角度）。一般在北半球，太陽電池組件朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為0°）時，太陽電池組件的發電量是最大的。對于固定式光伏系統，一旦安裝完成，太陽電池組件傾角和太陽電池組件方位角就無法改變。而安裝了跟蹤裝置的太陽能光伏供電系統，光伏組件方陣可以隨著太陽的運行而跟蹤移動，使太陽電池組件一直朝向太陽，增加了光伏組件方陣接受的太陽輻射量。但是目前太陽能光伏供電系統中使用跟蹤裝置的相對較少，因為跟蹤裝置比較復雜，初始成本和維護成本較高，安裝跟蹤裝置獲得額外的太陽能輻射產生的效益無法抵消安裝該系統所需要的成本。所以下面主要講述采用固定安裝的光伏系統。固定安裝的光伏系統涉及到兩個重要的方面，即如何選擇最佳傾角以及如何計算斜面上的太陽輻射。地面應用的獨立光伏發電系統，光伏組件方陣平面要朝向赤道，相對地平面有一定傾角。傾角不同，各個月份方陣面接收到的太陽輻射量差別很大。因此，確定方陣的最佳傾角是光伏發電系統設計中不可缺少的重要環節。目前有的觀點認為方陣傾角等于當地緯度為最佳。這樣做的結果，夏天太陽電池組件發電量往往過盈而造成浪費，

冬天時發電量又往往不足而使蓄電池處于欠充電狀態，所以這不一定是最好的選擇。也有的觀點認為所取方陣傾角應使全年輻射量最弱的月份能得到最大的太陽輻射量為好，推薦方陣傾角在當地緯度的基礎上再增加15度到20度。國外有的設計手冊也提出，設計月份應以輻射量最小的12月(在北半球)或6月(在南半球)作為依據。其實，這種觀點也不一定妥當，這樣往往會使夏季獲得的輻射量過少，從而導致方陣全年得到的太陽輻射量偏小。同時，最佳傾角的概念，在不同的應用中是不一樣的，在獨立光伏發電系統中,由于受到蓄電池荷電狀態等因素的限制，要綜合考慮光伏組件方陣平面上太陽輻射量的連續性、均勻性和極大性，而對于并網光伏發電系統等通?？偸且笤谌曛械玫阶畲蟮奶栞椛淞?。下面將介紹對于獨立光伏系統，如何選擇最佳傾角。在討論最佳傾角的選擇方法之前，先介紹利用水平面上太陽輻射計算斜面上太陽輻射的方法。因為我們需要使用的太陽輻射數據是傾斜面上的太陽輻射數據，而通常我們能夠得到的原始氣象數據是水平面上的太陽輻射數據。當太陽電池組件傾斜放置時，原始氣象數據就不能代表斜面上的實際輻射，所以必須要測量斜面上的輻射數據或者采用數學方法對原始的水平面上的氣象數據進行修正以得到斜面上所需的輻射數據。將水平面上的太陽輻射數據轉化成斜面上太陽輻射數據確定朝向赤道傾斜面上的太陽輻射量，通常采用Klein提出的計算方法：傾斜面上的太陽輻射總量Ht由直接太陽輻射量Hbt、天空散射輻射量Hdt和地面反射輻射量Hrt三部分所組成：Ht＝Hbt＋Hdt＋Hrt（4.12）對于確定的地點，知道全年各月水平面上的平均太陽輻射資料(總輻射量、直接輻射量或散射輻射量)后，便可以算出不同傾角的斜面上全年各月的平均太陽輻射量。下面介紹相關公式和計算模型。計算直接太陽輻射量Hbt引入參數Rb，Rb為傾斜面上直接輻射量Hbt與水平面上Hb直接輻射量之比，Rb＝(4.13)上述公式中傾斜面與水平面上直接輻射量之比Rb的表達式如下：(4.14)

上式中，s為太陽電池組件傾角，δ為太陽赤緯，hs為水平面上日落時角，hs’為傾斜面上日落時角，L是光伏供電系統的當地緯度。太陽赤緯δ的計算可參見公式（1.1）。水平面上日落時角hs的表達式如下：（4.15）傾斜面上日落時角hs’的表達式如下：（4.16）對于天空散射采用Hay模型。Hay模型認為傾斜面上天空散射輻射量是由太陽光盤的輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射輻射量兩部分組成，可表達為：Hdt＝Hd[Rb＋0.5(1－)(1＋cos(s))]（4.17）式中Hb和Hd分別為水平面上直接和散射輻射量。Ho為大氣層外水平面上太陽輻射量，其計算公式如下：（4.18）式中Isc為太陽常數，可以取Isc＝1367瓦/米2。對于地面反射輻射量Hrt，其公式如下：Hrt＝0.5ρH(1－cos(s))（4.19）上式中H為水平面上總輻射量，ρ為地物表面反射率。一般情況下，地面反射輻射量很小，只占Ht的百分之幾。這樣，求傾斜面上太陽輻射量的公式可改為：Ht＝HbRb＋Hd[Rb＋0.5(1－)(1＋cos(s))]＋0.5ρH(1－cos(s))（4.20）根據上面的計算公式就可以將水平面上的太陽輻射數據轉化成斜面上太陽輻射數據，基本的計算步驟如下：確定所需的傾角s和系統所在地的緯度L。找到按月平均的水平面上的太陽能輻射資料H。確定每個月中有代表性的一天的水平面上日落時間角hs和傾斜面上的日落時間角hs’，這兩個幾何參量只和緯度和日期有關。確定地球外的水平面上的太陽輻射，也就是大氣層外的太陽輻射Ho，該參量取決于地球繞太陽運行的軌道。計算傾斜面與水平面上直接輻射量之比Rb。計算直接太陽輻射量Hbt。計算天空散射輻射量Hdt。確定地物表面反射率ρ，計算地面反射輻射量Hrt。將直接太陽輻射量Hbt、天空散射輻射量Hdt和地面反射輻射量Hrt相加得到太陽輻射總量Ht。獨立光伏系統最佳傾角的確定對于負載負荷均勻或近似均衡的獨立光伏系統，太陽輻射均勻性對光伏發電系統的影響很大，對其進行量化處理是很有必要的。為此，可以引入一個量化參數，即輻射累積偏差δ，其數學表達式為：δ＝（4.21）式中Htβ是傾角為β的斜面上各月平均太陽輻射量，tβ是該斜面上年平均太陽輻射量，M(i)是第i月的天數?？梢姡牡拇笮≈苯臃从沉巳贻椛涞木鶆蛐?，δ愈小輻射均勻性愈好。按照負載負荷均勻或近似均衡的獨立光伏系統的要求，理想情況當然是選擇某個傾角使得tβ為最大值、δ為最小值。但實際情況是，二者所對應的傾角有一定的間隔，因此選擇太陽電池組件的傾角時，只考慮tβ最大值或δ取最小值必然會有片面性，應當在二者所對應的傾角之間進行優選。為此，需要定義一個新的量來描述傾斜面上太陽輻射的綜合特性，稱其為斜面輻射系數，以K表示，其數學表示式為：（4.22）為水平面上的年平均太陽輻射量。由于tβ和δ都與太陽電池組件的傾角有關，所以當K取極大值時，應當有（4.23）求解上式．即可求得最佳傾角。下表為利用上述方法，采用計算機進行計算，取步長為1度，計算出來我國部分城市對于負載負荷均勻或近似均衡的獨立光伏系統的最佳傾角。表4－1 我國部分主要城市的斜面最佳輻射傾角城市緯度（φ）最佳傾角哈爾濱45.68φ＋3長春43.90φ＋1沈陽41.77φ＋1北京39.80φ＋4天津39.10φ＋5呼和浩特40.78φ＋3太原37.78φ＋5烏魯木齊43.78φ＋12西寧36.75φ＋1蘭州36.05φ＋8銀川38.48φ＋2西安34.30φ＋14上海31.17φ＋3南京32.00φ＋5合肥31.85φ＋9杭州30.23φ＋3南昌28.67φ＋2福州26.08φ＋4濟南36.68φ＋6鄭州34.72φ＋7武漢30.63φ＋7長沙28.20φ＋6廣州23.13φ－7?？?0.03φ＋12南寧22.82φ＋5成都30.67φ＋2貴陽26.58φ＋8昆明25.02φ－8拉薩29.70φ－8混合光伏系統設計混合光伏系統中除了使用太陽能外還有多種能量來源，常見的能源方式有：風力，柴油發電機，生物質能等?；旌瞎夥到y在使用光伏發電的基礎上還要綜合利用這些能源給負載供電。常見的兩種混合光伏系統是風光互補供電系統和光伏油機混合系統。我們首先討論風光互補供電系統。在很多地區太陽能和風能具有一定的互補性，例如青藏高原每年的4-9月太陽能輻射值最高，而風力資源最豐富的月份在當年的10月到次年的4月，為太陽能風能互補發電系統的應用提供了良好的基礎。而且由于風光互補的特性使得對于獨立光伏系統中必須考慮連續陰雨天或者獨立的風力發電系統中必須考慮連續的無風天數而造成的蓄電池組余量偏大的問題得到緩解。

在進行風光互補系統設計的時候首先需要考慮風力發電的特點：風力發電對風的速度十分敏感，遠遠大于光伏系統對太陽輻射的敏感程度。從理論上講，風力發電機的輸出和風速的3次方成正比。這樣就給風力發電的設計帶來一定的影響，如果估計的風速大于實際的風速，那么系統的輸出就會遠遠小于

負載的實際需求，使得系統的設計參數必須十分準確。另一方面，如果該地區的風速很高，那么使用風力發電的成本就很低了，一般而言，如果平均風速大于4m/s，那么風力發電的成本就會低于在光照條件很好地區的光伏系統了。但是因為風速變化很大，年度，季度以及在一天中的變化都很大，所以最好還是使用風/光互補系統，減小風能對速度的敏感從而對系統供電的影響。風力發電對風機的安裝位置很敏感。即使是在同一個地區，有著相同的氣象條件，風力發電機坐落的位置不同，也會造成風力發電的很大區別，例如山丘和樹林都會對風力放電機坐落地點的風速產生很大影響，從而影響風力發電機的輸出。風力發電對風機葉片的安裝高度很敏感。因為風速隨著高度的變化會變化，在同一個安裝地點，葉片5米高的風機的發電量和20米高的風機的發電量是不同的。考慮到上述因素的影響，建議在安裝風力發電站的地點進行一年時間的實地測量，以獲得較為準確的數據，便于系統的設計。風光互補供電系統設計的首要問題就是尋求太陽能光電和風力混合系統在各自規模上的最佳匹配，求得既能滿足功能需求成本又最低的最佳風機容量、最佳太陽電池組件大小和蓄電池容量。其基本的設計思路為：了解實際情況，計算出系統負載的逐月日平均需求，作出日平均用電量曲線。計算出各種規格的風力發電機、太陽電池組件在全年各月的日均發電量，作出他們全年各月的日均發電量曲線。將風力和光電兩種發電方式不同規格發電裝置的發電量曲線進行多種擬合?？茨男┗パa組合的擬合曲線和日平均用電量曲線接近。對接近的擬合曲線進行成本估算，選擇成本最低的那條曲線作為設計結果。下面考慮光伏油機混合系統。對于沒有足夠風力資源的地方且負荷較大的光伏供電系統，如果考慮到要在暴風雨天氣或者較長的壞天氣后蓄電池不至于過放電，或者能夠很快地恢復蓄電池的SOC，我們可以采用兩種方法，一種方法是采用很大的光伏系統，即很大的太陽電池組件和很大的蓄電池容量；另外一種方法就是考慮使用混合系統，給該系統添加一個備用能源（通常是柴油機，或者汽油機），在冬天或者在較長的壞天氣里每隔幾天就將蓄電池充滿，在夏天備用電源可能根本就不會使用。到底是采用較大的光伏系統還是采用光伏油機混合系統，其關鍵的決定因素就是系統成本。光伏油機混合系統有更大的彈性，適合不同的系統需求，有很多種不同的方法設計混合系統。對系統進行設計時，必須在初始設計階段作出正確的選擇。在整個設計

過程中必須時刻牢記整個系統的運行過程。混合系統不同部分之間的交互作用很多，設計者必須保證滿足所有的重疊要求。不管按照什么方法進行設計，首先必須使光伏油機混合系統的功能恰好滿足負載需求，然后綜合考慮各種因素，平衡好各方面因素對系統的影響。下面介紹光伏油機混合系統的設計：負載工作情況。與獨立光伏系統設計一樣，混合系統中總載荷的確定也同樣重要。對于交流負載，還需要知道頻率、相數和功率因子。需要了解的不僅僅是負載的功率大小，負載每小時的工作情況都是很重要的。系統必須滿足任何可能出現的峰值情況，采用確定的控制策略滿足負載工作的需求。系統的總線結構。選擇交流還是直流的總線取決于負載和整個系統工作的需要。如果，所有的負載都是直流負載，那么就使用直流總線。如果負載大部分都是交流負載，那么就最好使用交流總線結構。如果發電機要供給一部分的交流負載需求，那么選擇交流總線結構就比較有利?？偟膩碚f，采用交流總線需要更加復雜的控制，系統的操作也較為復雜。但是更加的有效率，因為發電機產生的交流電直接供給負載的需要，不像在直流總線結構下，發電機輸出的電流需要經過整流器將交流轉化為直流，然后又經過逆變器將直流轉換為交流滿足交流負載的需要而產生很大的能量損失。進行設計的時候必須仔細的進行這些比較，確定最佳的系統總線結構。蓄電池總線電壓。在混合系統中，蓄電池的總線電壓會對系統的成本和效率產生很大的影響。通常，蓄電池的總線電壓應該在設備允許電壓和當地的安全法規規定的電壓下盡量取高的值。因為較高的電壓就會降低工作電流，從而降低損失，提高系統效率（因為功率的損失與電流的平方成正比）。而且因為電纜、保險、斷路器和其他的一些設備的成本都和電流的大小有關，所以較高的電壓能夠降低這些設備的成本。對于直流總線系統，通常負載的直流工作電壓決定了總線的電壓。如果有多種負載，最大的負載電壓為總線電壓，這樣可以減少DC/DC濾波器的容量。對于有交流負載的系統，蓄電池電壓由逆變器的輸入電壓決定。通常，除了最小的系統以外，其他的應該使用最小為48V的電壓。較大的系統應該使用120V或者240V。目前商用的最大的光伏/柴油機混合系統為480V系統。蓄電池容量。獨立光伏系統經常提供5-7天或更多的自給天數。對于混合系統，

因為有備用能源，蓄電池通常會比較小，自給天數為2-3天。當蓄電池的電量下降時，系統可以啟動備用能源如柴油發電機給蓄電池充電。在獨立系統中，蓄電池是作為能量的儲備，該能量儲備必須充分以隨時滿足天氣情況不好時的能量需求。在混合系統中，蓄電池的作用稍稍有所不同。它的作用是使得系統可以協調控制每種能源的利用。通過蓄電池的儲能，系統在充分利用太陽能的同時，還可以控制發電機在最適宜的情況下工作。好的混合系統設計必須在經濟性和可靠性方面把握好平衡。發電機和蓄電池充電設計。發電機和蓄電池的充電控制應該進行匹配設計，因為在混合系統中這兩個部分聯系緊密。首先，蓄電池的容量決定了蓄電池的充電器大小。充電器不能用過大的電流給蓄電池充電，通常最大充電率為C/5。發電機的功率必須能夠滿足蓄電池充電的需要。較小的蓄電池會降低系統的初始成本，但會導致更為頻繁的柴油機工作和啟動，從而增加燃油消耗和柴油機維護成本。在計算發電機大小的時候還要考慮負載的能量需求和功率因數。如果系統使用的是交流總線，那么還要考慮直接接到發電機的交流負載。使用較大的發電機，會減少發電機工作的時間，但是并不一定會降低太陽電池組件發電量占系統總發電量的百分比。減少發電機的工作時間就可以降低系統的維護成本，并且提高系統的燃油經濟性。所以使用較大功率的發電機會有很多優點。理論上，可以選擇發電機的功率為系統負載的75-90%。這樣就可以有比較低的系統維護成本和較高的系統燃油經濟性。在選擇發電機的時候還需注意到發電機的額定功率是在特定的溫度、海拔和濕度條件下測定的。如果發電機在不同的條件下工作，那么發電機的輸出就會降低。相關資料可以從柴油機制造商處獲取。一般情況下，發電機的輸出功率隨著海拔的升高而降低，通常每升高三百米降低3.5%。溫度（相對額定溫度，一般為30℃）每升高一度，則輸出降低0.36%;而濕度可能導致的功率下降最高為6％。燃油發電機發電與太陽電池組件能量貢獻的分配。在光伏-燃油發電機混合系統設計中，燃油發電機發電與太陽電池組件能量貢獻的分配非常關鍵，它決定了太陽電池組件的大小和燃油發電機年度的能量貢獻，直接影響到系統成本和系統工作情況。發電機提供的能量越大則所需的太陽電池組件就越小，這樣可以降低系統的初始成本，但燃油發電機的工作時間會增加從而導致系統的維護成本和燃油消

耗提高，它是整個系統各項容量設計的基礎。決定該分配需要綜合考慮系統所在地氣象因素、系統成本、系統維護等各項因素。可以根據經驗進行簡單的估計，如果想得到精確的估計，就需要使用計算機進行過程模擬。通常認為太陽電池組件的能量貢獻應該在總負載需求的25%到75%之間，系統的初始成本和維護成本就會比較低。但是對于不同的實際情況，就需要對整個系統的效率和能量損失做仔細的考慮，對貢獻比例加以修正。在確定了燃油發電機發電與太陽電池組件能量貢獻的分配之后，就可以根據負載每年的耗電量，計算出太陽電池組件的年度供電量和燃油發電機的年度供電量，由太陽電池組件的年度供電量就可以計算出需要的太陽電池組件容量，由發電機的年度供電量可以計算出每年的工作時間，從而估算燃油發電機的維護成本和燃油消耗。光伏系統傾角的設計。對于獨立光伏系統，為了降低蓄電池用量和系統成本，需要在冬季獲得最大的太陽能輻照。這樣就需要將太陽電池組件的傾角設置成比當地緯度大10-20度。但是在混合系統中，因為備用油機可以給蓄電池充電，所以可以不再考慮季節因素對太陽電池組件的影響。太陽電池組件的設計只需要考慮使得太陽電池組件在全年中輸出最大即可，可以更為有效的利用太陽能?？梢詫⑻栯姵亟M件的傾角設置為當地的緯度以得到最大的太陽輻射。但是在設計的時候需要注意一點，因為在混合系統中使用的蓄電池的容量比較小，在太陽輻射較強的夏季對于那些光伏能量貢獻占比較大比例的光伏系統就有可能無法完全儲存太陽電池組件產生的能量，會造成一定的能量浪費，從而導致系統的能源利用效率降低，影響系統的經濟性。所以實際上，可以在太陽輻射最好的月份應該將太陽能的貢獻比例控制在90％左右。在某些情況下，可能在特定的季節對能量貢獻有指定的要求，這就需要對太陽電池組件進行調節。下面通過一個簡單實例說明混合系統的設計方法：偏遠地區的一個通信基站，用戶對柴油發電機的使用沒有經驗。負載為直流30A的連續負載，電壓為48V。還有一個600W/220V的交流負載，不定時使用。安裝地點的海拔為1500m，夏季的平均溫度為30攝氏度。氣候很干燥，所以不必考慮濕度對發電機的影響，平均太陽能輻射為5.5kWh/m2/day。負載情況，負載的年度耗電量為，30A×48V=1440W1440W×24h＝34.56kWh/day=12,614kWh/year總線結構。因為交流負載的工作時間很短，所以可以單獨使用一套控制系統直接將交流負載接在柴油發電機上，也就是可以將交流負載和直流分開供電；又因為直流負載是連續負載，所以系統采用直流總線結構較好?？偩€電壓。因為直流負載的電壓為48V，所以選擇直流總線電壓為48V。蓄電池。因為是混合系統，所以選擇自給天數為3天，選擇深循環蓄電池，DOD為0.8。34.6KWhX3/0.8=129.75kWh129.75kWh/48V=2,703Ah可以選擇3000Ah的蓄電池，作為自給3天的蓄電池容量。蓄電池的最大的充電率為C/5，所以最大充電電流為：3000/5=600Amps.蓄電池充電器和發電機可以選擇400A的三相整流器，輸入功率為24KW。雖然電流比最大允許充電率要低一點，但是實際上仍然可以滿足適當的蓄電池充電率需要。下面來確定發電機的功率。首先，我們計算滿足75-90%負載需要的發電機功率。24/0.75=32kW 24/0.90=26.7kW所以發電機功率范圍：26.7KW～32KW考慮海拔和溫度的影響：溫度 -0.36%/°Cx(30-25)=-1.8%海拔 -3.5%/300x(1500-900)=-7.0%總計 1.8+7.0=8.8%額定功率的下降導致發電機功率：26.7/(1-0.088)=26.7/0.912=29.3kW

所以選擇30KW的三相柴油發電機。發電機能量貢獻。用戶已經表明不希望發電機的工作時間過長，我們可以選擇200小時作為發電機一年中工作的最長時間（通常一年維修一次）。整流器的輸出為400Ax48V=19.2kW。假設系統的額外損失為百分之十，蓄電池的總效率為百分之八十。我們就可以計算出整流器發電機組合的能量輸出：200x19.2x0.90x0.80=2,764kWh/year太陽電池組件太陽電池組件將提供余下的能量=12,629-2,764=9,865kWh/year。年平均輻射為5