一、概述

地球上各地区受太阳光照射及辐射能变化的周期为一天 24h。处在某一地区的太阳能电池方阵的发电量也有 24h 的周期性的变化,其规律与太阳照在该地区辐射的变化规律相同。但是天气的变化将影响方阵的发电量。如果有几天连续阴雨天,方阵就几乎不能发电,只能靠蓄电池来供电,而蓄电池深度放电后又需尽快地将其补充好。设计者多数以气象台提供的太阳每天总的辐射能量或每年的日照时数的平均值作为设计的主要数据。由于一个地区各年的数据不相同,为可靠起见应取近十年内的最小数据。根据负载的耗电情况,在日照和无日照时,均需用蓄电池供电。气象台提供的太阳能总辐射量或总日照时数对决定蓄电池的容量大小是不可缺少的数据。

对太阳能电池方阵而言,负载应包括系统中所有耗电装置(除用电器外还有蓄电池及线路、控制器等)的耗量。

方阵的输出功率与组件串并联的数量有关,串联是为了获得所需要的工作电压,并联是为了获得所需要的工作电流,适当数量的组件经过串并联即组成所需要的太阳能电池方阵。  
二、蓄电池组容量设计

太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池。与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态下,其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的容量比负载所需的电量大得多。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。为了与太阳能电池匹配,要求蓄电池工作寿命长且维护简单。

1.蓄电池的选用

能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多,目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池,因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点,很适合用于性能可靠的太阳能电源系统,特别是无人值守的工作站。普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大,所以主要适于有维护能力或低档场合使用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能,但由于其价格较高,仅适用于较为特殊的场合。

2.蓄电池组容量的计算

蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。在一年内,方阵发电量各月份有很大差别。方阵的发电量在不能满足用电需要的月份,要靠蓄电池的电能给以补足；在超过用电需要的月份, 是靠蓄电池将多余的电能储存起来。所以方阵发电量的不足和过剩值,是确定蓄电池容量的依

据之一。同样,连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池取得。所以,这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。因此，蓄电池的容量 BC 计算公式为:

BC=A×QL×NL×TO/CC

A 为安全系数,取 1.1～1.4 之间；

QL 为负载日平均耗电量,为工作电流乘以日工作小时数； NL 为最长连续阴雨天数；

TO 为温度修正系数,一般在 0℃以上取 1,-10℃以上取 1.1,-10℃以下取 1.2； CC 为蓄电池放电深度,一般铅酸蓄电池取 0.75,碱性镍镉蓄电池取 0.85。

三、太阳能电池方阵设计

1. 太阳能电池组件串联数 Ns

太阳能电池组件按一定数目串联起来,就可获得所需要的工作电压,但是,太阳能电池组件的串联数必须适当。串联数太少,串联电压低于蓄电池浮充电压,方阵就不能对蓄电池充电。如果串联数太多使输出电压远高于浮充电压时,充电电流也不会有明显的增加。因此,只有当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时,才能达到最佳的充电状态。

Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc

UR 为太阳能电池方阵输出最小电压； Uoc 为太阳能电池组件的最佳工作电压； Uf 为蓄电池浮充电压；

UD 为二极管压降,一般取 0.7V； UC 为其它因数引起的压降。

电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关,应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数。

2. 太阳能电池组件并联数 Np

在确定               NP               之前,我们先确定其相关量的计算方法。(1)将太阳能电池方阵安装地点的太阳能日辐射量Ht,转换成在标准光强下的平均日辐射

时数 H：H=Ht×2.778/10000h

式中:2.778/10000(h.m2/kJ)为将日辐射量换算为标准光强(1000W/m2)下的平均日辐射时数的系数。

(2) 太阳能电池组件日发电量 Qp Qp=Ioc×H×Kop×Cz

Ioc 为太阳能电池组件最佳工作电流；