【導(dǎo)讀】盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。本文將簡要介紹光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)介紹其功率計(jì)算方法。
可以說光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，小到0.3～2W的太陽能庭院燈，大到MW級的太陽能光伏電站。其應(yīng)用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應(yīng)用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。本文將簡要介紹光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)介紹其功率計(jì)算方法。
光伏系統(tǒng)組成
圖1是一個典型的供應(yīng)直流負(fù)載的光伏系統(tǒng)示意圖。
圖1 直流負(fù)載光伏系統(tǒng)
圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)原理方框圖
光伏系統(tǒng)中的幾個主要部件：
1.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(tǒng)需求串、并聯(lián)而成，在太陽光照射下將太陽能轉(zhuǎn)換成電能輸出，它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心部件。
2.蓄電池：將太陽電池組件產(chǎn)生的電能儲存起來，當(dāng)光照不足或晚上、或者負(fù)載需求大于太陽電池組件所發(fā)的電量時，將儲存的電能釋放以滿足負(fù)載的能量需求，它是太陽能光伏系統(tǒng)的儲能部件。目前太陽能光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池，對于較高要求的系統(tǒng)，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。
3.控制器：它對蓄電池的充、放電條件加以規(guī)定和控制，并按照負(fù)載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負(fù)載的電能輸出，是整個系統(tǒng)的核心控制部分。隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來越強(qiáng)大，有將傳統(tǒng)的控制部分、逆變器以及監(jiān)測系統(tǒng)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。
4.逆變器：在太陽能光伏供電系統(tǒng)中，如果含有交流負(fù)載，那么就要使用逆變器設(shè)備，將太陽電池組件產(chǎn)生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉(zhuǎn)化為負(fù)載需要的交流電。
太陽能光伏供電系統(tǒng)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(chǎn)生的電能通過控制器的控制給蓄電池充電或者在滿足負(fù)載需求的情況下直接給負(fù)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(fù)載供電，對于含有交流負(fù)載的光伏系統(tǒng)而言，還需要增加逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。光伏系統(tǒng)的應(yīng)用具有多種形式，但是其基本原理大同小異。
太陽能電池組件功率計(jì)算方法
硅太陽能發(fā)電板容量是指平板式太陽能板發(fā)電功率WP。太陽能發(fā)電功率量值取決于負(fù)載24h所能消耗的電力H(WH)，由負(fù)載額定電源與負(fù)載24h所消耗的電力，決定了負(fù)載24h消耗的容量P(AH)，再考慮到平均每天日照時數(shù)及陰雨天造成的影響，計(jì)算出太陽能電池陣列工作電流IP(A)。
由負(fù)載額定電源，選取蓄電池公稱電壓，由蓄電池公稱電壓來確定蓄電池串聯(lián)個數(shù)及蓄電池浮充電壓VF(V)，再考慮到太陽能電池因溫度升高而引起的溫升電壓VT(v)及反充二極管P-N結(jié)的壓降VD(V)所造成的影響，則可計(jì)算出太陽能電池陣列的工作電壓VP(V)，由太陽電池陣列工作電源IP(A)與工作電壓VP(V)，便可決定平板式太陽能板發(fā)電功率WPW，從而設(shè)計(jì)出太陽能板容量，由設(shè)計(jì)出的容量WP與太陽能電池陣列工作電壓VP，確定硅電池平板的串聯(lián)塊數(shù)與并聯(lián)組數(shù)。
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太陽能電池陣列的具體設(shè)計(jì)步驟如下：
1.計(jì)算負(fù)載24h消耗容量P。
P=H/V
H——負(fù)載24小時消耗的電力(WH，瓦˙時)
V——負(fù)載額定電源
2.選定每天日照時數(shù)T(H)。
3.計(jì)算太陽能陣列工作電流。
IP=P(1+Q)/T
Q——按陰雨期富余系數(shù)，Q=0.21～1.00
4.確定蓄電池浮充電壓VF。
鎘鎳(GN)和鉛酸(CS)蓄電池的單體浮充電壓分別為1.4～1.6V和2.2V。
5.太陽能電池溫度補(bǔ)償電壓VT。
VT=2.1/430(T-25)VF
6.計(jì)算太陽能電池陣列工作電壓VP。
VP=VF+VD+VT
其中VD=0.5～0.7
約等于VF
7.太陽電池陣列輸出功率WP，平板式太陽能電板。
WP=IP×VP
8.根據(jù)VP、WP在硅電池平板組合系列表格，確定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)。
另外，交流系統(tǒng)或并網(wǎng)系統(tǒng)還要考慮逆變器轉(zhuǎn)換效率、其他功率損耗等。
示例
下面以100W輸出功率，每天使用5個小時為例，介紹一下計(jì)算方法：
1.首先應(yīng)計(jì)算出每天消耗的瓦時數(shù)(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為90%，則當(dāng)輸出功率為100W時，則實(shí)際需要輸出功率應(yīng)為100W/90%=111W;若按每天使用5小時，則耗電量為111W*5小時=555Wh。
2.計(jì)算太陽能電池板：
一般情況下我們可以按每日有效日照時間為6小時計(jì)算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應(yīng)為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實(shí)際使用功率。
