全国各地域受太阳光照及辐射能变化的周期为一天24h。处在某一地域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域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。假如有几天连续阴雨天,太阳能就简直不能发电,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。设计者多数以气候台提供的太阳每天总的辐射能量或每年的日照时数的均匀值作为设计的主要数据。由于一个地域各年的数据不相同,为牢靠起见应取近十年内的最小数据。依据负载的耗电状况,在日照和无日照时,均需用蓄电池供电。气候台提供的太阳能总辐射量或总日照时数对决议蓄电池的容量大小是不可短少的数据。对太阳能电池方阵而言,负载应包括系统中一切耗电安装(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,串联是为了取得所需求的工作电压,并联是为了取得所需求的工作电流,恰当数量的组件经过串并联即组成所需求的太阳能电池方阵。
太阳能电池电源系统的储能安装主要是蓄电池。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,请求蓄电池工作寿命长且维护简单。

1.蓄电池的选用可以和太阳能电池配套运用的蓄电池品种很多,目前普遍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。国内目前主要运用铅酸免维护蓄电池,由于其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特性,很合适用于性能牢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求经常维护及其环境污染较大,所以主要适于有维护才能或低档场所运用。碱性镍镉蓄电池固然有较好的低温、过充、过放性能,但由于其价钱较高,仅适用于较为特殊的场所。

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异。方阵的发电量在不能满足用电需求的月份,要靠蓄电池的电能给以补足;在超越用电需求的月份,是靠蓄电池将多余的电能贮存起来。所以方阵发电量的缺乏和过剩值,是肯定蓄电池容量的根据之一。同样,连续阴雨天期间的负载用电也必需从蓄电池获得。所以,这期间的耗电量也是肯定蓄电池容量的要素之一。

因而,蓄电池的容量BC计算公式为:BC=A×QL×NL×TO/CCAh公式中:A为安全系数,取1.1~1.4之间;QL为负载日均匀耗电量,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,普通在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,普通铅酸蓄电池取0.75,碱性镍镉蓄电池取0.85。

3太阳能电池方阵设计

3.1.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,就可取得所需求的工作电压,但是,太阳能电池组件的串联数必需恰当。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。假如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。因而,只要当太阳能电池组件的串联电压等于适宜的浮充电压时,才干到达最佳的充电状态。计算办法如下:Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc(2)式中: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,普通取0.7V;UC为其它因数惹起的压降。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。

3.2.太阳能电池组件并联数Np在肯定NP之前,我们先肯定其相关量的计算办法。(1)将太阳能电池方阵装置地点的太阳能日辐射量Ht,转换成在规范光强下的均匀日辐射时数H:H=Ht×2.778/10000h(3)式中:2.778/10000(hm2/kJ)为将日辐射量换算为规范光强(1000W/m2)下的均匀日辐射时数的系数。(2)太阳能电池组件日发电量QpQp=Ioc×H×Kop×CzAh穴4雪式中:Ioc为太阳能电池组件最佳工作电流;Kop为斜面修正系数;Cz为修正系数,主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失,普通取0.8。(3)两组最长连续阴雨天之间的最短距离天数Nw,此数据为本设计之共同之处,主要思索要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来,需补充的蓄电池容量Bcb为:Bcb=A×QL×NLAh公式(4)太阳能电池组件并联数Np的计算办法为:Np=(Bcb+Nw×QL)/(Qp×Nw)穴6雪式(6)的表达意为:并联的太阳能电池组组数,在两组连续阴雨天之间的最短距离天数内所发电量,不只供负载运用,还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。

3.3.太阳能电池方阵的功率计算依据太阳能电池组件的串并联数,即可得出所需太阳能电池方阵的功率P:P=Po×Ns×NpW(7)式中:Po为太阳能电池组件的额定功率。设计实例以某空中卫星接纳站为例,负载电压为12V,功率为25W,每天工作24h,最长连续阴雨天为15d,两最长连续阴雨天最短距离天数为30d,太阳能电池采用云南半导体器件厂消费的38D975×400型组件,组件规范功率为38W,工作电压17.1V,工作电流2.22A,蓄电池采用铅酸免维护蓄电池,浮充电压为(14±1)V。其程度面太阳辐射数据参照表1,其程度面的年均匀日辐射量为12110(kJ/m2),Kop值为0.885,最佳倾角为16.13°,计算太阳能电池方阵功率及蓄电池容量。