【正文】 load 為止，表示該月方陣發(fā)電量大于耗電量，能給蓄電池充電。估算方陣電流：將歷年逐月平均水平面上太陽直接輻射及散射輻射量，代入以上各公式即可算出逐月輻射總量，然后求出全年平均日太陽輻射總量 HT，單位化成 mwh/cm2，除以標(biāo)準(zhǔn)日光強(qiáng)即求出平均日照時(shí)數(shù)：HTmwh / cm2則方陣應(yīng)輸出的最小電流為：Tm=mw cm100 /2Imin=Q?η式中：Q—負(fù)載每天總耗電量 η1—蓄電池充電效率 η2—方陣表面灰塵遮蔽損失Tm?η12同時(shí)，由于傾斜面上各月中最小的太陽總輻射量可算出各月中最少的峰值日照數(shù) Tmin。對于朝向赤道的傾斜面來說：(φ ? β )δ( )π ω(φ β )δRB=coscos sinST+180π ωSTsin?sin ()cosφ cosδ sinω式中：φ——當(dāng)?shù)鼐暥圈隆疥噧A角?360S+?180Sφ δsin sinδ = sin(+)??太陽赤緯：??365284 n水平面上日落時(shí)角：ωS= cos?1[?{ωST= ωφ ?tan tan[δ ](φ β )δ ]}傾斜面上日落時(shí)角：minS,cos?1tan? ? tan（2）、天空散射輻射分量 HdTH(1 + cos β )在各向同性時(shí)： HdT= d2（3）、地面反射輻射分量 HrT：7通?？蓪⒌孛娴姆瓷漭椛淇闯墒歉飨蛲缘?，其大小為：ρHrT= H(?β )21 cos其中ρ為地面反射率，其數(shù)值取決于地面狀態(tài)，各種地面的反射率如下表所示：地面狀態(tài)沙漠干燥裸地濕裸地反射率～～～地面狀態(tài)干濕土濕黑土干草地反射率～地面狀態(tài)濕草地新雪冰面反射率0. 14～0. 81 0. 69 一般計(jì)算時(shí)，可取ρ=故斜面上太陽輻射量即為：=+Hd ( +β ) + ρ(?β )HTH RB Bπ1 cosπH 1 cos通常計(jì)算時(shí)用上式即可滿足要求。計(jì)算日輻射量 從氣象站得到的資料一般只有水平面上的太陽輻射總量 H，直接輻射量 HB及散射輻射量 Hd且有：H～HB＋Hd需換算成傾斜面上的太陽輻射量。在青藏高原，傾角不宜過大，可大致等于當(dāng)?shù)鼐暥?。\u8764X10176。\u8764X15176。6這樣，確定蓄電池的儲備容量 CR和放電深度后，即可初步選定蓄電池的標(biāo)稱容量：()QC = 10 ~ 20 () d式中：Q――負(fù)載每天平均總耗電量４．決定方陣傾角：在這里，我們來用一種較近似的方法來確定方陣傾角。尤其在冬天，太陽輻射量小，蓄電池常處于欠充狀態(tài)，長期深放電會影響蓄電池的壽命，故必須考慮留有一定余量，常以放電深度來表示：C Cd = ?R ()C式中：d放電深度 C蓄電池標(biāo)稱容量 CR蓄電池儲備容量過大的放電深度會縮短蓄電池的壽命；過小的放電深度又會增加太陽電池方陣的規(guī)模，加大總的投資成本，放電深度最大到 80%較為合適。Q=ΣI*H 選擇蓄電池容量： 蓄電池儲備容量的大小主要取決于負(fù)載的耗電情況，此外還要考慮現(xiàn)場的氣候條件，環(huán)境溫度，系統(tǒng)控制的規(guī)律性及系統(tǒng)失效的后果等因素，通常儲備 10～20 天容量比較適宜。這些氣象數(shù)據(jù)需取積累幾年或幾十年的平均值。B、當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢茫喊ǖ孛?、?jīng)度、緯度、海拔等。在這里介紹一種比較簡單而又實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，這種方法不僅能說明所涉及的概念，而且對一般使用來說足夠精確。 這些因素相當(dāng)復(fù)雜，原則上需要對每個發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算，對一些無法確定數(shù)量的影響因素，只能采用一些系數(shù)來進(jìn)行估量。負(fù)載用電情況：由于用途不同，耗電功率、用電時(shí)間、對電源可靠性的要求等各不相同。１．２．４．１決定方陣發(fā)電量的因素光照條件：太陽照在地面太陽電池方陣上的輻射光的光譜，光強(qiáng)受到大氣質(zhì)量、地理位置、當(dāng)?shù)貧夂?、氣象、地形等多方面因素的影響，其能量在一日、一月和一年間都有很大的變化。１．２．４太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一個完善的太陽電池發(fā)電系統(tǒng)需要考慮很多因素，進(jìn)行各種設(shè)計(jì)，如電氣性能設(shè)計(jì)、熱力設(shè)計(jì)、靜電屏蔽設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等，對地面應(yīng)用的獨(dú)立電源系統(tǒng)來說，最主要的是根據(jù)使用要求，決定太陽電池方陣和蓄電池規(guī)模，以滿足正常工作的需求。一般來說，聚光方陣都要采用跟蹤方式，否則很可能會對發(fā)電量產(chǎn)生負(fù)面影響。１．２．３．４聚光太陽電池方陣按接收的光線的方式的不同可以分為聚光式方陣和非聚光（平板式）方陣，前者是將太陽光聚到太陽電池上，以提高輸出功率。 使用跟蹤裝置能提高太陽電池方陣的輸出功率，但要增加部分投資，同時(shí)也帶來了方陣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不可靠因素，轉(zhuǎn)動也要消耗一定的能量，所以采用跟蹤系統(tǒng)是否合算，要進(jìn)行綜合考慮。跟蹤方式根據(jù)要求不同，可以單獨(dú)跟蹤太陽方位角（稱一維跟蹤），也可以同時(shí)跟蹤太陽高度角（稱二維跟蹤），后者效果較好，但結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜。4１．２．３．３跟蹤系統(tǒng)＋－圖 旁路二極管的連接由于太陽的方位角和高度角每日每時(shí)都在作周期性的變化。平時(shí)旁路二極管處于反向偏置狀態(tài)，基本不消耗電能。１．２．３．２旁路二極管為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，有些系統(tǒng)還在組件兩端并聯(lián)旁路二極管，其作用是在組件開路或遮蔭時(shí)，提供電流通路，不致于使整串組件失效（見下圖）。同時(shí)，對特定的情況要作具體分析。極大性。均勻性。對于方陣傾角的選擇應(yīng)結(jié)合以下要求進(jìn)行綜合考慮：連續(xù)性。這些都會提高整個系統(tǒng)的耗費(fèi)。傾角不同，各個月份方陣面接收的太陽輻射量差別很大。３。方陣與地面之間要有一定的傾角。太陽電池方陣在安裝的時(shí)候，應(yīng)固定牢靠，能夠經(jīng)受當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)力。各種組件功率大小從數(shù)瓦到數(shù)十瓦不等，用戶選用非常方便。為了保證使用的可靠性，工廠生產(chǎn)的太陽組件在正式投產(chǎn)之前一般要經(jīng)過一系列的性能和環(huán)境試驗(yàn)，濕、溫度循環(huán)、熱沖擊、高溫高濕度老化、鹽水噴霧、低濕老化、耐氣候性、室外曝曬、沖擊、振動等試驗(yàn)，如應(yīng)用在特殊場合還要進(jìn)行一些專門試驗(yàn)。組件封裝后，由于蓋板玻璃，密封膠對透光的影響及各單體電池之間性能失配等原因，組件效率一般要比電池效率低 5～10%，但他也有些玻璃膠的厚度及折射率等匹配較好，封裝后反而使效率有所提高。這種組件質(zhì)量不易保證，封裝勞動強(qiáng)度大。為了避免這種情況，可以用混聯(lián)（或稱網(wǎng)狀連接）的對應(yīng)的電池之間連片連接起來，如圖 ，這樣，即使有少數(shù)電池失效（如有陰影線的），也不致于對整個輸出造成嚴(yán)重?fù)p失。單晶硅電池的工作電壓為：V=則串聯(lián)電池?cái)?shù)：Ns=，取 Ns=4 片 單體電池面積：s=π/4d2=π42/4=單體電池封裝后功率：Pm=100mv/cm2%95%=100mw= 式中 95%是考慮封裝時(shí)的失配損失需太陽電池總的片數(shù)：N=太陽電池并聯(lián)數(shù)：NP=N/Ns=12/4=3 組 2故用 12 片Φ40mm 的單晶硅太陽電池四串三并，即可滿足要求。電池串聯(lián)時(shí)，兩端電壓為各單體電池中電壓之和，電流等于各電池中最小的電流；并聯(lián)時(shí)，總電流為各單體電池電流之和，電壓取平均值。同時(shí)還要根據(jù)目前材料、工藝水平和長壽命的要求，讓組件面積比較合適，并讓單體電池之間的連接可靠，且組合損失較小。因而需根據(jù)使用要求將若干單體電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接并經(jīng)過封裝后，組成一個可以單獨(dú)對外供電的最小單元即組件。但單體太陽電池是不能直接做為電源使用的。在方陣工作時(shí)，阻塞二極管兩端有一定的電壓降，對硅二極管通常為 ～；肖特基或鍺管 左右。１．１．４阻塞二極管也稱作為反充二極管或隔離二極管，其作用是利用二極管的單向?qū)щ娦宰柚篃o日照時(shí)蓄電池通過太陽電池方陣放電。若光伏電站并網(wǎng)供電，控制器則需要有自動監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換等多種功能?？刂破髦饕呻娮釉骷?、儀表、繼電器、開關(guān)等組成。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池和硅膠蓄電池，要求較高的場合也有價(jià)格比較昂貴的鎳鎘蓄電池。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，除了供給負(fù)載用電外，還對蓄電池充電；在冬天日照量少，這部分貯存的電能逐步放出，在這種季節(jié)性循環(huán)的基礎(chǔ)上還要加上小得多的日循環(huán)，白天方陣給蓄電池充電，（同時(shí)方陣還要給負(fù)載用電），晚上則負(fù)載用電全部由蓄電池供給。一般由若干太陽電池組件按一定方式連接，再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成。目前應(yīng)用比較廣泛的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是作為地面獨(dú)立電源使用。第一部分 地面太陽電池發(fā)電系統(tǒng)太陽電池發(fā)電系統(tǒng)（又稱光伏發(fā)電系統(tǒng)），按其使用場所不同，可分為空間應(yīng)用和地面應(yīng)用兩大類。在地面可以作為獨(dú)立的電源使用，也可以與風(fēng)力發(fā)電機(jī)或柴油機(jī)等組成混合發(fā)電系統(tǒng)，還可以與電網(wǎng)聯(lián)接，向電網(wǎng)輸送電力。第一節(jié) 獨(dú)立光伏系統(tǒng)系統(tǒng)概述通常的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池方陣、蓄電池、控制器以及阻塞二極管組成，其方框圖如下：阻塞二極管控制器54 / 54太陽電池方陣１．１．１太陽電池方陣蓄電池負(fù)載方陣的作用是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，供給負(fù)載使用。１．１．２蓄電池組蓄電池組是太陽電池方陣的貯能裝置，其作用是將方陣在有日照時(shí)發(fā)出的多余電能貯存起來，在晚間或陰雨天供負(fù)載使用。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時(shí)還要考慮價(jià)格和使用是否方便等因素。１．１．３控制器在不同類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)中控制器各不相同，其功能多少及復(fù)雜程度差別很大，需1根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的要求及重要程度來確定。在簡單的太陽電池，蓄電池系統(tǒng)中，控制器的作用是保護(hù)蓄電池，避免過充，過放。如果負(fù)載用的是交流電，則在負(fù)載和蓄電池間還應(yīng)配備逆變器，逆變器的作用就是將方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成 220 伏交流電，供給負(fù)載使用。對阻塞二極管的要求是工作電流必須大于方陣的最大輸出電流，反向耐壓要高于蓄電池組的電壓。第二節(jié) 太陽電池組件太陽電池是將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能的最基本元件。因?yàn)閱误w電池薄而脆，容易碎裂，其電極的耐濕，耐腐蝕性能也還不能滿足長期裸露使用的要求，而且單體太陽電池的工作電壓太低，遠(yuǎn)不能滿足一般用電設(shè)備的電壓要求。１．２．１組件電氣性能的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中主要是確定組件工作電壓和功率這兩個參數(shù)。通過對單體太陽電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇⒉⒙?lián)，以滿足不同的需要。組件設(shè)計(jì)舉列：用Φ40mm 的單晶硅太陽電池（效率為 %）設(shè)計(jì)一工作電壓為 伏，峰值功率為 瓦的組件。聯(lián)接的方法如圖 但這種聯(lián)接方法有缺點(diǎn)，一旦其中一片電池?fù)p壞、開路或被陰影遮住，損失的不是一片電池的功率，而是整串電池都將失去作用，這在串聯(lián)電池?cái)?shù)目較多時(shí)影響尤為嚴(yán)重。＋－圖 串并聯(lián)＋－圖 混聯(lián)１．２．２組件的結(jié)構(gòu)單體電池聯(lián)接后，即可進(jìn)行封裝，以前組件的結(jié)構(gòu)多數(shù)是：正面用透光率高的玻璃覆蓋，太陽電池的前后面都用透明的硅橡膠粘接，背面用鋁板式玻璃作依托，四周用鋁質(zhì)或不銹鋼作邊框，引出正負(fù)極即成組件。近些年來，國內(nèi)外組件大多已采用新型結(jié)構(gòu)；正面采用高透光率的鋼化玻璃，背面是一層聚乙烯氟化物膜，電池兩邊用