太阳能光伏电池板安装计算攻略.docx

1、太阳能光伏电池板安装计算攻略太阳能电池板方阵安装角度怎样计算？由于太阳能是一种清洁的能源，它的应用正在世界范围内快速地增长。利 用太阳光发电就是一种使用太阳能的方式，可是目前建设一个太阳能发电系统 的成本还是较高的，从我国现阶段的太阳能发电成本来看，其花费在太阳电池 组件的费用大约为6070%，因此，为了更加充分有效地利用太阳能，如何选 取太阳电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题。1.方位角太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为 负角度，向西偏设定为正角度）。一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面 与正南的夹角为 0）时，太阳电池发电量是最大的。在偏离正南（北

2、半球） 30度时，方阵的发电量将减少约 10%15%；在偏离正南（北半球） 60时，方阵 的发电量将减少约 20%30%。但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时 刻是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大 发电功率。在不同的季节，太阳电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发 电量最大的时候。方阵设置场所受到许多条件的制约，例如，在地面上设置时 土地的方位角、在屋顶上设置时屋顶的方位角，或者是为了躲避太阳阴影时的 方位角，以及布置规划、发电效率、设计规划、建设目的等许多因素都有关 系。如果要将方位角调整到在一天中负荷的峰值时刻与发电峰值时刻一致时， 请参考下述的公式。

3、至于并网发电的场合，希望综合考虑以上各方面的情况来 选定方位角。方位角=（一天中负荷的峰值时刻（24小时制）12） X 1$ （经 度116） 10月 9日北京的太阳电池方阵处于不同方位角时，日射量与时间推移 的关系曲线。在不同的季节，各个方位的日射量峰值产生时刻是不一样的。2.倾斜角倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，并希望此夹角是方阵一年 中发电量为最大时的最佳倾斜角度。一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有 关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。但是，和方位角一样，在设计中也要 考虑到屋顶的倾斜角及积雪滑落的倾斜角（斜率大于 50%-60%）等方面的限制条件。对于积雪滑落的倾斜角，即使

4、在积雪期发电量少而年总发电量也存在增 加的情况，因此，特别是在并网发电的系统中，并不一定优先考虑积雪的滑落，此外，还要进一步考虑其它因素。对于正南（方位角为 0度），倾斜角从水平（倾斜角为 0度）开始逐渐向最佳的倾斜角过渡时，其日射量不断增加直 到最大值，然后再增加倾斜角其日射量不断减少。特别是在倾斜角大于 5060以后，日射量急剧下降，直至到最后的垂直放置时，发电量下降到最小。方 阵从垂直放置到 1020的倾斜放置都有实际的例子。对于方位角不为 0度的 情况，斜面日射量的值普遍偏低，最大日射量的值是在与水平面接近的倾斜角 度附近。以上所述为方位角、倾斜角与发电量之间的关系，对于具体设计某一

5、个方阵的方位角和倾斜角还应综合地进一步同实际情况结合起来考虑。3.阴影对发电量的影响一般情况下，我们在计算发电量时，是在方阵面完全 没有阴影的前提下得到的。因此，如果太阳电池不能被日光直接照到时，那么 只有散射光用来发电，此时的发电量比无阴影的要减少约 10 20。针对这种情况，我们要对理论计算值进行校正。通常，在方阵周围有建筑物及山峰等 物体时，太阳出来后，建筑物及山的周围会存在阴影，因此在选择敷设方阵的 地方时应尽量避开阴影。如果实在无法躲开，也应从太阳电池的接线方法上进 行解决，使阴影对发电量的影响降低到最低程度。另外，如果方阵是前后放置 时，后面的方阵与前面的方阵之间距离接近后，前边方

6、阵的阴影会对后边方阵 的发电量产生影响。有一个高为 L1的竹竿，其南北方向的阴影长度为 L2,太阳 高度（仰角）为A,在方位角为B时，假设阴影的倍率为R,贝心R= L2/L1= ctgA x cosB此式应按冬至那一天进行计算，因为，那一天的阴影最长。例如方阵的上边缘的高度为 hl，下边缘的高度为h2,则：方阵之间的距离a=（ h1-h2） XR当纬度较高时，方阵之间的距离加大， 相应地设置场所的面积也会增加。对于有防积雪措施的方阵来说，其倾斜角度 大，因此使方阵的高度增大，为避免阴影的影响，相应地也会使方阵之间的距 离加大。通常在排布方阵阵列时，应分别选取每一个方阵的构造尺寸，将其高 度调整

7、到合适值，从而利用其高度差使方阵之间的距离调整到最小。具体的太 阳电池方阵设计，在合理确定方位角与倾斜角的同时，还应进行全面的考虑， 才能使方阵达到最佳状态。太阳能发电系统原理光伏系统设计1引言经过光伏工作者们坚持不懈的努力，太阳能电池的生产技术不断得到提 高，并且日益广泛地应用于各个领域。特别是邮电通信方面，由于近年来通信 行业的迅猛发展，对通信电源的要求也越来越高，所以稳定可靠的太阳能电源 被广泛使用于通信领域。而如何根据各地区太阳能辐射条件，来设计出既经济 而又可靠的光伏电源系统，这是众多专家学者研究已久的课题，而且已有许多 卓越的研究成果，为我国光伏事业的发展奠定了坚实的基础。笔者在学

8、习各专 家的设计方法时发现，这些设计仅考虑了蓄电池的自维持时间（即最长连续阴 雨天），而没有考虑到亏电后的蓄电池最短恢复时间（即两组最长连续阴雨天 之间的最短间隔天数）。这个问题尤其在我国南方地区应引起高度重视，因为 我国南方地区阴雨天既长又多，而对于方便适用的独立光伏电源系统，由于没 有应急的其他电源保护备用，所以应该将此问题纳入设计中一起考虑。本文综合以往各设计方法的优点，结合笔者多年来实际从事光伏电源系统 设计工作的经验，引入两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数作为设计的依 据之一，并综合考虑了各种影响太阳能辐射条件的因素，提出了太阳能电池、 蓄电池容量的计算公式，及相关设计方法。2影响

9、设计的诸多因素太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱、光强受到大气层厚度 （即大气质量）、地理位置、所在地的气候和气象、地形地物等的影响，其能 量在一日、一月和一年内都有很大的变化，甚至各年之间的每年总辐射量也有 较大的差别。太阳能电池方阵的光电转换效率，受到电池本身的温度、太阳光强和蓄电 池电压浮动的影响，而这三者在一天内都会发生变化，所以太阳能电池方阵的 光电转换效率也是变量。蓄电池组也是工作在浮充电状态下的，其电压随方阵发电量和负载用电量 的变化而变化。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。太阳能电池充放电控制器由电子元器件制造而成，它本身也需要耗能，而 使用的元器件的性能、质量等也关

10、系到耗能的大小，从而影响到充电的效率 等。负载的用电情况，也视用途而定，如通信中继站、无人气象站等，有固定 的设备耗电量。而有些设备如灯塔、航标灯、民用照明及生活用电等设备，用电量是经常 有变化的。设计者的任务是：在太阳能电池方阵所处的环境条件下（即现场的地理位置、太阳辐射能、 气候、气象、地形和地物等），设计的太阳能电池方阵及蓄电池电源系统既要 讲究经济效益，又要保证系统的高可靠性。某特定地点的太阳辐射能量数据，以气象台提供的资料为依据，供设计太 阳能电池方阵用。这些气象数据需取积累几年甚至几十年的平均值。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

11、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

12、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。3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

13、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

14、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二从 QLX NLVTCCAh(1)式中：A 为安全系数，取1.11.4 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xx数；TO为温度修正系数，一般在0C以上取1, 10C以上取1.1, 10C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。4太阳能电池方阵设计(1)太阳能电池组件xx数Ns将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

15、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。计算方法如下：Ns=UR/Uoc=( UfUDUc) /Uoc2)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，一般取0.7V；UC为其它因数引起的压降。表 1 我国主要 xx 的辐射参数表：城市纬度 日辐射量Ht最佳倾角op斜面日辐射量修正系数 Kop哈尔滨45.68 12703

16、軒 3 158381.1400xx43.90 13572 +1 171271.1548xx41.7713793 +1 165631.0671xx39.80 15261 + 4 180351.097639.10 14356 軒 5 167221.0692xx40.7816574 軒 3 200751.1468xx37.7815061 軒 5 173941.1005xx43.7814464 軒 12 165941.0092xx36.75 16777 軒 1 196171.1360xx36.05 14966 軒 8 158420.9489银川38.48 16553 軒 2 196151.155934

17、.30 12781 軒 14 129520.9275xx31.17 12760 軒 3 136910.9900xx32.00 13099 軒 5 142071.0249合肥31.85 125 孙 9 132990.9988xx30.23 11668 軒 3 123720.9362xx28.67 13094 軒 2 137140.8640xx26.08 12001 軒 4 124510.897836.68 14043 軒 61.0630xx34.72 13332 軒 71.0476xx30.63 13201 軒 70.9036xx28.20 11377 軒 60.8028xx23.13 1211

18、0 A 70.8850海口20.03 13835 軒 120.8761xx22.82 12515 軒 50.82311599414558137071158912702135101273430.67 10392 軒 2 103040.7553xx26.58 10327 軒 8 102350.8135xx25.02 14194 A 8 153330.9216拉萨29.70 21301 A 8 241511.0964蓄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xx数Np在确定NP之前，我们先确定其相关量的计算方法。1将

19、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 (日辐射量参见表1):H=Ht X2.778100h(3)式中：2.778/100 (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 QpQp=loc x HX Kopx CzAh(4)式中：Ioc为太阳能电池组件最佳工作电流；Kop为斜面xx系数(参照表1)；Cz为修正系数，主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失，一般取0.8。3两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数 Nw,此数据为本设计之独特 之处，主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量

20、补充起来，需补充的蓄电 池容量 Bcb 为：Bcb=Ax QLx NLAh(5)4太阳能电池组件并联数 Np的计算方法为：Np=( BcbNwx QL) /( Qpx Nw)(6)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间隔天数内所发 电量,不仅供负载使用,还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。(3)太阳能电池方阵的功率计算根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=PoX NsX NpW（7）式中：Po为太阳能电池组件的额定功率。5 设计实例以广州某地面卫星接收站为例，负载电压为 12V,功率为25W，每天工作24h,最长连续

21、阴雨天为15d,两最长连续阴雨天最短间隔天数为 30d,太阳能 电池采用云南半导体器件厂生产的 38D975X 400型组件，组件标准功率为 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 ） V。其水平面 太阳辐射数据参照表 1，其水平面的年平均日辐射量为 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。（1） 蓄电池容量 BcBc=AX QLX NLX To/CC=（.24x 15 x=1200Ah（2） 太阳能电池方阵功率 P因为：Ns=UR/Uoc=（UfUDUC）/Uoc=（140.71)/17.1=0.92 1Qp=loc x HX Kopx Cz=2.22 x 1(2)11 x0.885 x0.8 5.29AhBcb=AxQLxNL=1.2 x24x15=900Ah24=50AhNp=(BcbNwxQL)/(Qp xN)w=(90030x50)/(5.29 X 30)15故太阳能电池方阵功率为：P=PoxNsxNp=38x1x15=570W(3)计算结果该地面卫星接收站需太阳能电池方阵功率为 570W，蓄电池容量为1200Ah