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        首先,太陽電池組件輸出的溫度效應在該方法中被忽略。在計算中對太陽電池組件的Imp要進行補償。因為在工作的時候,蓄電池兩端的電壓通常是稍微低于Vmp,這樣太陽電池組件輸出電流就會稍微高于Imp,使用Imp作為太陽電池組件的輸出就會比較保守。這樣,溫度效應對于由較少的電池片串聯的太陽電池組件輸出的影響就比對由較多的電池片串聯的太陽電池組件的輸出影響要大。所以峰值小時方法對于36片串聯的太陽電池組件比較準確,對于33片串聯的太陽電池組件則較差,特別是在高溫環境下。對于所有的太陽電池組件,在寒冷氣候的預計會更加準確。

 

   

使用峰值小時數的方法估算太陽電池組件的輸出

因為太陽電池組件的輸出是在標準狀態下標定的,但在實際使用中,日照條件以及太陽電池組件的環境條件是不可能與標準狀態完全相同,因此有必要找出一種可以利用太陽電池組件額定輸出和氣象數據來估算實際情況下太陽電池組件輸出的方法,我們可以使用峰值小時數的方法估算太陽電池組件的日輸出。該方法是將實際的傾斜面上的太陽輻射轉換成等同的利用標準太陽輻射1000 W/ m2照射的小時數。將該小時數乘以太陽電池組件的峰值輸出就可以估算出太陽電池組件每天輸出的安時數。太陽電池組件的輸出為峰值小時數×峰值功率。例如:如果一個月的平均輻射為5.0kWh/m2,可以將其寫成5.0 hours × 1000W/ m2,而1000 W/ m2正好也就是用來標定太陽電池組件功率的標準輻射量,那么平均輻射為5.0kWh/ m2就基本等同于太陽電池組件在標準輻射下照射5.0小時。這當然不是實際情況,但是可以用來簡化計算。因為1000W/ m2是生產商用來標定太陽電池組件功率的輻射量,所以在該輻射情況下的組件輸出數值可以很容易從生產商處得到。為了計算太陽電池組件每天產生的安時數,可以使用峰值小時×太陽電池組件的Imp。例如,假設在某個地區傾角為30 度的斜面上按月平均每天的輻射量為5.0kWh/ m2,可以將其寫成5.0 hours × 1000W/ m2。對于一個典型的75W太陽電池組件,Imp為4.4Amps,就可得出每天發電的安時數為5.0×4.4Amps = 22.0Ah/天。

使用峰值小時方法存在一些缺點,因為在峰值小時方法中做了一些簡化,導致估算結果和實際情況有一定的偏差。

其次,在峰值小時方法中,利用了氣象數據中測量的總的太陽輻射,將其轉換為峰值小時。實際上,在每天的清晨和黃昏,有一段時間因為輻射很低,太陽電池組件產生的電壓太小而無法供給負載使用或者給蓄電池充電,這就將會導致估算偏大。通常,這一點造成的誤差不是很大,但對于由較少電池片串聯的太陽電池組件的影響比較大。所以對36片串聯的太陽電池組件每天輸出的估算就比較準確,而對于33片串聯的太陽電池組件的估算則較差。

再次,在利用峰值小時方法進行太陽電池組件輸出估算時默認了一個假設,即假設太陽電池組件的輸出和光照完全成線性關系,并假設所有的太陽電池組件都會同樣地把太陽輻射轉化為電能。但實際上不是這樣的,這種使用峰值小時數乘以電流峰值的方法有時候會過高地估算某些太陽電池組件的輸出。

不過,總的來說,在已知本地傾斜斜面上太陽能輻射數據的情況下,峰值小時估計方法是一種對太陽電池組件輸出進行快速估算很有效的方法。

下面舉例說明如何使用上述方法計算光伏供電系統需要的太陽電池組件數。

一個偏遠地區建設的光伏供電系統,該系統使用直流負載,負載為24V,400Ah/天。該地區最低的光照輻射是一月份,如果采用30度的傾角,斜面上的平均日太陽輻射為3.0 kWh/ m2,也就是相當于3個標準峰值小時。對于一個典型的75W太陽電池組件,每天的輸出為:

組件日輸出=3.0峰值小時 ×4.4安培=13.2 Ah/天

假設蓄電池的庫侖效率為90%,太陽電池組件的輸出衰減為10%。根據上述公式,

并聯組件數量=

= =37.4

串聯組件數量= = =2

根據以上計算數據,可以選擇并聯組件數量為38,串聯組件數量為2,所需的太陽電池組件數為:

總的太陽電池組件數=2串×38并 = 76塊

4.蓄電池和光伏組件方陣設計的校核

我們有必要對光伏組件方陣和蓄電池的設計計算進行校核,以進一步了解系統運行中可能出現的情況,保證光伏組件方陣的設計和蓄電池的設計可以協調工作。

I.     校核蓄電池平均每天的放電深度,保證蓄電池不會過放電。

計算公式如下,但是如果自給天數很大,那么實際的每天DOD可能相當小,不需要進行校核計算。

蓄電池日放電深度=

                 =      (4.10)

如果一個光伏系統使用了4000 Ah 的深循環蓄電池,每天的負載為500 Ah,那么平均每天的DOD校核計算如下:500Ah/4000Ah=0.125<0.8。所以該系統中蓄電池不會過放電。

II. 校核光伏組件方陣對蓄電池組的最大充電率

另外一個校核計算就是校核設計光伏組件方陣給蓄電池的充電率。在太陽輻射處于峰值時,光伏組件方陣對于蓄電池的充電率不能太大,否則會損害蓄電池。蓄電池生產商將提供指定型號蓄電池的最大充電率,計算值必須小于該最大充電率。下面給出了最大的充電率的校核公式,用總的蓄電池容量除以總的峰值電流即可。

最大充電率=

=           (4.11)

下面舉例說明,光伏供電系統使用了75W太陽電池組件50塊(25并聯×2串聯),工作電壓24V,配備4000 Ah 的蓄電池。最大充電率為:

最大充電率 = 4000Ah/25×4.4(75W組件峰值電流) = 24 hours

將計算值和蓄電池生產商提供的該設計選用型號蓄電池的最大充電率進行比較,如果計算值較小,則設計安全,光伏組件方陣對蓄電池的充電不會損壞蓄電池;如果計算值較大,則設計不合格,需要重新進行設計。

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