【導讀】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)，并重點介紹其功率計算方法。
可以說光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應用形式各異，小到0.3～2W的太陽能庭院燈，大到MW級的太陽能光伏電站。其應用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應用。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)，并重點介紹其功率計算方法。
光伏系統(tǒng)組成
圖1是一個典型的供應直流負載的光伏系統(tǒng)示意圖。
圖1 直流負載光伏系統(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，當光照不足或晚上、或者負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，并按照負載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負載的電能輸出，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，如果含有交流負載，那么就要使用逆變器設備，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載需求的情況下直接給負載供電，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載供電，對于含有交流負載的光伏系統(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載24h所能消耗的電力H(WH)，由負載額定電源與負載24h所消耗的電力，決定了負載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，計算出太陽能電池陣列工作電流IP(A)。
由負載額定電源，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，從而設計出太陽能板容量，由設計出的容量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計步驟如下：
1.計算負載24h消耗容量P。
P=H/V
H——負載24小時消耗的電力(WH，瓦˙時)
V——負載額定電源
2.選定每天日照時數(shù)T(H)。
3.計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.太陽能電池溫度補償電壓VT。
VT=2.1/430(T-25)VF
6.計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，確定標準規(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，介紹一下計算方法：
1.首先應計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%，則當輸出功率為100W時，則實際需要輸出功率應為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為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。
