太阳能电池方阵及蓄电池容量计算的一般方法.pdf

太阳能电池供电系统设计步骤 ⑴ 列出基本数据 ① 确定所有负载功率及连续工作时间 ② 确定地理位置：经、纬度及海拔高度 ③ 确定安装地点的气象资料： ★ 年（或月）太阳辐射总量或年（或月）平均日照时数 ★ 年平均气温和极端气温 ★ 最长连续阴雨天数 ★ 最大风速及冰雹等特殊气候资料 ⑵ 确定负载功耗：Q=ΣIH 其中：I-负载电流，H-负载工作时间（小时） ⑶ 确定蓄电池容量：C = Q X d X 1.3 式中：d-连续阴雨天数 C-蓄电池标称容量（10 小时放电率） C = （10～20）Cr /（1-d） ⑷ 确定方阵倾角：推荐方阵的倾角与纬度的关系 当地纬度Ф 0～1515～20 25～30 30～35 35～40 ＞40 方阵倾角β 15 Ф Ф+5 Ф+10 Ф+15 Ф+20 ⑸ 计算方阵β倾角下的辐射量： Sβ= Ssin(α+β)/sinα 光线 式中：Sβ—β倾角方阵太阳直接辐射分量 α+β 方阵 α—中午时太阳高度角 S—水平面太阳直接辐射量（查气象资料） 其它：α=90-Φδ α β 式中：Φ—纬度 δ—太阳赤纬度（北半球取+号） 地面 即：α=90-Φ+δ δ=23.45sin[(284+n)360/365] 式中：n—从一年开头算起第 n 天的纬度 那么 Rβ=Ssin(α+β)/sinα+D 式中 Rβ—β角方阵面上的太阳总辐射量 D—散射辐射量（查阅气象资料） ⑹ 计算方阵电流： Tm = (RβmwH/cm2)/(100mw/cm2) 式中：Tm—为平均峰值日照时数 Imin = Q/(Tmη1η2) 式中：Imin—方阵最小输出电流 η1—蓄电池充电效率 η2—方阵表面灰尘遮散损失 Imax = Q/(Tminη1η2) ⑺ 确定方阵电压： V = Vf+Vd 式中：Vf—蓄电池浮充电压（25℃）Vd—线路电压损耗 ⑻ 确定方阵功率： F=ImV/(1-α(Tmax-25)) 式中：α—一般取α=0.5% Tmax—太阳电池最高工作温度 ⑼ 根据蓄电池容量、充电电压、环境极限温度、太阳电池方阵电压及功率要求，选取适 合的太阳电池组件。

举例：以负载 480W/-48V 为例 ⑴ 基本数据： ※ 负载功率：480W/-48V，24 小时连续工作 ※ 地理位置：新疆库车：东经 83E，北纬 41.7N ※ 年平均日照时数（水平面） ：2700 小时 ※ 极限气温：-40℃～+70℃ ※ 连续阴雨天数：5 天 ※ 最大风速：50m/s ※ 水平面太阳直接辐射量：S = 478mwH/cm2 ⑵ 负载功率：Q=480W/-48V X 24=240AH ⑶ 确定蓄电池容量： 取 d=5 C=240 X 5 X 1.3=1560AH ⑷ 确定方阵倾角：β 取 β=40+15=55 ⑸ 计算方阵β角下的日辐射量： 因为 α=90-Φ+δ=90-40+15=65 δ=23.45sin[(284+n)360/365] 取 n=200 天 所以 δ=23.45sin[(284+n)360/365]=20.82≈21 又因为 Rβ=Ssin(α+β)/sinα+D 取 D=0 则 Rβ=478sin(65+55)/sin65=4780.96=456mwh/cm2 ⑹ 计算方阵电流 因为 Tm = (RβmwH/cm2)/(100mw/cm2)=456/100=4.56h 所以 Imin = Q/(Tmη1η2) 取 η1=1 η2=1 Imin = Q/(Tmη1η2)=240/4.56=52.6A ⑺ 确定方阵功率 F=ImV/(1-α(Tmax-25)) 令 Im=Imin，Im 为平均电流 V=Vm(Vm=SM55 组件电压4) Tmax=70 则 F=52.669.6/(1-5103(70-25))=4723W 综上述计算结果，对 480W/-48V 负载 24 小时连续工作应配太阳电池组件功率 4723Wp。

并与西门子计算机优化设计方案比较如下： 计算项目 我司计算结果 西门子计算机优化设计结果 太阳电池功率： 4723W 4823.3W 连续阴雨天： 5 天 5 天 蓄电池容量： 1560AH 1500AH 方阵倾角： 55 55 太阳能控制器对蓄电池的充电控制 太阳能电池方阵容量的确定： 通常我司都是根据西门子太阳能电源系统计算机设计软件来设计的，其算法与《2 太阳能电池方阵容量的一般计算方法》是一致的，故在此就不列出详细的计算过程，仅 列出计算步骤和结果， 以 “松树沟 （524W/-48V） ” 站为例叙述如何计算太阳能电源系统： 1．列出基本数据：来自标书及相关的有关气象和地理环境资料 ※ 经、纬度：东经 11255′51″ 北纬 3531′ 海拔 1895 米 ※ 负载功耗：524W/-48V，24 小时连续不间断工作 ※ 连续阴雨天：7 天 ※ 气象资料：如太阳辐射量，年平均气温和极端气温、风速、连阴雨天等，用户可 在当地气象部门查询 （我司采用西门子太阳能电源系统计算机设计软件已将气象 卫星收集的气象资料输入在所选择的地点或接近的地点） 2．确定负载功耗：524W/-48V 24 小时连续工作（标书给出） 。

3．确定蓄电池容量：经过计算结果为：2300.0AH/-48V（详见 3.3.2 松树沟西门子太阳 能计算机优化方案） 4．确定方阵倾角： 在计算过程中，选择靠近该站地点的 2 个采样点（河南卢氏：东经 111、北纬 34和河北武安：东经 114、北纬 37）发现方阵倾角选“卢氏”时为 50，而选 “武安”时为 35，再结合地理位置及海拔等环境因素及以往的实际经验，认为“卢 氏”的资料较接近“松树沟”站的情况，并做以下修正 结论：方阵倾角为 50 5．计算日辐射量：略（西门子软件中已提供） 6．方阵功率的确定： 计算结果为：5261.8Wp 7．确定组件的规格型号：选定为 SM55/55Wp/每块 8．修正总的功率数结果：取 96 块 SM55 组件/5280Wp（4 串 24 并） 9．方阵串并联数的确定： ※ -48V 系统 ※ 取 4 块串联，24 组件并联 10. 方阵输入的路数确定： 西门子太阳能控制器是按 A、B、C、D 4 路输入来生产制作的，故方阵分 A、B、C、 D 4 路输入 太阳能控制器的工作原理： 1．太阳能控制器选型：根据电源系统电压和方阵最大充电电流来选择控制器 注：A：受负载电压变化范围的限制（44-52V）的设备使用限压器，电流为 20A（也 可另行制做） 。

B：不受负载电压变化范围限制的设备：充电电流≤200A，负载电流为 50A 充电电流＞200A，负载电流为 70A 2．合理分配太阳能方阵电流： 1）太阳能方阵的合理分配是使太阳能得到充分的利用、 对蓄电池更合理的充电和太 阳能控制器不频繁启动 2）太阳能方阵电流分配： 一般原则是使方阵的充电曲线愈接近蓄电池的最佳充电曲 线，故： A 首先计算负载电流， 由蓄电池容量计算出每天蓄电池自放电安时数 再由蓄电 池自放电安 时数计算出其在白天需要的电流大小， 再把两个电流加在一起来选择 A 路方阵 大小即可 B 其它三路由剩余的方阵均分即可 C 原因为在白天一般情况下太阳能方阵均为饱和状态， 只由一路方阵来维持负载 电流即可 10-3 3）太阳能控制器工作原理和蓄电池各控制点的设置： ① 太阳能控制器各点的设置： 根据所选的蓄电池种类而确定， 从免维护蓄电池资 料得到：浮充电压 2.25V、均充电压 2.35V、极限电压 2.4V由 48V 电源系统和太 阳能控制器原理得各点设置如下： A 最小浮充电压： 52.8V B 最大浮充电压： 54.8V C 均充电压： 56.4V D 最高极限电压： 57.6V E 浮充转均充电压：50V F 梯度电压： 55.2V ② 太阳能控制器工作原理: 初次对蓄电池充电，蓄电池都是不饱和的，首先控制器进入均充状态，四路方 阵同时对蓄电池充电，经过一段时间后，蓄电池进入饱和状态，此时蓄电池电压变 化较快，蓄电池电压达到 56.4V。

控制器经过延时，首先关断 D 路，判断蓄电池电 压是否高于 56.4V，如不高于，则维持现状，如高于，经过一段延时后断开 C 路， 重复执行， 直到全部关断， 转入浮充状态 由于有负载， 所以蓄电池电压下降到 52.8V 时接通 A 路，如电压继续下降则接通 B 路，如电压再继续下降则接通 C 路，如电压 继续再下降则接通 D 路当 A 路接通时电压上升到 54.8V，则关断 A 路，使蓄电池 电压维持在 52.8V 到 54.8V 之间从而保证蓄电池不过充电 对负载的控制，本控制器设置有低电压负载开路设置点，一般设置为 44V，低 电压告警设置 为 46.4V，负载再接通电压设置为 52V，以保证蓄电池可靠供电。