太阳能供电系统设计举例

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：

a、年（或月）太阳辐射总量或年（或月）平均日照时数

b、年平均气温和极端气温

c、最长连续阴雨天数

d、最大风速及冰雹等特殊气候资料

  ⑵ 确定负载功耗：Q=ΣI*H   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 * d *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        0～15°        15～20°        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= S×sin(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°-Φ±δ                           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=23.45°sin[(284+n)×360/365]
        式中：n—从一年开头算起第n天的纬度
        那么  Rβ=S×sin(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 = (Rβ×mwH/cm2)/(100mw/cm2)
式中：Tm—为平均峰值日照时数
Imin = Q/(Tm×η1×η2)
       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/(Tmin×η1×η2)

  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=Im×V/(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240W/-24V为例
  ⑴ 基本数据：
※        负载功率：240W/-24V，24小时连续工作。
※        地理位置：新疆库车：东经83°E，北纬41.7°N
※        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=240W/-24V *24=240AH
  ⑶ 确定蓄电池容量：
       取 d=5    C=240*5 *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=23.45°sin[(284+n)*360/365]
       取n=200天
所以   δ=23.45°sin[(284+n)*360/365]=20.82°≈21°
又因为  Rβ=S*sin(α+β)/sinα+D        取  D=0
则    Rβ=478×sin(65°+55°)/sin65°=478*0.96=456mwh/cm2
  ⑹ 计算方阵电流
因为Tm = (Rβ*mwH/cm2)/(100mw/cm2)=456/100=4.56h
所以Imin = Q/(Tm*η1*η2)     取  η1=1     η2=1
Imin = Q/(Tm*η1*η2)=240/4.56=52.6A
  ⑺ 确定方阵功率
     F=Im*V/(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=52.6*69.6/[1-5%*（70-25)]=4723W