光伏離網系統的計算

光伏系統的規模和應用形式各異，如系統規模跨度很大，小到幾瓦的太陽能庭院燈，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、空間應用等諸多領域都能得到廣泛的應用。盡管光伏系統規模大小不一，但其組成結構和工作原理基本相同。

太陽能發電系統由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：

（一）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統中價值較高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。

（二）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項；

（三）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。

（四）逆變器：在很多場合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。

光伏系統的設計包括兩個方面：容量設計和硬件設計。

在進行光伏系統的設計之前，需要了解并獲取一些進行計算和選擇必需的基本數據：光伏系統現場的地理位置，包括地點、緯度、經度和海拔；該地區的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量以及散射輻射量，年平均氣溫和較高、較低氣溫，較長連續陰雨天數，較大風速以及冰雹、降雪等特殊氣象情況等。

蓄電池的設計包括蓄電池容量的設計計算和蓄電池組的串并聯設計。首先，給出計算蓄電池容量的基本方法。

（1）基本公式

I.第一步，將每天負載需要的用電量乘以根據實際情況確定的自給天數就可以得到初步的蓄電池容量。

II. 第二步，將第一步得到的蓄電池容量除以蓄電池的允許較大放電深度。因為不能讓蓄電池在自給天數中完全放電，所以需要除以較大放電深度，得到所需要的蓄電池容量。較大放電深度的選擇需要參考光伏系統中選擇使用的蓄電池的性能參數，可以從蓄電池供應商得到詳細的有關該蓄電池較大放電深度的資料。通常情況下，如果使用的是深循環型蓄電池，推薦使用80%放電深度（DOD）；如果使用的是淺循環蓄電池，推薦選用使用50%DOD。設
蓄電池的容量BC計算公式為：
BC=A×QL×NL×TO／CCAh(1)
式中：A為安全系數，取1.1～1.4之間；
QL為負載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數；
NL為較長連續陰雨天數；
TO為溫度修正系數，一般在0℃以上取1，－10℃以上取1.1，－10℃以下取1.2；
CC為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。
下面我們介紹確定蓄電池串并聯的方法。每個蓄電池都有它的標稱電壓。為了達到負載工作的標稱電壓，我們將蓄電池串聯起來給負載供電，需要串聯的蓄電池的個數等于負載的標稱電壓除以蓄電池的標稱電壓。
陽電池組件設計的基本思想就是滿足年平均日負載的用電需求。計算太陽電池組件的基本方法是用負載平均每天所需要的能量（安時數）除以一塊太陽電池組件在一天中可以產生的能量（安時數），這樣就可以算出系統需要并聯的太陽電池組件數，使用這些組件并聯就可以產生系統負載所需要的電流。將系統的標稱電壓除以太陽電池組件的標稱電壓，就可以得到太陽電池組件需要串聯的太陽電池組件數，使用這些太陽電池組件串聯就可以產生系統負載所需要的電壓?；居嬎愎饺缦拢?/span>
并聯的組件數量＝日平均負載（AH）/ 組件日輸出(AH) 串聯組件數量＝系統電壓（V)/組件電壓（V）
以上都是沒有修正過的公式.以下公式供參考
太陽能電池方陣設計：
Ns=UR/Uoc=（Uf＋UD＋Uc）/Uoc（2）
式中：UR為太陽能電池方陣輸出較小電壓；
Uoc為太陽能電池組件的較佳工作電壓；
Uf為蓄電池浮充電壓；
UD為二極管壓降，一般取0.7V；
UC為其它因數引起的壓降。
太陽能電池組件并聯數Np
在確定NP之前，我們先確定其相關量的計算方法。
①將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量Ht，轉換成在標準光強下的平均日輻射時數H（日輻射量參見表1）：
H=Ht×2.778／10000h（3）
式中：2.778／10000（h?m2/kJ）為將日輻射量換算為標準光強（1000W/m2）下的平均日輻射時數的系數。
②太陽能電池組件日發電量Qp
Qp=Ioc×H×Kop×Cz（Ah） (4)
式中：Ioc為太陽能電池組件較佳工作電流；
Kop為斜面修正系數（參照表1）；
Cz為修正系數，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8。
③兩組較長連續陰雨天之間的較短間隔天數Nw，此數據為本設計之獨特之處，主要考慮要在此段時間內將虧損的蓄電池電量補充起來，需補充的蓄電池容量Bcb為：
Bcb=A×QL×NL (Ah) (5)
④太陽能電池組件并聯數Np的計算方法為：
Np=（Bcb＋Nw×QL）/（Qp×Nw）(6)
式（6）的表達意為：并聯的太陽能電池組組數，在兩組連續陰雨天之間的較短間隔天數內所發電量，不僅供負載使用，還需補足蓄電池在較長連續陰雨天內所虧損電量。
(3)太陽能電池方陣的功率計算
根據太陽能電池組件的串并聯數，即可得出所需太陽能電池方陣的功率P：
P=Po×Ns×NpW（7）
式中：Po為太陽能電池組件的額定功率。
一個真正好的設計人員具體要考慮以下因素：
1、太陽能發電系統在哪里使用？該地日光輻射情況如何？
2、系統的負載功率多大？
3、系統的輸出電壓是多少，直流還是交流？
4、系統每天需要工作多少小時？
5、如遇到沒有日光照射的陰雨天氣，系統需連續供電多少天？
6、負載的情況，純電阻性、電容性還是電感性，啟動電流多大？
7、系統需求的數量。