erruhegenjugediqutaiyangnengfushetiaojian
，laishejichujijingjieryoukekaodeguangfudianyuanxitong，zheshizhongduozhuanjiaxuezheyanjiuyijiudeketi


，erqieyiyouxuduozhuoyuedeyanjiuchengguo
，weiwoguoguangfushiyedefazhandiandinglejianshidejichu。bizhezaixuexigezhuanjiadeshejifangfashifaxian，zhexieshejijinkaolvlexudianchideziweichishijian（即最長連續陰雨天）
，而沒有考慮到虧電後的蓄電池最短恢複時間（即兩組最長連續陰雨天之間的最短間隔天數）。這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)尤(you)其(qi)在(zai)我(wo)國(guo)南(nan)方(fang)地(di)區(qu)應(ying)引(yin)起(qi)高(gao)度(du)重(zhong)視(shi)，因(yin)為(wei)我(wo)國(guo)南(nan)方(fang)地(di)區(qu)陰(yin)雨(yu)天(tian)既(ji)長(chang)又(you)多(duo)，而(er)對(dui)於(yu)方(fang)便(bian)適(shi)用(yong)的(de)獨(du)立(li)光(guang)伏(fu)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)，由(you)於(yu)沒(mei)有(you)應(ying)急(ji)的(de)其(qi)他(ta)電(dian)源(yuan)保(bao)護(hu)備(bei)用(yong)
，所(suo)以(yi)應(ying)該(gai)將(jiang)此(ci)問(wen)題(ti)納(na)入(ru)設(she)計(ji)中(zhong)一(yi)起(qi)考(kao)慮(lv)。

本(ben)文(wen)綜(zong)合(he)以(yi)往(wang)各(ge)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)的(de)優(you)點(dian)，結(jie)合(he)筆(bi)者(zhe)多(duo)年(nian)來(lai)實(shi)際(ji)從(cong)事(shi)光(guang)伏(fu)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)工(gong)作(zuo)的(de)經(jing)驗(yan)
，引(yin)入(ru)兩(liang)組(zu)最(zui)長(chang)連(lian)續(xu)陰(yin)雨(yu)天(tian)之(zhi)間(jian)的(de)最(zui)短(duan)間(jian)隔(ge)天(tian)數(shu)作(zuo)為(wei)設(she)計(ji)的(de)依(yi)據(ju)之(zhi)一(yi)，並(bing)綜(zong)合(he)考(kao)慮(lv)了(le)各(ge)種(zhong)影(ying)響(xiang)太(tai)陽(yang)能(neng)輻(fu)射(she)條(tiao)件(jian)的(de)因(yin)素(su)，提(ti)出(chu)了(le)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)
、蓄電池容量的計算公式

，及相關設計方法。

影響設計的諸多因素

太陽照在地麵太陽能電池方陣上的輻射光的光譜、光強受到大氣層厚度（即大氣質量）

、地理位置、所在地的氣候和氣象、地形地物等的影響，其能量在一日

、一月和一年內都有很大的變化，甚至各年之間的每年總輻射量也有較大的差別。

太陽能電池方陣的光電轉換效率
，受到電池本身的溫度、太陽光強和蓄電池電壓浮動的影響，而這三者在一天內都會發生變化
，所以太陽能電池方陣的光電轉換效率也是變量。

蓄電池組也是工作在浮充電狀態下的
，其電壓隨方陣發電量和負載用電量的變化而變化。蓄電池提供的能量還受環境溫度的影響。

太陽能電池充放電控製器由電子元器件製造而成
，它本身也需要耗能，而使用的元器件的性能、質量等也關係到耗能的大小，從而影響到充電的效率等。

負載的用電情況
，也視用途而定，如通信中繼站
、無人氣象站等，有固定的設備耗電量。而有些設備如燈塔、航標燈
、民用照明及生活用電等設備，用電量是經常有變化的。

因此，太陽能電源係統的設計，需要考慮的因素多而複雜。特點是：所用的數據大多為以前統計的數據，各統計數據的測量以及數據的選擇是重要的。

設計者的任務是：在太陽能電池方陣所處的環境條件下（即現場的地理位置、太陽輻射能、氣候、氣象、地形和地物等），設計的太陽能電池方陣及蓄電池電源係統既要講究經濟效益，又要保證係統的高可靠性。

moutedingdidiandetaiyangfushenengliangshuju，yiqixiangtaitigongdeziliaoweiyiju，gongshejitaiyangnengdianchifangzhenyong。zhexieqixiangshujuxuqujileijinianshenzhijishiniandepingjunzhi。

地球上各地區受太陽光照射及輻射能變化的周期為一天24h。處在某一地區的太陽能電池方陣的發電量也有24hdezhouqixingdebianhua，qiguilvyutaiyangzhaozaigaidiqufushedebianhuaguilvxiangtong。danshitianqidebianhuajiangyingxiangfangzhendefadianliang。ruguoyoujitianlianxuyinyutian，fangzhenjiujihubunengfadian，zhinengkaoxudianchilaigongdian，erxudianchishendufangdianhouyouxujinkuaidijiangqibuchonghao。shejizheduoshuyiqixiangtaitigongdetaiyangmeitianzongdefushenenglianghuomeinianderizhaoshishudepingjunzhizuoweishejidezhuyaoshuju。youyuyigediqugeniandeshujubuxiangtong，weikekaoqijianyingqujinshinianneidezuixiaoshuju。genjufuzaidehaodianqingkuang
，zairizhaohewurizhaoshi，junxuyongxudianchigongdian。qixiangtaitigongdetaiyangnengzongfushelianghuozongrizhaoshishuduijuedingxudianchiderongliangdaxiaoshibukequeshaodeshuju。

對太陽能電池方陣而言，負載應包括係統中所有耗電裝置（除用電器外還有蓄電池及線路、控製器等）的耗量。

fangzhendeshuchugonglvyuzujianchuanbingliandeshuliangyouguan，chuanlianshiweilehuodesuoxuyaodegongzuodianya
，binglianshiweilehuodesuoxuyaodegongzuodianliu，shidangshuliangdezujianjingguochuanbinglianjizuchengsuoxuyaodetaiyangnengdianchifangzhen。

蓄電池組容量設計

太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)儲(chu)能(neng)裝(zhuang)置(zhi)主(zhu)要(yao)是(shi)蓄(xu)電(dian)池(chi)。與(yu)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)方(fang)陣(zhen)配(pei)套(tao)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)通(tong)常(chang)工(gong)作(zuo)在(zai)浮(fu)充(chong)狀(zhuang)態(tai)下(xia)

，其(qi)電(dian)壓(ya)隨(sui)方(fang)陣(zhen)發(fa)電(dian)量(liang)和(he)負(fu)載(zai)用(yong)電(dian)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)。它(ta)的(de)容(rong)量(liang)比(bi)負(fu)載(zai)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)量(liang)大(da)得(de)多(duo)。蓄(xu)電(dian)池(chi)提(ti)供(gong)的(de)能(neng)量(liang)還(hai)受(shou)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)。為(wei)了(le)與(yu)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)匹(pi)配(pei)，要(yao)求(qiu)蓄(xu)電(dian)池(chi)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming)長(chang)且(qie)維(wei)護(hu)簡(jian)單(dan)。

（1）蓄電池的選用

能夠和太陽能電池配套使用的蓄電池種類很多，目前廣泛采用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。國內目前主要使用鉛酸免維護蓄電池，因為其固有的“免”weihutexingjiduihuanjingjiaoshaowurandetedian，henshiheyongyuxingnengkekaodetaiyangnengdianyuanxitong，tebieshiwurenzhishoudegongzuozhan。putongqiansuanxudianchiyouyuxuyaojingchangweihujiqihuanjingwuranjiaoda，suoyizhuyaoshiyuyouweihunenglihuodidangchangheshiyong。jianxingniegexudianchisuiranyoujiaohaodediwen

、過充、過放性能，但由於其價格較高，僅適用於較為特殊的場合。

（2）蓄電池組容量的計算

xudianchiderongliangduibaozhenglianxugongdianshihenzhongyaode。zaiyiniannei，fangzhenfadianlianggeyuefenyouhendachabie。fangzhendefadianliangzaibunengmanzuyongdianxuyaodeyuefen，yaokaoxudianchidediannenggeiyibuzu
；在zai超chao過guo用yong電dian需xu要yao的de月yue份fen，是shi靠kao蓄xu電dian池chi將jiang多duo餘yu的de電dian能neng儲chu存cun起qi來lai。所suo以yi方fang陣zhen發fa電dian量liang的de不bu足zu和he過guo剩sheng值zhi
，是shi確que定ding蓄xu電dian池chi容rong量liang的de依yi據ju之zhi一yi。同tong樣yang，連lian續xu陰yin雨yu天tian期qi間jian的de負fu載zai用yong電dian也ye必bi須xu從cong蓄xu電dian池chi取qu得de。所suo以yi，這zhe期qi間jian的de耗hao電dian量liang也ye是shi確que定ding蓄xu電dian池chi容rong量liang的de因yin素su之zhi一yi。

因此
，蓄電池的容量BC計算公式為：
BC=A×QL×NL×TO／CCAh(1)
式中：A為安全係數，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為最長連續陰雨天數；
TO為溫度修正係數，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。

太陽能電池方陣設計

（1）太陽能電池組件串聯數Ns

將(jiang)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)組(zu)件(jian)按(an)一(yi)定(ding)數(shu)目(mu)串(chuan)聯(lian)起(qi)來(lai)，就(jiu)可(ke)獲(huo)得(de)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)，但(dan)是(shi)，太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)組(zu)件(jian)的(de)串(chuan)聯(lian)數(shu)必(bi)須(xu)適(shi)當(dang)。串(chuan)聯(lian)數(shu)太(tai)少(shao)，串(chuan)聯(lian)電(dian)壓(ya)低(di)於(yu)蓄(xu)電(dian)池(chi)浮(fu)充(chong)電(dian)壓(ya)，方(fang)陣(zhen)就(jiu)不(bu)能(neng)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)。如(ru)果(guo)串(chuan)聯(lian)數(shu)太(tai)多(duo)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)遠(yuan)高(gao)於(yu)浮(fu)充(chong)電(dian)壓(ya)時(shi)，充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)也(ye)不(bu)會(hui)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)增(zeng)加(jia)。因(yin)此(ci)
，隻(zhi)有(you)當(dang)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)組(zu)件(jian)的(de)串(chuan)聯(lian)電(dian)壓(ya)等(deng)於(yu)合(he)適(shi)的(de)浮(fu)充(chong)電(dian)壓(ya)時(shi)
，才(cai)能(neng)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)的(de)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態(tai)。
計算方法如下：
Ns=UR/Uoc=（Uf＋UD＋Uc）/Uoc（2）
式中：UR為太陽能電池方陣輸出最小電壓；
Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓；
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。

表1：我國主要城市的輻射參數表

蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數有關
，應等於在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯的電池數。

（2）太陽能電池組件並聯數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係數。
②太陽能電池組件日發電量Qp
Qp=Ioc×H×Kop×CzAh(4)
式中：Ioc為太陽能電池組件最佳工作電流
；
Kop為斜麵修正係數（參照表1）；
Cz為修正係數，主要為組合、衰減、灰塵
、充電效率等的損失，一般取0.8。
③兩組最長連續陰雨天之間的最短間隔天數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×NLAh(5)
④太陽能電池組件並聯數Np的計算方法為：
Np=（Bcb＋Nw×QL）/（Qp×Nw）(6)
式（6）的表達意為：並bing聯lian的de太tai陽yang能neng電dian池chi組zu組zu數shu

，在zai兩liang組zu連lian續xu陰yin雨yu天tian之zhi間jian的de最zui短duan間jian隔ge天tian數shu內nei所suo發fa電dian量liang，不bu僅jin供gong負fu載zai使shi用yong，還hai需xu補bu足zu蓄xu電dian池chi在zai最zui長chang連lian續xu陰yin雨yu天tian內nei所suo虧kui損sun電dian量liang。

(3)太陽能電池方陣的功率計算

根據太陽能電池組件的串並聯數，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。

設計實例

以廣州某地麵衛星接收站為例，負載電壓為12V，功率為25W，每天工作24h
，最長連續陰雨天為15d，兩最長連續陰雨天最短間隔天數為30d，太陽能電池采用雲南半導體器件廠生產的38D975×400型組件，組件標準功率為38W，工作電壓17.1V

，工作電流2.22A，蓄電池采用鉛酸免維護蓄電池，浮充電壓為（14±1）V。其水平麵太陽輻射數據參照表1，其水平麵的年平均日輻射量為12110（kJ/m2）
，Kop值為0.885，最佳傾角為16.13°，計算太陽能電池方陣功率及蓄電池容量。

（1）蓄電池容量Bc
Bc=A×QL×NL×To/CC
=1.2×（25/12)×24×15×1/0.75
=1200Ah

（2）太陽能電池方陣功率P
因為：
Ns=UR/Uoc=（Uf＋UD＋UC）/Uoc
=（14＋0.7＋1）/17.1=0.92≈1
Qp=Ioc×H×Kop×Cz
=2.22×12110×（2.778/10000）×0.885×0.8
≈5.29Ah
Bcb=A×QL×NL
=1.2×(25/12)×24×15=900Ah
QL=(25/12)×24=50Ah
Np=（Bcb＋Nw×QL）/(Qp×Nw）
=(900＋30×50)/(5.29×30)≈15
故太陽能電池方陣功率為：
P=Po×Ns×Np=38×1×15=570W

（3）計算結果
該地麵衛星接收站需太陽能電池方陣功率為570W，蓄電池容量為1200Ah。