全國(guó)各地域受太陽(yáng)光照及輻射能變化的周期為一天24h。處在某一地域的太陽(yáng)能電池方陣的發(fā)電量也有24h的周期性的變化,其規(guī)律與太陽(yáng)照在該地域輻射的變化規(guī)律相同。但是天氣的變化將影響方陣的發(fā)電量。假如有幾天連續(xù)陰雨天,太陽(yáng)能就簡(jiǎn)直不能發(fā)電,只能靠蓄電池來(lái)供電,而蓄電池深度放電后又需盡快地將其補(bǔ)充好。設(shè)計(jì)者多數(shù)以氣候臺(tái)提供的太陽(yáng)每天總的輻射能量或每年的日照時(shí)數(shù)的均勻值作為設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)。由于一個(gè)地域各年的數(shù)據(jù)不相同,為牢靠起見應(yīng)取近十年內(nèi)的最小數(shù)據(jù)。依據(jù)負(fù)載的耗電狀況,在日照和無(wú)日照時(shí),均需用蓄電池供電。氣候臺(tái)提供的太陽(yáng)能總輻射量或總?cè)照諘r(shí)數(shù)對(duì)決議蓄電池的容量大小是不可短少的數(shù)據(jù)。對(duì)太陽(yáng)能電池方陣而言,負(fù)載應(yīng)包括系統(tǒng)中一切耗電安裝(除用電器外還有蓄電池及線路、控制器等)的耗量。方陣的輸出功率與組件串并聯(lián)的數(shù)量有關(guān),串聯(lián)是為了取得所需求的工作電壓,并聯(lián)是為了取得所需求的工作電流,恰當(dāng)數(shù)量的組件經(jīng)過串并聯(lián)即組成所需求的太陽(yáng)能電池方陣。
太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能安裝主要是蓄電池。與太陽(yáng)能電池方陣配套的蓄電池通常工作在浮充狀態(tài)下,其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化。它的容量比負(fù)載所需的電量大得多。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。為了與太陽(yáng)能電池匹配,請(qǐng)求蓄電池工作壽命長(zhǎng)且維護(hù)簡(jiǎn)單。
1.蓄電池的選用可以和太陽(yáng)能電池配套運(yùn)用的蓄電池品種很多,目前普遍采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。國(guó)內(nèi)目前主要運(yùn)用鉛酸免維護(hù)蓄電池,由于其固有的“免”維護(hù)特性及對(duì)環(huán)境較少污染的特性,很合適用于性能牢靠的太陽(yáng)能電源系統(tǒng),特別是無(wú)人值守的工作站。普通鉛酸蓄電池由于需求經(jīng)常維護(hù)及其環(huán)境污染較大,所以主要適于有維護(hù)才能或低檔場(chǎng)所運(yùn)用。堿性鎳鎘蓄電池固然有較好的低溫、過充、過放性能,但由于其價(jià)錢較高,僅適用于較為特殊的場(chǎng)所。
2.蓄電池組容量的計(jì)算蓄電池的容量對(duì)保證連續(xù)供電是很重要的。在一年內(nèi),方陣發(fā)電量各月份有很大差異。方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需求的月份,要靠蓄電池的電能給以補(bǔ)足;在超越用電需求的月份,是靠蓄電池將多余的電能貯存起來(lái)。所以方陣發(fā)電量的缺乏和過剩值,是肯定蓄電池容量的根據(jù)之一。同樣,連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載用電也必需從蓄電池獲得。所以,這期間的耗電量也是肯定蓄電池容量的要素之一。
因而,蓄電池的容量BC計(jì)算公式為:BC=A×QL×NL×TO/CCAh公式中:A為安全系數(shù),取1.1~1.4之間;QL為負(fù)載日均勻耗電量,為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù);NL為最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù);TO為溫度修正系數(shù),普通在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,普通鉛酸蓄電池取0.75,堿性鎳鎘蓄電池取0.85。
3太陽(yáng)能電池方陣設(shè)計(jì)
3.1.太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns太陽(yáng)能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來(lái),就可取得所需求的工作電壓,但是,太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)數(shù)必需恰當(dāng)。串聯(lián)數(shù)太少,串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓,方陣就不能對(duì)蓄電池充電。假如串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時(shí),充電電流也不會(huì)有明顯的增加。因而,只要當(dāng)太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)電壓等于適宜的浮充電壓時(shí),才干到達(dá)最佳的充電狀態(tài)。計(jì)算辦法如下:Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc(2)式中:UR為太陽(yáng)能電池方陣輸出最小電壓;Uoc為太陽(yáng)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,普通取0.7V;UC為其它因數(shù)惹起的壓降。電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān),應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池?cái)?shù)。
3.2.太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)Np在肯定NP之前,我們先肯定其相關(guān)量的計(jì)算辦法。(1)將太陽(yáng)能電池方陣裝置地點(diǎn)的太陽(yáng)能日輻射量Ht,轉(zhuǎn)換成在規(guī)范光強(qiáng)下的均勻日輻射時(shí)數(shù)H:H=Ht×2.778/10000h(3)式中:2.778/10000(hm2/kJ)為將日輻射量換算為規(guī)范光強(qiáng)(1000W/m2)下的均勻日輻射時(shí)數(shù)的系數(shù)。(2)太陽(yáng)能電池組件日發(fā)電量QpQp=Ioc×H×Kop×CzAh穴4雪式中:Ioc為太陽(yáng)能電池組件最佳工作電流;Kop為斜面修正系數(shù);Cz為修正系數(shù),主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失,普通取0.8。(3)兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短距離天數(shù)Nw,此數(shù)據(jù)為本設(shè)計(jì)之共同之處,主要思索要在此段時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來(lái),需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb為:Bcb=A×QL×NLAh公式(4)太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計(jì)算辦法為:Np=(Bcb+Nw×QL)/(Qp×Nw)穴6雪式(6)的表達(dá)意為:并聯(lián)的太陽(yáng)能電池組組數(shù),在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短距離天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量,不只供負(fù)載運(yùn)用,還需補(bǔ)足蓄電池在最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。
3.3.太陽(yáng)能電池方陣的功率計(jì)算依據(jù)太陽(yáng)能電池組件的串并聯(lián)數(shù),即可得出所需太陽(yáng)能電池方陣的功率P:P=Po×Ns×NpW(7)式中:Po為太陽(yáng)能電池組件的額定功率。設(shè)計(jì)實(shí)例以某空中衛(wèi)星接納站為例,負(fù)載電壓為12V,功率為25W,每天工作24h,最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天為15d,兩最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天最短距離天數(shù)為30d,太陽(yáng)能電池采用云南半導(dǎo)體器件廠消費(fèi)的38D975×400型組件,組件規(guī)范功率為38W,工作電壓17.1V,工作電流2.22A,蓄電池采用鉛酸免維護(hù)蓄電池,浮充電壓為(14±1)V。其程度面太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)參照表1,其程度面的年均勻日輻射量為12110(kJ/m2),Kop值為0.885,最佳傾角為16.13°,計(jì)算太陽(yáng)能電池方陣功率及蓄電池容量。
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