独立光伏发电系统设计

邹壬风

摘 要：光伏发电技术的进步，促进了独立光伏发电系统的推广应用。本文针对独立光伏发电系统设计要点，讨论了独立光伏发电系统的设计过程，并介绍了光伏电池系统的经济效益评估方法。

关键词：独立光伏系统 方阵容量 最佳倾角 蓄电池容量

独立光伏发电系统为独立于公共电力网之外运行的光伏发电系统，其特征为用蓄电池存储电能，夜晚蓄电池释放电能供用电器使用。近年来，随着光伏电池组件成本的降低，光伏发电系统的应用已成为一种趋势。本文讨论了独立光伏发电系统设计时电池方阵倾角选择、方阵前后距离、日峰值日照时数、光伏电池容量、蓄电池组容量计算，并评估了电池的经济效益。

一、光伏电池方阵倾斜角

光伏电池方阵的倾斜角指光伏电池方阵平面与水平面的夹角。合理设计光伏电池方阵的倾斜角有利于降低系统成本。因此，确定光伏电池方阵的最优倾斜角是系统设计的一个重要环节 。一般来说，我国南方地区（纬度低于30°），方阵的倾斜角可取当地纬度增加10°～15°。北方地区，方阵的倾斜角可在当地纬度的基础上增加5°～10°，较高纬度地区，增加的角度可小一些；海拔较高地区，倾斜角一般等于当地纬度。

二、光伏电池方阵前后距离

合理计算太阳能光伏电池方阵前后距离，可以有效节省用地，提高光能利用率。光伏电池方阵前后距离为：

D=0.707H/tan[arcsin（0.648cosф-0.399sinф）]

式中：ф为纬度，H为光伏电池方阵或遮挡物与可能被遮挡组件底边的高度差。

三、每日峰值日照时数

在系统设计时，我们要详细了解当地的每日峰值日照时数，据此数据来设计光伏电池方阵的大小。假设光伏电池方阵安装点太阳能年辐射量为5404.9 MJ/m2，且方阵上的辐射量比水平面的辐射量高5%～15%不等，故方阵上的年平均辐射量大概为5945.4MJ/m2。

则年峰值日照小时数为：5945.4/（3.6×365）=4.5h

四、光伏电池容量

光伏电池容量设计应按近期负载负荷的容量配置，在设计时我们应收集光伏电池组件特性和安装点的经度、纬度、标高及近十年来的气象参数，还有安装点要求的电流、电压和每日用电时数。

在光伏电池容量设计时，组件串联数为，并取整数。

式中：为蓄电池组的浮充电压，取值应符合表1。

表1 蓄电池组浮充最小电压

蓄电池组 6V 12V 24V

7V 14V 28V

为线路压降和防反充二极管的压降总和；

?Vt为光伏电池由温升引起的压降；

为标准光强下单个组件的输出电压。

组件并联数为，并取整数。

式中：为负载日平均耗电容量；

为标准强光时单个组件的输出电流；

为年平均日照时数；

为蓄电池组充电效率的温度修正系数，取值应符合表2。

表2 蓄电池组充电效率的温度修正系数

环境温度（℃） 充电效率（%）

0 90 1.11

-5 70 1.43

-10 62 1.62

光伏电池方阵组件数为，

其总功率为。

五、蓄电池容量

独立光伏发电系统需保证在连续多天无日光照射时，仍然可向负载持续供电一段时间，因此应选用耐过充、过放性能良好的蓄电池，并合理计算其容量：

式中：为蓄电池组附加容量，按光伏电池方阵年发电总量低于负载耗电量月份的累加值计算；

为最长连续无日照天数（d）；

为负载的日用电量（Ah/d）；

为环境温度的修正系数，取值应符合表3。

表3 蓄电池充电修正系数表

环境温度（℃） 40 25 10 0 -10 -20

1 1 1.02 1.05 1.09 1.2

六、经济效应评估

光伏电池的光电转换效率约为15%，电池组件衰减方阵组合损失等综合效率为90%，逆变器转化效率为95%。以英利TCYL-180WP为例，一块电池组件面积为：

S1=1.58×0.806=1.27m2

四个组件组成的光伏方阵面积为：S=S1×4=5.09m2，则电池的年总功率为：

Q=5.09×5945.4×15%×95%×90%=3881.1MJ

=1078.1kWh。

参考文献：

[1]李迎军，刘祖明等.不同方位角光伏方阵的最佳倾角[C].中国第六届光伏会议论文集，2000.

（作者单位：江西冶金职业技术学院）