太阳能发电蓄电池容量的计算

    地球上各地区受太阳光照射及辐射能变化的周期为{yt}24h。处在某一地区的太阳能电池方阵的发电量也有24h的周期性的变化其规律与太阳照在该地区辐射的变化规律相同。但是天气的变化将影响方阵的发电量。如果有几天连续阴雨天方阵就几乎不能发电只能靠蓄电池来供电而蓄电池深度放电后又需尽快地将其补充好。设计者多数以气象台提供的太阳每天总的辐射能量或每年的日照时数的平均值作为设计的主要数据。由于一个地区各年的数据不相同为可靠起见应取近十年内的最小数据。根据负载的耗电情况在日照和无日照时均需用蓄电池供电。气象台提供的太阳能总辐射量或总日照时数对决定蓄电池的容量大小是不可缺少的数据。 对太阳能电池方阵而言负载应包括系统中所有耗电装置(除用电器外还有蓄电池及线路、控制器等)的耗量。 　　方阵的输出功率与组件串并联的数量有关串联是为了获得所需要的工作电压并联是为了获得所需要的工作电流适当数量的组件经过串并联即组成所需要的太阳能电池方阵。 蓄电池组容量设计 　　太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池。与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态下其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的容量比负载所需的电量大得多。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。为了与太阳能电池匹配要求蓄电池工作寿命长且维护简单。

    1.蓄电池的选用 　　能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点很适合用于性能可靠的太阳能电源系统特别是无人值守的工作站。普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大所以主要适于有维护能力或低档场合使用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能但由于其价格较高仅适用于较为特殊的场合。

    2.蓄电池组容量的计算 　　蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。在一年内方阵发电量各月份有很大差别。方阵的发电量在不能满足用电需要的月份要靠蓄电池的电能给以补足;在超过用电需要的月份是靠蓄电池将多余的电能储存起来。所以方阵发电量的不足和过剩值是确定蓄电池容量的依据之一。同样连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池取得。所以这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。 　因此蓄电池的容量BC计算公式为:BC=A×QL×NL×TO/CCAh?穴1?雪式中:A为安全系数取1.1~1.4之间; QL为负载日平均耗电量为工作电流乘以日工作小时数;NL为最长连续阴雨天数;TO为温度修正系数一般在0℃以上取1-10℃以上取1.1-10℃以下取1.2;CC为蓄电池放电深度一般铅酸蓄电池取0.75碱性镍镉蓄电池取0.85。 太阳能电池方阵设计 1.太阳能电池组件串联数Ns 太阳能电池组件按一定数目串联起来就可获得所需要的工作电压但是太阳能电池组件的串联数必须适当。串联数太少串联电压低于蓄电池浮充电压方阵就不能对蓄电池充电。如果串联数太多使输出电压远高于浮充电压时充电电流也不会有明显的增加。因此只有当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时才能达到{zj0}的充电状态。 计算方法如下:Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc(2)式中:UR为太阳能电池方阵输出最小电压; Uoc为太阳能电池组件的{zj0}工作电压;Uf为蓄电池浮充电压;UD为二极管压降一般取0.7V;UC为其它因数引起的压降。 电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关应等于在{zd1}温度下所选蓄电池单体的{zd0}工作电压乘以串联的电池数。 2.太阳能电池组件并联数Np 在确定NP之前我们先确定其相关量的计算方法。 (1)将太阳能电池方阵安装地点的太阳能日辐射量Ht转换成在标准光强下的平均日辐射时数H:H=Ht×2.778/10000h(3)式中:2.778/10000(h•m2/kJ)为将日辐射量换算为标准光强(1000W/m2)下的平均日辐射时数的系数。 (2)太阳能电池组件日发电量Qp Qp=Ioc×H×Kop×CzAh?穴4?雪式中:Ioc为太阳能电池组件{zj0}工作电流;Kop为斜面修正系数;Cz为修正系数主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失一般取0.8。 (3)两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数Nw此数据为本设计之独特之处主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来需补充的蓄电池容量Bcb为:Bcb=A×QL×NLAh?穴5?雪 (4)太阳能电池组件并联数Np的计算方法为:Np=(Bcb+Nw×QL)/(Qp×Nw)?穴6?雪式(6)的表达意为:并联的太阳能电池组组数在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量不仅供负载使用还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。 3.太阳能电池方阵的功率计算 根据太阳能电池组件的串并联数即可得出所需太阳能电池方阵的功率P:P=Po×Ns×NpW(7)式中:Po为太阳能电池组件的额定功率。 设计实例 以某地面卫星接收站为例负载电压为12V功率为25W每天工作24h最长连续阴雨天为15d两最长连续阴雨天最短间隔天数为30d太阳能电池采用云南半导体器件厂生产的38D975×400型组件组件标准功率为38W工作电压17.1V工作电流2.22A蓄电池采用铅酸免维护蓄电池浮充电压为(14±1)V。其水平面太阳辐射数据参照表1其水平面的年平均日辐射量为12110(kJ/m2)Kop值为0.885{zj0}倾角为16.13°计算太阳能电池方阵功率及蓄电池容量。 1.蓄电池容量Bc Bc=A×QL×NL×To/CC=1.2×(25/12)×24×15×1/0.75=1200Ah 2.太阳能电池方阵率P因为:Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+UC)/Uoc=(14+0.7+)/17.1=0.92≈1Qp=Ioc×H×Kop×Cz=2.22×12110×(2.778/10000)×0.885×0.8≈5.29AhBcb=A×QL×NL=1.2×?穴25/12?雪×24×15=900AhQL=（25/12）×24=50Ah Np=(Bcb+Nw×QL)/（Qp×Nw)=（900+30×50）/（5.29×30）≈15 故太阳能电池方阵功率为:P=Po×Ns×Np=38×1×15=570W 3.计算结果该地面卫星接收站需太阳能电池方阵功率为570W蓄电池容量为1200Ah。