鄒壬風(fēng)

摘 要：光伏發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。本文針對獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，討論了獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，并介紹了光伏電池系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益評估方法。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立光伏系統(tǒng) 方陣容量 最佳傾角 蓄電池容量

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)為獨(dú)立于公共電力網(wǎng)之外運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征為用蓄電池存儲電能，夜晚蓄電池釋放電能供用電器使用。近年來，隨著光伏電池組件成本的降低，光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用已成為一種趨勢。本文討論了獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)電池方陣傾角選擇、方陣前后距離、日峰值日照時(shí)數(shù)、光伏電池容量、蓄電池組容量計(jì)算，并評估了電池的經(jīng)濟(jì)效益。

一、光伏電池方陣傾斜角

光伏電池方陣的傾斜角指光伏電池方陣平面與水平面的夾角。合理設(shè)計(jì)光伏電池方陣的傾斜角有利于降低系統(tǒng)成本。因此，確定光伏電池方陣的最優(yōu)傾斜角是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié) 。一般來說，我國南方地區(qū)（緯度低于30°），方陣的傾斜角可取當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?0°～15°。北方地區(qū)，方陣的傾斜角可在當(dāng)?shù)鼐暥鹊幕A(chǔ)上增加5°～10°，較高緯度地區(qū)，增加的角度可小一些；海拔較高地區(qū)，傾斜角一般等于當(dāng)?shù)鼐暥取?/p>

二、光伏電池方陣前后距離

合理計(jì)算太陽能光伏電池方陣前后距離，可以有效節(jié)省用地，提高光能利用率。光伏電池方陣前后距離為：

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

式中：ф為緯度，H為光伏電池方陣或遮擋物與可能被遮擋組件底邊的高度差。

三、每日峰值日照時(shí)數(shù)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們要詳細(xì)了解當(dāng)?shù)氐拿咳辗逯等照諘r(shí)數(shù)，據(jù)此數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)光伏電池方陣的大小。假設(shè)光伏電池方陣安裝點(diǎn)太陽能年輻射量為5404.9 MJ/m2，且方陣上的輻射量比水平面的輻射量高5%～15%不等，故方陣上的年平均輻射量大概為5945.4MJ/m2。

則年峰值日照小時(shí)數(shù)為：5945.4/（3.6×365）=4.5h

四、光伏電池容量

光伏電池容量設(shè)計(jì)應(yīng)按近期負(fù)載負(fù)荷的容量配置，在設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)收集光伏電池組件特性和安裝點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、標(biāo)高及近十年來的氣象參數(shù)，還有安裝點(diǎn)要求的電流、電壓和每日用電時(shí)數(shù)。

在光伏電池容量設(shè)計(jì)時(shí)，組件串聯(lián)數(shù)為，并取整數(shù)。

式中：為蓄電池組的浮充電壓，取值應(yīng)符合表1。

表1 蓄電池組浮充最小電壓

蓄電池組 6V 12V 24V

7V 14V 28V

為線路壓降和防反充二極管的壓降總和；

?Vt為光伏電池由溫升引起的壓降；

為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下單個(gè)組件的輸出電壓。

組件并聯(lián)數(shù)為，并取整數(shù)。

式中：為負(fù)載日平均耗電容量；

為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)光時(shí)單個(gè)組件的輸出電流；

為年平均日照時(shí)數(shù)；

為蓄電池組充電效率的溫度修正系數(shù)，取值應(yīng)符合表2。

表2 蓄電池組充電效率的溫度修正系數(shù)

環(huán)境溫度（℃） 充電效率（%）

0 90 1.11

-5 70 1.43

-10 62 1.62

光伏電池方陣組件數(shù)為，

其總功率為。

五、蓄電池容量

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)需保證在連續(xù)多天無日光照射時(shí)，仍然可向負(fù)載持續(xù)供電一段時(shí)間，因此應(yīng)選用耐過充、過放性能良好的蓄電池，并合理計(jì)算其容量：

式中：為蓄電池組附加容量，按光伏電池方陣年發(fā)電總量低于負(fù)載耗電量月份的累加值計(jì)算；

為最長連續(xù)無日照天數(shù)（d）；

為負(fù)載的日用電量（Ah/d）；

為環(huán)境溫度的修正系數(shù)，取值應(yīng)符合表3。

表3 蓄電池充電修正系數(shù)表

環(huán)境溫度（℃） 40 25 10 0 -10 -20

1 1 1.02 1.05 1.09 1.2

六、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)評估

光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率約為15%，電池組件衰減方陣組合損失等綜合效率為90%，逆變器轉(zhuǎn)化效率為95%。以英利TCYL-180WP為例，一塊電池組件面積為：

S1=1.58×0.806=1.27m2

四個(gè)組件組成的光伏方陣面積為：S=S1×4=5.09m2，則電池的年總功率為：

Q=5.09×5945.4×15%×95%×90%=3881.1MJ

=1078.1kWh。

參考文獻(xiàn)：

[1]李迎軍，劉祖明等.不同方位角光伏方陣的最佳傾角[C].中國第六屆光伏會議論文集，2000.

（作者單位：江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院）