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光伏系统设计光伏系统设计是指根据特定需求和环境条件，合理规划和配置光伏发电系统的各个组成部分，以实现高效、稳定、经济的电力供应。光伏系统主要由太阳能电池板、逆变器、控制器、储能设备（如蓄电池）以及相关电气附件组成。设计时需综合考虑地理位置、日照资源、负载需求、安装空间及预算等因素。
首先，根据用户用电需求确定系统容量，并选择合适的光伏组件类型（单晶硅、多晶硅或薄膜）。其次，结合当地的太阳辐射数据，优化阵列布局与倾角，确保最大发电效率。同时，选择匹配的逆变器将直流电转换为交流电，满足家用或并网要求。
对于离网系统，还需设计储能方案，保证夜间或阴雨天的电力供应；而对于并网系统，则需考虑电网接入方式及保护措施。此外，安全性、散热性能、防雷接地等也是设计中的重要环节。
光伏系统设计不仅追求技术可行性，还应注重经济效益与环保价值，通过科学规划降低初始投资成本和运维费用，实现可持续发展。最终目标是构建一个高效、可靠且符合用户需求的绿色能源解决方案。
（2）光伏组件方阵设计的修正
太阳电池组件的输出，会受到一些外在因素的影响而降低，根据上述基本公式计 算出的太阳电池组件，在实际情况下通常不能满足光伏系统的用电需求，为了得到更 加正确的结果，有必要对上述基本公式进行修正。 1.将太阳电池组件输出降低10% 在实际情况工作下，太阳电池组件的输出会受到外在环境的影响而降低。泥土， 灰尘的覆盖和组件性能的慢慢衰变都会降低太阳电池组件的输出。通常的做法就是在 计算的时候减少太阳电池组件的输出10%来解决上述的不可预知和不可量化的因素。 我们可以将这看成是光伏系统设计时需要考虑的工程上的安全系数。又因为光伏供电 系统的运行还依赖于天气状况，所以有必要对这些因素进行评估和技术估计，因此设计 上留有一定的余量将使得系统可以年复一年地长期正常使用。 II.将负载增加10%以应付蓄电池的库仑效率 在蓄电池的充放电过程中，铅酸蓄电池会电解水，产生气体逸出，这也就是说看 太阳电池组件产生的电流中将有一部分不能转化储存起来而是耗散掉。所以可以认为 必须有一小部分电流用来补偿损失，我们用蓄电池的库仑效率来评估这种电流损失。 不同的蓄电池其库仑效率不同，通常可以认为有5～10%的损失，所以保守设计中有 必要将太阳电池组件的功率增加10%以抵消蓄电池的耗散损失。
考虑到上述因素，必须修正简单的太阳电池组件设计公式，将每天的负载除以蓄电 池的库仑效率，这样就增加了每天的负载，实际上给出了太阳电池组件需要负担的真
正负载；将衰减因子乘以太阳电池组件的日输出，这样就考虑了环境因素和组件自身 衰减造成的太阳电池组件日输出的减少，给出了一个在实际情况下太阳电池组件输出 的保守估计值。综合考虑以上因素，可以得到下面的计算公式。
利用上述公式进行太阳电池组件的设计计算时，还要注意以下一些问题： I.考虑季节变化对光伏系统输出的影响，逐月进行设计计算 对于全年负载不变的情况，太阳电池组件的设计计算是基于辐照最低的月份。如 果负载的工作情况是变化的，即每个月份的负载对电力的需求是不一样的，那么在设 计时采取的最好方法就是按照不同的季节或者每个月份分别来进行计算，计算出的最 大太阳电池组件数目就为所求。通常在夏季、春季和秋季，太阳电池组件的电能输出 相对较多，而冬季相对较少，但是负载的需求也可能在夏季比较的大，所以在这种情 况下只是用年平均或者某一个月份进行设计计算是不准确的，因为为了满足每个月份 负载需求而需要的太阳电池组件数是不同的，那么就必须按照每个月所需要的负载算 出该月所必须的太阳电池组件。其中的最大值就是一年中所需要的太阳电池组件数目。 例如，可能你计算出你在冬季需要的太阳电池组件数是10块，但是在夏季可能只需要 5块，但是为了保证系统全年的正常运行，就不得不安装较大数量的太阳电池组件即 10块组件来满足全年的负载的需要。 II.根据太阳电池组件电池片的串联数量选择合适的太阳电池组件 太阳电池组件的日输出与太阳电池组件中电池片的串联数量有关。太阳电池在光 照下的电压会随着温度的升高而降低，从而导致太阳电池组件的电压会随着温度的升 高而降低。根据这一物理现象，太阳电池组件生产商根据太阳电池组件工作的不同气 候条件，设计了不用的组件：36片串联组件与33片串联组件。 36片太阳电池组件主要适用于高温环境应用，36片太阳电池组件的串联设计使得 太阳电池组件即使在高温环境下也可以在Imp附近工作。通常，使用的蓄电池系统电 压为12V，36片串联就意味着在标准条件（25℃）下太阳电池组件的Vmp为17V，大 大高于充电所需的12V电压。当这些太阳电池组件在高温下工作时，由于高温太阳电
串联组件数量= 系统电压（V） 组件电压（V）
算结果和实际情况有一定的偏差。 首先，太阳电池组件输出的温度效应在该方法中被忽略。在计算中对太阳电池组 件的Imp要进行补偿。因为在工作的时候，蓄电池两端的电压通常是稍微低于Vmp, 这样太阳电池组件输出电流就会稍微高于Imp，使用Imp作为太阳电池组件的输出就 会比较保守。这样，温度效应对于由较少的电池片串联的太阳电池组件输出的影响就 比对由较多的电池片串联的太阳电池组件的输出影响要大。所以峰值小时方法对于36 片串联的太阳电池组件比较准确，对于33片串联的太阳电池组件则较差，特别是在高 温环境下。对于所有的太阳电池组件，在寒冷气候的预计会更加准确。 其次，在峰值小时方法中，利用了气象数据中测量的总的太阳辐射，将其转换为 峰值小时。实际上，在每天的清晨和黄昏，有一段时间因为辐射很低，太阳电池组件 产生的电压太小而无法供给负载使用或者给蓄电池充电，这就将会导致估算偏大。通 常，这一点造成的误差不是很大，但对于由较少电池片串联的太阳电池组件的影响比 较大。所以对36片串联的太阳电池组件每天输出的估算就比较准确，而对于33片串 联的太阳电池组件的估算则较差。 再次，在利用峰值小时方法进行太阳电池组件输出估算时默认了一个假设，即假 设太阳电池组件的输出和光照完全成线性关系，并假设所有的太阳电池组件都会同样 地把太阳辐射转化为电能。但实际上不是这样的，这种使用峰值小时数乘以电流峰值 的方法有时候会过高地估算某些太阳电池组件的输出。 不过，总的来说，在已知本地倾斜斜面上太阳能辐射数据的情况下，峰值小时估 计方法是一种对太阳电池组件输出进行快速估算很有效的方法。 下面举例说明如何使用上述方法计算光伏供电系统需要的太阳电池组件数。 一个偏远地区建设的光伏供电系统，该系统使用直流负载，负载为24V，400Ah/ 天。该地区最低的光照辐射是一月份，如果采用30度的倾角，斜面上的平均日太阳辐 射为3.0kWh/m²，也就是相当于3个标准峰值小时。对于一个典型的75W太阳电池组 件，每天的输出为： 组件日输出=3.0峰值小时×4.4安培=13.2Ah/天 假设蓄电池的库仑效率为90%，太阳电池组件的输出衰减为10%。根据上述公式， 日平均负载（AH) 并联组件数量一
根据以上计算数据，可以选择并联组件数量为38，串联组件数量为2，所需的太 阳电池组件数为： 总的太阳电池组件数=2串×38并=76块 4.蓄电池和光伏组件方阵设计的校核 我们有必要对光伏组件方阵和蓄电池的设计计算进行校核，以进一步了解系统运 行中可能出现的情况，保证光伏组件方阵的设计和蓄电池的设计可以协调工作。 1.校核蓄电池平均每天的放电深度，保证蓄电池不会过放电。 计算公式如下，但是如果自给天数很大，那么实际的每天DOD可能相当小，不需 要进行校核计算。
下面举例说明，光伏供电系统使用了75W太阳电池组件50块（25并联×2串联）， 工作电压24V，配备4000Ah的蓄电池。最大充电率为： 最大充电率=4000Ah/25×4.4(75W组件峰值电流）=24hours 将计算值和蓄电池生产商提供的该设计选用型号蓄电池的最大充电率进行比较， 如果计算值较小，则设计安全，光伏组件方阵对蓄电池的充电不会损坏蓄电池；如果 计算值较大，则设计不合格威海市还原小区住宅楼屋面平改坡工程施工方案，需要重新进行设计。
4.4.2.计算斜面上的太阳辐射并选择最佳倾角
在元快供电系统的设计中，元伙组件方降的放置形式和放置角度对元伙系统接收 到的太阳辐射有很大的影响，从而影响到光伏供电系统的发电能力。光伏组件方阵的 放置形式有固定安装式和自动跟踪式两种形式，其中自动跟踪装置包括单轴跟踪装置 和双轴跟踪装置。 与光伏组件方阵放置相关的有下列两个角度参量：太阳电池组件倾角；太阳电池 组件方位角。 太阳电池组件的倾角是太阳电池组件平面与水平地面的夹角。光伏组件方阵的方 位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。 一般在北半球，太阳电池组件朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0°）时，太 阳电池组件的发电量是最大的。 对于固定式光伏系统，一旦安装完成，太阳电池组件倾角和太阳电池组件方位角 就无法改变。而安装了跟踪装置的太阳能光伏供电系统，光伏组件方阵可以随着太阳 的运行而跟踪移动，使太阳电池组件一直朝向太阳，增加了光伏组件方阵接受的太阳 辐射量。但是目前太阳能光伏供电系统中使用跟踪装置的相对较少，因为跟踪装置比 较复杂，初始成本和维护成本较高，安装跟踪装置获得额外的太阳能辐射产生的效益 无法抵消安装该系统所需要的成本。所以下面主要讲述采用固定安装的光伏系统。 固定安装的光伏系统涉及到两个重要的方面，即如何选择最佳倾角以及如何计算 斜面上的太阳辐射。 地面应用的独立光伏发电系统，光伏组件方阵平面要朝向赤道，相对地平面有一 定倾角。倾角不同，各个月份方阵面接收到的太阳辐射量差别很大。因此，确定方阵 的最佳倾角是光伏发电系统设计中不可缺少的重要环节。目前有的观点认为方阵倾角 等于当地纬度为最佳。这样做的结果，夏天太阳电池组件发电量往往过盈而造成浪费，