太陽能發(fā)電蓄電池容量的計算
地球上各地區(qū)受太陽光照射及輻射能變化的周期為一天24h。處在某一地區(qū)的太陽能電池方陣的發(fā)電量也有24h的周期性的變化其規(guī)律與太陽照在該地區(qū)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。如果有幾天連續(xù)陰雨天方陣就幾乎不能發(fā)電只能靠蓄電池來供電而蓄電池深度放電后又需盡快地將其補充好。設(shè)計者多數(shù)以氣象臺提供的太陽每天總的輻射能量或每年的日照時數(shù)的平均值作為設(shè)計的主要數(shù)據(jù)。由于一個地區(qū)各年的數(shù)據(jù)不相同為可靠起見應(yīng)取近十年內(nèi)的最小數(shù)據(jù)。根據(jù)負(fù)載的耗電情況在日照和無日照時均需用蓄電池供電。氣象臺提供的太陽能總輻射量或總?cè)照諘r數(shù)對決定蓄電池的容量大小是不可缺少的數(shù)據(jù)。 對太陽能電池方陣而言負(fù)載應(yīng)包括系統(tǒng)中所有耗電裝置(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)是為了獲得所需要的工作電壓并聯(lián)是為了獲得所需要的工作電流適當(dāng)數(shù)量的組件經(jīng)過串并聯(lián)即組成所需要的太陽能電池方陣。 蓄電池組容量設(shè)計 太陽能電池電源系統(tǒng)的儲能裝置主要是蓄電池。與太陽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。為了與太陽能電池匹配要求蓄電池工作壽命長且維護簡單。
1.蓄電池的選用 能夠和太陽能電池配套使用的蓄電池種類很多目前廣泛采用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。國內(nèi)目前主要使用鉛酸免維護蓄電池因為其固有的“免”維護特性及對環(huán)境較少污染的特點很適合用于性能可靠的太陽能電源系統(tǒng)特別是無人值守的工作站。普通鉛酸蓄電池由于需要經(jīng)常維護及其環(huán)境污染較大所以主要適于有維護能力或低檔場合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過充、過放性能但由于其價格較高僅適用于較為特殊的場合。
2.蓄電池組容量的計算 蓄電池的容量對保證連續(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別。方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需要的月份要靠蓄電池的電能給以補足;在超過用電需要的月份是靠蓄電池將多余的電能儲存起來。所以方陣發(fā)電量的不足和過剩值是確定蓄電池容量的依據(jù)之一。同樣連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載用電也必須從蓄電池取得。所以這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。 因此蓄電池的容量BC計算公式為:BC=A×QL×NL×TO/CCAh?穴1?雪式中:A為安全系數(shù)取1.1~1.4之間; QL為負(fù)載日平均耗電量為工作電流乘以日工作小時數(shù);NL為最長連續(xù)陰雨天數(shù);TO為溫度修正系數(shù)一般在0℃以上取1-10℃以上取1.1-10℃以下取1.2;CC為蓄電池放電深度一般鉛酸蓄電池取0.75堿性鎳鎘蓄電池取0.85。 太陽能電池方陣設(shè)計 1.太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns 太陽能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來就可獲得所需要的工作電壓但是太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(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蓄電池充電。如果串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠高于浮充電壓時充電電流也不會有明顯的增加。因此只有當(dāng)太陽能電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時才能達到最佳的充電狀態(tài)。 計算方法如下:Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc(2)式中:UR為太陽能電池方陣輸出最小電壓; Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓;Uf為蓄電池浮充電壓;UD為二極管壓降一般取0.7V;UC為其它因數(shù)引起的壓降。 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)的電池數(shù)。 2.太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np 在確定NP之前我們先確定其相關(guān)量的計算方法。 (1)將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量Ht轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強下的平均日輻射時數(shù)H:H=Ht×2.778/10000h(3)式中:2.778/10000(h•m2/kJ)為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(1000W/m2)下的平均日輻射時數(shù)的系數(shù)。 (2)太陽能電池組件日發(fā)電量Qp Qp=Ioc×H×Kop×CzAh?穴4?雪式中:Ioc為太陽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、充電效率等的損失一般取0.8。 (3)兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw此數(shù)據(jù)為本設(shè)計之獨特之處主要考慮要在此段時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補充起來需補充的蓄電池容量Bcb為:Bcb=A×QL×NLAh?穴5?雪 (4)太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計算方法為:Np=(Bcb+Nw×QL)/(Qp×Nw)?穴6?雪式(6)的表達意為:并聯(lián)的太陽能電池組組數(shù)在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量不僅供負(fù)載使用還需補足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。 3.太陽能電池方陣的功率計算 根據(jù)太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)即可得出所需太陽能電池方陣的功率P:P=Po×Ns×NpW(7)式中:Po為太陽能電池組件的額定功率。 設(shè)計實例 以某地面衛(wèi)星接收站為例負(fù)載電壓為12V功率為25W每天工作24h最長連續(xù)陰雨天為15d兩最長連續(xù)陰雨天最短間隔天數(shù)為30d太陽能電池采用云南半導(dǎo)體器件廠生產(chǎn)的38D975×400型組件組件標(biāo)準(zhǔn)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蓄電池浮充電壓為(14±1)V。其水平面太陽輻射數(shù)據(jù)參照表1其水平面的年平均日輻射量為12110(kJ/m2)Kop值為0.885最佳傾角為16.13°計算太陽能電池方陣功率及蓄電池容量。 1.蓄電池容量Bc Bc=A×QL×NL×To/CC=1.2×(25/12)×24×15×1/0.75=1200Ah 2.太陽能電池方陣率P因為: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 故太陽能電池方陣功率為:P=Po×Ns×Np=38×1×15=570W 3.計算結(jié)果該地面衛(wèi)星接收站需太陽能電池方陣功率為570W蓄電池容量為1200Ah。
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