太阳能电池方阵及蓄电池容量计算的一般方法

太阳能电池供电系统设计步骤
⑴列出基本数据
①确定所有负载功率及连续工作时间
②确定地理位置：经、纬度及海拔高度
③确定安装地点的气象资料：
★年（或月）太阳辐射总量或年（或月）平均日照时数
★年平均气温和极端气温
★最长连续阴雨天数
★最大风速及冰雹等特殊气候资料
⑵确定负载功耗：Q=ΣI²H 其中：I-负载电流，H-负载工作时间（小时）
⑶确定蓄电池容量：C = Q X d X 1.3
式中：d-连续阴雨天数 C-蓄电池标称容量（10小时放电率）
C = （10～20）³Cr /（1-d）
⑷确定方阵倾角：推荐方阵的倾角与纬度的关系
⑸计算方阵β倾角下的辐射量：
Sβ= S³sin(α+β)/sinα
式中：Sβ—β倾角方阵太阳直接辐射分量
α—中午时太阳高度角
S
其它：α=90°-Φ±δ
式中：Φ—纬度
δ—太阳赤纬度（北半球取+号）地面即：α=90°-Φ+δ
δ=23.45°sin[(284+n)³360/365]
式中：n—从一年开头算起第n天的纬度
那么 Rβ=S³sin(α+β)/sinα+D
式中 Rβ—β角方阵面上的太阳总辐射量 D—散射辐射量（查阅气象资料）
⑹计算方阵电流：
Tm = (Rβ³mwH/cm2)/(100mw/cm2)
式中：Tm—为平均峰值日照时数
Imin = Q/(Tm³η1³η2)
式中：Imin—方阵最小输出电流η1—蓄电池充电效率
η2—方阵表面灰尘遮散损失
Imax = Q/(Tmin³η1³η2)
⑺确定方阵电压：
V = Vf+Vd
式中：Vf—蓄电池浮充电压（25‵）Vd—线路电压损耗
⑻确定方阵功率：
F=Im³V/(1-α(Tmax-25))
式中：α—一般取α=0.5% Tmax—太阳电池最高工作温度
⑼根据蓄电池容量、充电电压、环境极限温度、太阳电池方阵电压及功率要求，选取适
合的太阳电池组件。

举例：以负载480W/-48V为例
⑴基本数据：
‴负载功率：480W/-48V，24小时连续工作。

‴地理位置：新疆库车：东经83°E，北纬41.7°N
‴年平均日照时数（水平面）：2700小时
‴极限气温：-40‵～+70‵
‴连续阴雨天数：5天
‴最大风速：50m/s
‴水平面太阳直接辐射量：S = 478mwH/cm2
⑵负载功率：Q=480W/-48V X 24=240AH
⑶确定蓄电池容量：
取 d=5 C=240 X 5 X 1.3=1560AH
⑷确定方阵倾角：β
取β=40°+15°=55°
⑸计算方阵β角下的日辐射量：
因为α=90°-Φ+δ=90°-40°+15°=65°
δ=23.45°sin[(284+n)³360/365]
取n=200天
所以δ=23.45°sin[(284+n)³360/365]=20.82°≈21°
又因为 Rβ=S³sin(α+β)/sinα+D 取 D=0
则 Rβ=478³sin(65°+55°)/sin65°=478³0.96=456mwh/cm2
⑹计算方阵电流
因为Tm = (Rβ³mwH/cm2)/(100mw/cm2)=456/100=4.56h
所以Imin = Q/(Tm³η1³η2) 取η1=1 η2=1
Imin = Q/(Tm³η1³η2)=240/4.56=52.6A
⑺确定方阵功率
F=Im³V/(1-α(Tmax-25))
令Im=Imin，Im为平均电流 V=Vm(Vm=SM55组件电压³4) Tmax=70°
则F=52.6³69.6/(1-5103(70-25))=4723W
综上述计算结果，对480W/-48V负载24小时连续工作应配太阳电池组件功率4723Wp。

并与西门子计算机优化设计方案比较如下：
计算项目我司计算结果西门子计算机优化设计结果
太阳电池功率： 4723W 4823.3W
连续阴雨天： 5天 5天
蓄电池容量： 1560AH 1500AH
方阵倾角： 55° 55°
太阳能控制器对蓄电池的充电控制
太阳能电池方阵容量的确定：
通常我司都是根据西门子太阳能电源系统计算机设计软件来设计的，其算法与《2太阳能电池方阵容量的一般计算方法》是一致的，故在此就不列出详细的计算过程，仅列出计算步骤和结果，以“松树沟（524W/-48V）”站为例叙述如何计算太阳能电源系统：1．列出基本数据：来自标书及相关的有关气象和地理环境资料。

‴经、纬度：东经112°55′51″北纬35°31′海拔1895米
‴负载功耗：524W/-48V，24小时连续不间断工作。

‴连续阴雨天：7天。

‴气象资料：如太阳辐射量，年平均气温和极端气温、风速、连阴雨天等，用户可在当地气象部门查询（我司采用西门子太阳能电源系统计算机设计软件已将气象
卫星收集的气象资料输入在所选择的地点或接近的地点）
2．确定负载功耗：524W/-48V 24小时连续工作（标书给出）。

3．确定蓄电池容量：经过计算结果为：2300.0AH/-48V（详见3.3.2松树沟西门子太阳能计算机优化方案）。

4．确定方阵倾角：
在计算过程中，选择靠近该站地点的2个采样点（河南卢氏：东经111°、北纬34°和河北武安：东经114°、北纬37°）发现方阵倾角选“卢氏”时为50°，而选“武安”时为35°，再结合地理位置及海拔等环境因素及以往的实际经验，认为“卢氏”的资料较接近“松树沟”站的情况，并做以下修正。

结论：方阵倾角为50°
5．计算日辐射量：略（西门子软件中已提供）。

6．方阵功率的确定：
计算结果为：5261.8Wp。

7．确定组件的规格型号：选定为SM55/55Wp/每块。

8．修正总的功率数结果：取96块SM55组件/5280Wp（4串24并）。

9．方阵串并联数的确定：
‴ -48V系统。

‴取4块串联，24组件并联。

10. 方阵输入的路数确定：
西门子太阳能控制器是按A、B、C、D 4路输入来生产制作的，故方阵分A、B、C、
D 4 路输入。

太阳能控制器的工作原理：
1．太阳能控制器选型：根据电源系统电压和方阵最大充电电流来选择控制器注：A：受负载电压变化范围的限制（44-52V）的设备使用限压器，电流为20A（也可另行制做）。

B：不受负载电压变化范围限制的设备：充电电流≤200A，负载电流为50A。

充电电流＞200A，负载电流为70A。

2．合理分配太阳能方阵电流：
1）太阳能方阵的合理分配是使太阳能得到充分的利用、对蓄电池更合理的充电和太阳能控制器不频繁启动。

2）太阳能方阵电流分配：一般原则是使方阵的充电曲线愈接近蓄电池的最佳充电曲线，故：
A 首先计算负载电流，由蓄电池容量计算出每天蓄电池自放电安时数。

再由蓄电
池自放电安
时数计算出其在白天需要的电流大小，再把两个电流加在一起来选择A路方阵大小即可。

B 其它三路由剩余的方阵均分即可。

C 原因为在白天一般情况下太阳能方阵均为饱和状态，只由一路方阵来维持负载
电流即可。

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3）太阳能控制器工作原理和蓄电池各控制点的设置：
①太阳能控制器各点的设置：根据所选的蓄电池种类而确定，从免维护蓄电池资
料得到：浮充电压2.25V、均充电压2.35V、极限电压2.4V。

由48V电源系统和太阳能控制器原理得各点设置如下：
A 最小浮充电压： 52.8V
B 电大浮充电压： 54.8V
C 均充电压： 56.4V
D 最高极限电压： 57.6V
E 浮充转均充电压：50V
F 梯度电压： 55.2V
②太阳能控制器工作原理:
初次对蓄电池充电，蓄电池都是不饱和的，首先控制器进入均充状态，四路方阵同时对蓄电池充电，经过一段时间后，蓄电池进入饱和状态，此时蓄电池电压变化较快，蓄电池电压达到56.4V。

控制器经过延时，首先关断D路，判断蓄电池电压是否高于56.4V，如不高于，则维持现状，如高于，经过一段延时后断开C路，重复执行，直到全部关断，转入浮充状态。

由于有负载，所以蓄电池电压下降到52.8V 时接通A路，如电压继续下降则接通B路，如电压再继续下降则接通C路，如电压继续再下降则接通D路。

当A路接通时电压上升到54.8V，则关断A路，使蓄电池电压维持在52.8V到54.8V之间。

从而保证蓄电池不过充电。

对负载的控制，本控制器设置有低电压负载开路设置点，一般设置为44V，低
电压告警设置为
46.4V，负载再接通电压设置为52V，以保证蓄电池可靠供电。