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(1) 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。

2.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，才能达到最佳的充电状态。

     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最佳工作电压； 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。

城市       纬度Φ       日辐射量Ht      最佳倾角Φop    斜面日辐射量    修正系数Kop

哈尔滨     45.68          12703            Φ＋3           15838          1.1400

长春      43.90          13572            Φ＋1           17127           1.1548

沈阳    41.77           13793            Φ＋1           16563           1.0671

北京     39.80            15261            Φ＋4            18035          1.0976

（2）太阳能电池组件并联数Np4

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（日辐射量参见表1）： 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(4) 式中：Ioc为太阳能电池组件最佳工作电流；Kop为斜面修正系数（参照表1）；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(5)

④太阳能电池组件并联数Np的计算方法为：Np=（Bcb＋Nw×QL）/（Qp×Nw）(6) 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。

3设计实例

      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，最佳倾角为16.13°，计算太阳能电池方阵功率及蓄电池容量。 5

(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×(25/12)×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