太陽能電池組件是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分,也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。它可以將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為電能,所或送往蓄電池中存儲起來,或推動負(fù)載工作;另外,太陽電池作為系統(tǒng)的光控元件,根據(jù)太陽能電池兩端電壓的大小,即可檢測出戶外的光亮程度,也就是根據(jù)太陽能電池電壓的大小來判斷天黑和天亮等。
目前太陽電池主要是硅晶電池,未來還包括薄膜太陽電池。晶硅電池一個標(biāo)準(zhǔn)組件包括36片單體,一個太陽能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)需要更高的電壓和電流組件時,可把多個組件組成太陽能電池方陣,以獲得所需要的電壓和電流。
一、太陽電池組件輸出的計算方法
太陽電池組件的輸出是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的情況,但實際使用中,日照等環(huán)境條件是不可能和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)完全相同的。那么,如何利用太陽電池組件額定輸出和氣象數(shù)據(jù)來估算實際情況下的太陽電池組件的日輸出呢?通常使用峰值小時數(shù)的方法估算太陽電池組件的輸出。
可以將實際的傾斜面上的太陽輻射轉(zhuǎn)換成等同的標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射,1千瓦每平方米(1000W/㎡)就是用來標(biāo)定太陽電池組件工具的標(biāo)準(zhǔn)輻射量的。假如,某地方平均輻射為6千瓦時每平方米(6.0kW.h/㎡)就倆都等同于太陽電池組件在標(biāo)準(zhǔn)輻射下輻照6小時(6h)。
例如:某個地區(qū)傾斜角為40°的斜面上按月平均每天的輻射量為6千瓦時每平方米(6.0kW.h/㎡),可將其寫成6.0h×1000W/㎡。對于一個太陽電池組件,Imp(最佳工作電流)為5A,那么每天發(fā)電的安時數(shù)為6×5A=30A.h/天。
上述是使用峰值小時計算方法,此方法存在一定的偏差,原因如下。
1.太陽電池組件輸出的溫度效應(yīng)在該方法中被忽略。溫度效應(yīng)對于由較少的電池片串聯(lián)的太陽電池組件輸出的影響就比對于由較多的電池片串聯(lián)的太陽電池組件的輸出影響要大。
對于36片串聯(lián)的太陽電池組件比較準(zhǔn)確,但對于33片串聯(lián)的太陽電池組件則較差,特別是在高溫環(huán)境下。對于所有的太陽電池組件,在寒冷氣候的預(yù)計會更加準(zhǔn)確。
2.在峰值小時發(fā)中,利用氣象數(shù)據(jù)中測量的總的太陽輻射,實際上,在每天的清晨和黃昏,有一段時間因為輻射很低,太陽電池組件生產(chǎn)的電壓太小而無法供給負(fù)載使用或者給蓄電池充電。這就導(dǎo)致估算偏大。不過,一般情況下,以上誤差不影響正常使用。
以上給出的只是容量的基本估算方法,在實際情況中還有很多性能參數(shù)會對容量(容量的設(shè)計)產(chǎn)生很大的影響。在進(jìn)行光伏系統(tǒng)設(shè)計時,可以通過專業(yè)軟件來輔助設(shè)計,如果使用得當(dāng),能大大減少計算量、節(jié)約時間、提高效率和準(zhǔn)確度。
二、獨(dú)立光伏系統(tǒng)的工作電壓
對獨(dú)立光伏系統(tǒng)的工作電壓的選擇決定于負(fù)載所需的電壓和電流。如果系統(tǒng)電壓設(shè)置成為與最大負(fù)載電壓相等,則這些負(fù)載可直接接到系統(tǒng)的輸出端。然而,對于限制電流為10A的系統(tǒng)的任何部分,在任何電源電路中電流應(yīng)在20A以下,以保證使用安全。
使電流低于推薦值就可使用標(biāo)準(zhǔn)的、普通的電氣設(shè)備和導(dǎo)線。當(dāng)負(fù)載需要交流電源時,直流系統(tǒng)電壓應(yīng)根據(jù)逆變器的特性而定。一些基本規(guī)則如下。
1.直流負(fù)載電壓通常是12V或12V的倍數(shù),如24V、36V、48V等,對直流系統(tǒng),系統(tǒng)電壓應(yīng)為最大負(fù)載所需的電壓。大多數(shù)直流光伏系統(tǒng)在12V下小于1千瓦(1kW)。
2.如果負(fù)載需要不同的直流電壓,選擇具有最大電流的電壓作為系統(tǒng)電壓,對于負(fù)載所需電壓與系統(tǒng)電壓不一致時可用直流到直流轉(zhuǎn)換器來提供所需的電壓。
3.獨(dú)立光伏系統(tǒng)的絕大多數(shù)交流負(fù)載在120V下工作。
原標(biāo)題:太陽能電池組件的容量設(shè)計