• 设计时也不能考虑为了给蓄电池尽可能快地充满 电而将太阳能电池组件设计得过大，这样在一年 中的绝大部分时间里太阳能电池的发电量会远远 大于负载的用电量，造成太阳能电池组件的浪费 和系统整体成本的过高。 • 因此，太阳能电池组件设计的最好办法就是使太 阳能电池组件能基本满足光照最差季节的需要， 就是在光照最差的季节蓄电池也能够基本上天天 充满电。
• 从全天使用时间上分可分为仅白天使用的 负载，仅晚上使用的负载及白天晚上连续 使用的负载。 • 对于仅在白天使用的负载，多数可以由光 伏电池板直接供电，不需要考虑蓄电池的 配备。 • 另外系统每天需要供电的时间有多长，要 求系统能正常供电几个阴雨天等，都是需 要在设计前了解的问题和数据。
3.2.2 当地的太阳能辐射资源及气象 地理条件
3.2.3发电系统的类型、安装场所和方式
• 发电系统的类型就是指所设计的发电系统 是独立发电系统，还是并网发电系统或者 是太阳能发电与市电互补系统。 • 发电系统的安装主要是指太阳能电池组件 或太阳能电池方阵的安装，其安装场所和 方式可分为杆柱安装、地面安装、屋顶安 装、山坡安装、建筑物墙壁安装及建材一 体化安装等。
(3)屋顶安装
• 屋顶安装大致分为两种： • 一种是以屋顶为支撑物，在屋顶上通过支 架或专用构件将电池组件固定组成方阵， 组件与屋顶间留有一定间隙用于通风散热； • 另一种是将电池组件直接与屋顶结合形成 整体，也叫光伏方阵与屋顶的集成，如光 电瓦、光电采光顶等
(4)墙壁安装
与屋顶安装一样，墙壁安装也大致分为两种： • 第一种是以墙壁为支撑物，在墙壁上通过支架或 专用构件将电池组件固定组成方阵，也就是把太 阳能组件方阵外挂到建筑物不采光部分的墙壁上； • 另一种是将光伏组件做成光伏幕墙玻璃和光伏采 光玻璃窗等光伏建材一体化材Байду номын сангаас，作为建筑物外 墙和采光窗户材料，直接应用到建筑物墙壁上， 形成光伏组件与建筑物墙壁的集成
4．最长连续阴雨天数
• 所谓最长连续阴雨天数也就是需要蓄电池向负载维持供电 的天数，从发电系统本身的角度说，也叫“系统自给天 数”。 • 也就是说如果有几天连续阴雨天，太阳能电池方阵就几乎 不能发电，只能靠蓄电池来供电，而蓄电池深度放电后又 需尽快地将其补充好。 • 连续阴雨天数可参考当地年平均连续阴雨天数的数据。对 于不太重要的负载如太阳能路灯等也可根据经验或需要在 3～7天内选取。 • 在考虑连续阴雨天因素时，还要考虑两段连续阴雨天之间 的间隔天数，以防止第一个连续阴雨天到来使蓄电池放电 后，还没有来得及补充，就又来了第二个连续阴雨天，使 系统在第二个连续阴雨天内根本无法正常供电。 • 因此，在连续阴雨天比较多的南方地区，设计时要把太阳 能电池和蓄电池的容量都考虑得稍微大一些。
3.3太阳能光伏发电系统容量的设计与计算
• 太阳能光伏发电系统容量的设计与计算的 主要内容是： (1)太阳能电池组件功率和方阵构成的设计与 计算； (2)蓄电池的容量与蓄电池组合的设计与计算。 • 下面就介绍太阳能电池组件与蓄电池的设 计与计算方法，并提供几种计算公式，以 不同的太阳能辐射资源参数为依据进行计 算。
(2)太阳能电池倾斜角的选择
• 最理想的倾斜角是使太阳能电池年发电量尽可能大，而冬 季和夏季发电量差异尽可能小时的倾斜角。 • 一般取当地纬度或当地纬度加上几度做为当地太阳能电池 组件安装的倾斜角。 • 当然如果能够采用计算机辅助设计软件，可以进行太阳能 电池倾斜角的优化计算，使两者能够兼顾就更好了，这对 于高纬度地区尤为重要。 • 高纬度地区的冬季和夏季水平面太阳辐射量差异非常大， 例如我国黑龙江省相差约5倍。如果按照水平面辐射量参 数进行设计，则蓄电池冬季存储量过大，造成蓄电池的设 计容量和投资都加大。 • 选择了最佳倾斜角，太阳能电池面上冬季和夏季辐射量之 差变小，蓄电池的容量也可以减少，求得一个均衡，使系 统造价降低，设计更为合理。
(1)杆柱安装
• 杆柱安装是将太阳 能光伏系统安装在 由金属、混凝土以 及木制的杆、柱子、 塔上等，如太阳能 路灯、高速公路监 控摄像等。
(2)地面安装
• 地面安装就是在 地面打好基础， 然后在基础上安 装倾斜支架，太 阳能电池组件固 定到支架上，有 时也可利用山坡 等的斜面直接做 基础和支架安装 电池组件。
如果没有条件对倾斜角进行计算机优化设计，也可以 根据当地纬度粗略确定太阳能电池的倾斜角： 纬度为0°～25 °时，倾斜角等于纬度； 纬度为26 ° ～40 °时，倾斜角等于纬度加5° ～10° 纬度为41 ° ～55 °时，倾斜角等于纬度加上10 ° ~15° 纬度为55 °以上时，倾斜角等于纬度加上15 ° ～20 °
3.1.2设计步骤和内容
3.2 与设计相关的因素和技术条件
• 在设计光伏发电系统时，应当根据负载的 要求和当地太阳能资源及气象地理条件， 依照能量守恒的原则，综合考虑下列各种 因素和技术条件。 • 系统用电负载的特性、当地的太阳能辐射 资源及气象地理条件、发电系统的类型、 安装场所和方式。
3.2.1 系统用电负载的特性
• 由于太阳能光伏发电系统的发电量与太阳光 的辐射强度、大气层厚度（即大气质量）、 地理位置、所在地的气候和气象、地形地物 等因素和条件有着直接的关系和影响， • 因此在设计太阳能光伏发电系统时，应考虑 的太阳能辐射资源及气象地理条件有太阳辐 射的方位角和倾斜角、峰值日照时数、全年 辐射总量、连续阴雨天数及最低气温等。
• 本讲将详细叙述太阳能光伏发电系统设计 的原则、设计步骤和内容，以及光伏发电 系统容量设计中应考虑的各种因素和技术 条件等，并提供了几种太阳能电池组件 （方阵）和蓄电池容量的设计与计算方法 供参考。 • 光伏发电系统的系统配置与设计，将在下 一讲中介绍。
3.1 系统的设计原则、步骤和内容
3.1.1 系统设计原则
• 峰值日照时数是将当地的太阳辐射量，折算成标 准测试条件（幅照度1 000W／m2）下的时数。 • 例如，某地某天的日照时间是8.5h，但不可能在 这8.5h中太阳的幅照度都是1000W/m2，而是从 弱到强再从强到弱变化的，若测得这天累计的太 阳辐射量是3600WM/m2，则这天的峰值日照时 数就是3.6h。 • 因此，在计算太阳能光伏发电系统的发电量时一 般都采用平均峰值日照时数作为参考值。 • 表5-2是年总辐射量与日平均峰值日照时数间的对 应关系表。
• 但不同类型的太阳能光伏发电系统，其最佳安装 倾斜角是有所不同的。 • 例如为光控太阳能路灯照明系统等季节性负载供 电的光伏发电系统，这类负载的工作时间随着季 节而变化，其特点是以自然光线的强弱来决定负 载每天工作时间的长短。冬天时白天日照时间短， 太阳能辐射能量小，而夜间负载工作时间长，耗 电量大。 • 因此系统设计时要考虑照顾冬天，按冬天时能得 到最大发电量的倾斜角确定，其倾斜角应该比当 地纬度的角度大一些。 • 而对于主要为光伏水泵、制冷空调等夏季负载供 电的光伏系统，则应考虑夏季为负载提供最大发 电量，其倾斜角应该比当地纬度的角度小一些。 • 表5-1提供了中国大陆各主要城市太阳能资源数 据表，供设计时参考。
1．太阳能电池组件（方阵）的方位角与 倾斜角
• 太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角的选定是太阳 能光伏系统设计时最重要的因素之一。 • 所谓方位角一般是指东西南北方向的角度。对于太阳能光 伏系统来说，方位角以正南为0°，由南向东向北为负角 度，由南向西向北为正角度， • 如太阳在正东方时，方位角为-90°，在正西方时方位角 为90°。 • 方位角决定了阳光的入射方向，决定了各个方向的山坡或 不同朝向建筑物的采光状况。 • 倾斜角是地平面（水平面）与太阳能电池组件之间的夹角。 倾斜角为0°时表示太阳能电池组件为水平设置，倾斜角 为90°时表示太阳能电池组件为垂直设置。
2．平均日照时数和峰值日照时数
• 要了解平均日照时数和峰值日照时数，首先要知 道日照时间和日照时数的概念。 • 日照时间是指太阳光在一天当中从日出到日落实 际的照射时间。 • 日照时数是指在某个地点，一天当中太阳光达到 一定的幅照度（一般以气象台测定的120W／m2 为标准）时一直到小于此幅照度所经过的时间。 日照时数小于日照时间。 • 平均日照时数是指某地的一年或若干年的日照时 数总和的平均值。 • 例如，某地1985年到1995年实际测量的年平均日 照时数是2053.6h，日平均日照时数就是5.63h。
表5-2年水平面总辐射量与日平均峰 值日照时数间的对应关系表
3．全年太阳能辐射总量
• 在设计太阳能光伏发电系统容量时，当地全年太 阳能辐射总量也是一个重要的参考数据。 • 应通过气象部门了解当地近几年甚至8～10年的 太阳能辐射总量年平均值。 • 通常气象部门提供的是水平面上的太阳辐射量， 而太阳能电池一般都是倾斜安装，因此还需要将 水平面上的太阳能辐射量换算成倾斜面上的辐射 量。 • 图5-2是中国太阳能资源分布示意图。
第三讲 太阳能光伏发电系统 的容量设计
• 太阳能光伏发电系统的设计分两部分 • 一是光伏发电系统的容量设计，主要是对太阳能 电池组件和蓄电池的容量进行设计与计算，目的 就是要计算出系统在全年内能够满足用电要求并 可靠工作所需要的太阳能电池组件和蓄电池的数 量； • 二是光伏发电系统的系统配置与设计，主要是对 系统中的电力电子设备、部件的选型配置及附属 设施的设计与计算，目的是根据实际情况选择配 置合适的设备、设施和材料等，与前期的容量设 计相匹配。
(1)太阳能电池方位角的选择
• 在我国，太阳能电池的方位角一般都选择正南方向，以使 太阳能电池单位容量的发电量最大。 • 如果受太阳能电池设置场所如屋顶、土坡、山地、建筑物 结构及阴影等的限制时，则应考虑与它们的方位角一致， 以求充分利用现有地形和有效面积，并尽量避开周围建、 构筑物或树木等产生的阴影。 • 只要在正南±20°之内，都不会对发电量有太大影响，条 件允许的话，应尽可能偏西南20°之内，使太阳能发电量 的峰值出现在中午稍过后某时，这样有利用冬季多发电。 • 有些太阳能光伏建筑一体化发电系统设计时，当正南方向 太阳能电池铺设面积不够时，也可将太阳能电池铺设在正 东、正西万向。