太阳能光伏电源系统的设计分为软件设计和硬件设计，且软件设计先于硬件设计。软件设计包括：负载用电量的计算，太阳能电池方阵面辐射量的计算，太阳能电池、蓄电池用量的计算和二者之间相互匹配的优化设计，太阳能电池方阵安装倾角的计算，系统运行情况的预测和系统经济效益的分析等。硬件设计包括：负载的选型及必要的设计，太阳能电池和蓄电池的选型，太阳能电池支架的设计，逆变器的选型和设计，以及控制、测量系统的选型和设计。对于大型太阳能电池发电系统，还要有方阵场的设计、防雷接地的设计、配电系统的设计以及辅助或备用电源的选型和设计。软件设计由于牵涉到复杂的辐射量、安装倾角以及系统优化的设计计算，一般是由计算机来完成；在要求不太严格的情况下，也可以采取估算的办法。
⑴ 太阳能辐射原理：
太阳电池发电的全部能量来自于太阳，也就是说，太阳电池方阵面上所获得的辐射量决定了它的发电量。太阳电池方阵面上所获得辐射量的多少与很多因素有关：当地的纬度，海拔，大气的污染程度或透明程度，一年当中四季的变化，一天当中时间的变化，到达地面的太阳辐射直、散分量的比例，地表面的反射系数，太阳电池方阵的运行方式或固定方阵的倾角变化以及太阳电池方阵表面的清洁程度等。要想较为准确地推算出太阳电池方阵面上所获得的辐射量，必须对太阳辐射的基本概念有所了解。
太阳辐射的基本定律
太阳辐射的直散分离原理、布格－朗伯定律和余弦定律是我们所要了解的三条最基本的定律。
直散分离原理：
大地表面（即水平面）和方阵面（即倾斜面）上所接收到的辐射量均符合直散分离原理，只不过大地表面所接收到的辐射量没有地面反射分量，而太阳电池方阵面上所接收到的辐射量包括地面反射分量：
Qp = Sp+Dp QT = ST+DT+RT
Qp: 水平面总辐射
Sp: 水平面直接辐射
Dp: 水平面散射辐射
QT : 倾斜面总辐射
ST: 倾斜面直接辐射
DT: 倾斜面地面反射
布格-朗伯定律:
SD’= S0Fm
S0 ：太阳常数 1350W/m2
SD’：直接辐射强度
F: 大气透明度
m: 大气质量 m=1/Sina ´ P/P0
a: 太阳高度角
Po: 标准大气压
Sina = SinfSind+Cos fCos dCosw
d: 太阳赤纬角
d=23.5Sin(360*(284+N)/365)
f： 当地纬度 （0 － 90° ）
w： 时角（地球自转一周360度，24小时）
15度/小时 或 4分钟/度
余弦定律:
Sp’ = SD’ Sina
ST’ = SD’COSq
DT’ = Dp’(1+CosZ)/2
RT’ = Qp’(1-CosZ)/2
QT = ST+DT+RT
⑵ 太阳电池发电系统的设计(以某高山气象站为例)：
当地气象地理条件：由当地气象部门提供前10年的平均数据。
纬度: 北纬 30-45 度
经度: 东经 90-120 度
海拔: 1000
最长阴雨天: 3 天
水平面全年总辐射量为:165千卡/厘米²。
太阳电池方阵面上的总辐射为180千卡/厘米2。
负载情况
|
编号 |
负载功率 (瓦) |
每日工作时间 (小时) |
每日耗电 (瓦时) |
|
|
1 |
遥测仪(自动站) |
AC30W |
24 |
720 |
|
2 |
微机、打印机 |
AC330W |
6 |
1980 |
|
3 |
照 明 |
AC80W |
5 |
400 |
|
4 |
通信设备 |
AC100W |
12 |
1200 |
|
5 |
合 计 |
540W |
|
4300 |
电源系统容量设计步骤:
① 太阳电池组件的选型：
太阳电池选用秦皇岛华美光伏电源系统有限公司的组件
型号为：33D1312X310
开路电压：21V
短路电流：
峰值电压：17V
峰值电流：
峰值功率：38 Wp
② 计算等效的峰值日照时数：
全年峰值日照时数为: 180000×0.0116=2088 小时
0.0116为将辐射量(卡/cm²)换算成峰值日照时数的换算系数:
峰值日照定义: 100毫瓦/cm²=0.1瓦/cm²
1 卡=4.18焦耳=4.18瓦秒 1小时=3600秒
则: 1卡/cm²=4.18瓦秒/卡/(3600秒/小时×0.1瓦/cm²)=0.0116 小时cm²/卡
于是: 180000卡/cm²年×0.0116 小时cm²/卡=2088小时/年
平均每日峰值日照时数为：2088÷365＝5.72 小时/日
③ 根据系统工作电压等级确定太阳电池组件的串联数：
系统工作电压一般选择原则：户用系统为12VDC或24VDC；通信系统为48VDC；
电力系统为110VDC；大型电站为220VDC％或更高。
每块标准组件峰值电压为17V，设计为对12V蓄电池充电，4块组件串联对48V蓄电池充电，因此，所需太阳电池的串联数为4块。
④ 计算每日负载耗电量为：4300Wh÷48V＝89.6Ah
⑤ 计算所需太阳电池的总充电电流为：
89.6Ah×1.02/(5.72h×0.9×0.8)＝
其中： 0.9: 蓄电池的充电效率
0.8: 逆变器效率
1.02: 20年内太阳电池衰降，方阵组合损失，尘埃遮挡等综合系数。
⑥ 计算所需太阳电池的并联数为：
⑦ 计算所需太阳电池的总功率为：
（10×4）块×38峰瓦/块＝1520 峰瓦
⑧ 计算所需蓄电池容量：
蓄电池选用江苏双登全密封阀控式工业用铅酸蓄电池
89.6Ah/天×3天(连续阴雨天数)÷0.68＝400Ah
0.68:蓄电池放电深度。
选用 GFM-400型蓄电池(10小时放电率的额定容量为400安时)24只（48V）。
上面的计算可以由设计软件在几分钟之内完成，下面给出一个计算实例：
|
深圳中兴通信工程太阳能系统容量计算（负荷容量:1000瓦,站址:苏丹） |
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|
序号 |
项目 |
单位 |
数量 |
备注 |
|
1 |
年水平面总辐射量 |
Cal/cm2 |
180000 |
|
|
2 |
年太阳电池板倾斜面总辐射量 |
Cal/cm2 |
207000 |
|
|
3 |
年1000峰瓦太阳电池发电量 |
KWh |
2401 |
(总辐射量*0.0116) |
|
4 |
日1000峰瓦太阳电池发电量 |
WpHr |
6.58 |
(年发电量/365天) |
|
5 |
系统电压(DC) |
V |
48 |
根据电路系统要求决定系统电压大小 |
|
6 |
组件峰值电压 |
V |
17.5 |
根据组件具体情况填写电压大小 |
|
7 |
组件峰值电流 |
A |
2 |
根据组件具体情况填写电流大小 |
|
8 |
组件峰值功率 |
Wp |
38 |
根据组件具体情况填写Wp大小 |
|
9 |
组件串联 |
个 |
4 |
视系统电压大小决定串联个数 |
|
10 |
负荷容量 |
W |
1000 |
|
|
11 |
负荷平均每天工作时间 |
小时 |
24 |
|
|
12 |
日负荷消耗Wh电量 |
Wh |
24000 |
(负荷容量W*负荷日工作时间) |
|
13 |
逆变器效率 |
% |
1 |
无逆变器 |
|
14 |
日负荷消耗Ah电量 |
Ah |
500.0 |
日负荷消费电量W/系统电压/逆变效率 |
|
15 |
需要太阳电池的电流量 |
A |
99.75 |
日负荷Ah/日WpHr/充电效率*PV综合损失率 |
|
16 |
需要太阳电池组件的并联数 |
个 |
50 |
需要太阳电池的电流量/组件峰值电流 |
|
17 |
需要太阳电池组件功率 |
Wp |
7581 |
|
|
18 |
蓄电池电压 |
V |
48 |
|
|
19 |
最长阴雨天 |
天数 |
3 |
|
|
20 |
蓄电池放电深度 |
% |
0.8 |
|
|
21 |
需要的蓄电池容量 |
Ah |
1875 |
|
|
22 |
选定蓄电池容量 |
Ah |
2000 |
48V/2000Ah |
|
23 |
选定蓄电池容量 |
Wh |
96000 |
|
|
24 |
系统蓄电池单价 |
元/Wh |
1.2 |
|
|
25 |
系统蓄电池价格 |
元 |
115200 |
|
|
26 |
系统太阳电池单价 |
元/Wp |
45 |
含支架 |
|
27 |
系统太阳电池费用 |
元 |
341161 |
|
|
28 |
控制器价格 |
元 |
20000 |
输入12路每路20A， 输出2路每路20A |
|
29 |
逆变器价格 |
元 |
|
|
|
30 |
其他 |
元 |
|
|
|
31 |
合计 |
元 |
476361 |
|
|
32 |
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大口径光学反射镜的制造过程
如果把光学望远镜比作人类的“千里眼”，那么光学望远镜中的主反射镜就可以称之为“眼角膜”。主反射镜的口径越大就意味着光学望远镜的空间分辨率就会越高。通俗的说就是会....
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