第3章　太阳能光伏发电系统的设计原理和方法

太阳能光伏发电系统的输入能量是不规则变化的太阳能。太阳能时时刻刻变化，其累计值也不一定；太阳电池的性能也并非固定不变。因此，太阳能光伏发电系统的设计是相当复杂的。本章中，试就太阳能光伏发电系统的几种设计方法阐明其原理。其中，特别值得推荐的一种方法是不直接处理不规则的事项，而采用定型化经验公式的方法，也就是参数分析法。

一般而言，太阳能光伏发电系统设计所用的方法，大致可分为解析方法和模拟方法两类，如图3-1所示。

图3-1　太阳能光伏发电系统的设计方法分类

对于解析方法而言，首先要组建表示系统动态的代数式，之后使用电脑或设计图线，按照公式依次顺序求解，旨在求得设计中所必需的未知数。然而，由于各种状态量和系数的不规则变动，直接处理相当困难，其中的一种处理方法是将系统以概率变数记述。此法作为理论上的处理是灵活的，但在使用时可以说缺乏实用性。具有代表性的此类方法，是LOLP（Loss of Load Probability）法，用这一方法可在设计上反映独立系统的停电概率。

解析方法的第二种近似法，是参数分析法。这种方法是将复杂的非线性太阳能光伏发电系统的工作简化为线性系统。首先，作为前提，表现在以某一期间的能量平均值代替所有的参数。当然这么做会在某些部分产生矛盾，但可以导入修正参量。按照此种方法，设计中可直接利用所列公式，于是设计就变得极为简单。

参数分析法，即使对于系统设计的入门者来说，也是易于理解的。特别是在系统的初步计划阶段可迅速地反复进行研究，是一种实用价值较高的方法。这便是本书中着重要推荐参数分析法的理由。

模拟方法是将系统的状态动态地表现成太阳辐射与负荷等的模型，实际为再现系统的工作状态。它是一种适合于计算机的方法。一般而言，就像太阳电池和蓄电池等特性所表示的理论公式那样，计算系统30min的状态量，就可以模拟一年内的系统运行。作为特别重要的数据，有必要用30min的辐照度和负荷用电量甚至用更长时间的量值来进行计算。

用此法，由于可以正确地表示日射模型和负荷模型的偏离，所以对比参数分析法来说，可以较为精确地对系统作出事先评价。对于已运用参数分析法的基本设计而言，往往可用模拟法作进一步确认。此外，也可以反过来先研究模拟结果，再用于参数分析法中的参数确定。

本章先就有关的参数分析法进行理论展开，然后就其他两种方法进行介绍。对于参数分析法，又分基于负荷和日射量的方法（独立光伏发电系统等设计）及基于容许面积的方法（屋顶并网光伏发电系统等设计）。原则上是将本章后各种光伏应用系统的设计方法提前介绍，避免重复。