3.1　参数分析法

太阳电池板接受的太阳光能通过光电器件转换成电能供给负荷，而在这一过程中，存在种种使效率和输出功率衰减的因素，其中的主要因素如图3-2所示。将它们定义为设计参数，并将各个设计参数以乘积的形式表示，可以建立如图3-2所示的模式。依此来推定供给负荷的能量，并实施系统装置的容量设计计算。

3.1.1　基本公式

在设计太阳能光伏发电系统时，为了确定太阳电池组件等系统构成部件的容量，以供给预定负荷所需的电力，可以使用下列的计算公式。

3.1.1.1　电池板容量的计算

（1）负荷一定的情况

在所供给电力的负荷及其使用的电力量和负荷类型确定的情况下，若将图3-2表示的能流公式化，则给出式（3-1）。展开此式，得出满足负荷要求的电池板容量PAS的计算公式（3-3）。

HAAηPSK=ELDR　　（3-1）

ηPS=PAS/（GSA）　　（3-2）

　　 （3-3） 　　

式中　HA——某期间太阳电池板面得到的太阳辐射量，kW·h/m2；

A——太阳电池板面积，m2；

ηPS——标准状态下太阳电池板的转换效率；

K——综合设计系数（综合系统效率）；

EL——某期间负荷需要的电力量，kW·h；

D——太阳能发电对负荷的供电保证率；

R——设计富余系数（安全系数）；

PAS——标准状态下太阳电池板的出力（容量），kW；

GS——标准状态下太阳辐照度，kW/m2。

D=EP/（EP+EU）　　（3-4）

EU=EUF-EUT　　（3-5）

式中　EP——某期间太阳能光伏发电系统的发电量，kW·h；

EU——（辅助）电能，kW·h；

EUF——来自系统的电能，kW·h；

EUT——输向系统的电能，kW·h。

R=RSRL　　（3-6）

式中　RS——设计安全系数（弥补系统设计中全体不确实的地方）；

RL——设计富余系数（含负荷能量需要的富余）。

（2）电池板面积一定的场合

同住宅用光伏发电系统那样，在用地面积需要充分设置时，若将组件的转换效率暂且撇开，在这种情况下可按下式计算光伏发电系统向负荷或系统输送的发电量。

EP=PAS（HA/GS）K　　（3-7）

PAS=ηPSAGS　　（3-8）

式中，EP为太阳能光伏发电系统的发电量，kW·h。

在计算光伏发电系统相关参数时，除这里叙述的参数以外，还存在几个参数。它们的表示与式（3-7）完全相同。

EP=PASYP=PAS×8760FC　　（3-9）

YP=（HA/GS）K=YIK=8760FC　　（3-10）

FC=YP/8760，YI=HA/GS　　（3-11）

式中　YP——等价系统运行时间，h；

FC——某期间系统利用率；

YI——等价日照时间，h。

这些参数，在评价太阳能光伏发电系统的实际运行特性时也很适用，通常将K称为系统出力系数。现将这些关系的概括表达一并汇总于表3-1中。

3.1.1.2　蓄电池容量的计算

（1）稳定负荷系统

在负荷的用电量比较均衡时，如像负荷在特定时间使用电力集中那样，可用式（3-12）计算。

BkW·h=（ELBdNdRB）/（CBDUBδBD）　　（3-12）

式中　BkW·h——蓄电池容量，kW·h；

ELBd——负荷每天由蓄电池的供电量，kW·h/d；

Nd——无日照连续天数，d；

RB——蓄电池设计余量；

CBD——容量降低系数（若以规定的放电时间率给出，则取CBD=1）；

UB——蓄电池可以利用的放电范围；

δBD——蓄电池放电时的电压下降率。

这里因为ELBd是以蓄电池输出端定义的，所以有必要计算功率调节回路修正系数。

　　 （3-12a） 　　

式中，EPd为系统发电量，kW·h/d。

（2）按照辐照度控制负荷容量的系统

雨天或夜间的用电量最低，往往设计为不停电的运行方式。此时，上述无日照连续天数期间，蓄电池容量仅向负荷供给最低的电力。

BkW·h=［ELE-PAS（HAI/GS）K］（NdRB）/（CBDUBδBD）　　（3-13）

式中　ELE——负荷需要的最低电力量，kW·h；

HAI——无日照连续天数期间所得到的平均电池板面的太阳辐射量，kW·h/（m2·d）。

蓄电池的容量，因放电时间率的不同而异。也就是说，放电时间率越小，放电电流越大，则蓄电池的容量就越小。因此，要根据负荷大小及系统运行时间长短决定蓄电池的放电时间率，再决定蓄电池的容量。

（3）混合系统

混合系统是指设置有辅助发电机的光伏发电系统。根据系统的要求可以即刻启动。对于配有功率大的柴油发电机组的混合系统来说，式（3-12）通常选定Nd=2（d）来计算。详细一些，还有必要按照模拟等方法进行专门研究，因为涉及的推算比较复杂，因此这里省略。

3.1.1.3　逆变器容量的计算

（1）独立运行系统

PIN=PLAmaxRRUSHRIN　　（3-14）

式中　PIN——逆变器容量，kV·A；

PLAmax——预计增设的负荷最大功率容量（最大视在功率），kV·A；

RRUSH——冲击电流率；

RIN——设计富余系数（也称为安全系数，通常选用值为1.5～2.0）。

冲击电流率考虑启动电机等对负荷带来的最大冲击电流，是以在电机依次启动的条件下，最后启动的最大容量的电机来计算。即，若设最大容量时的稳定电流为Ia，最大容量的电机定常电流为Ib，最大容量的电机的冲击电流为Im，则

RRUSH=（Ia-Ib+Im）/Ia　　（3-15）

（2）混合运行系统

逆变器要有最大的电力跟踪控制功能，以便尽可能多地将太阳电池板所发的电能输送到系统中去：一方面因逆变器负荷率低而使效率降低；另一方面又因价格随容量上升。考虑到这些因素，理应避免使设备容量过大。稍加粗略地思考便可知道，当日射强度接近最大值时，太阳电池温度上升，太阳电池板出力下降，逆变器效率也就随之下降，故逆变器容量可以小于太阳电池板的容量。

PIN=PASCA　　（3-16）

式中，CA为太阳电池板容量的衰减系数，通常取0.8～0.9。

3.1.2　设计参数的定义

在太阳电池板容量的设计计算中，所定义的综合系数，要分解成多个阶层构成的设计参数。这些参数在设计中最终可以用乘积的形式加以利用。

设计的基本公式是对发电量表示的，有关设计参数当然也是对发电量给出的。必须算出所计测的日射强度和发电量等在某一期间的累计值。该期间至少要有1年。

　　 （3-17） 　　

式中　KH——入射量修正系数（以太阳电池板面日射量为基准）；

——入射量修正系数（以水平全天日射量为基准），=KHBKH；

KHB——由水平面日射量向太阳电池板面日射量的换算系数；

KP——太阳电池转换效率修正系数；

KB——蓄电池回路修正系数；

KC——功率调节器回路修正系数。

　　 （3-18） 　　

式中　KHD——日射量年变化修正系数；

KHS——遮阴修正系数；

KHC——入射有效系数；

KHG——太阳电池板日射量增加的主要因素，通常要大于1。

KHC=KHCDKHCT　　（3-19）

式中　KHCD——法面直射日射系数；

KHCT——平板跟踪增益系数。

KP=KPDKPTKPAKPM　　（3-20）

式中　KPD——经时变化修正系数；

KPT——温度修正系数；

KPA——电池板回路修正系数；

KPM——负荷整合修正系数。

KPD=KPDSKPDDKPDR　　（3-21）

式中　KPDS——污渍修正系数；

KPDD——老化修正系数；

KPDR——光发电响应变化修正系数。

KPDR=KPDRSKPDRN　　（3-22）

式中　KPDRS——分光响应变化修正系数；

KPDRN——非线性响应变化修正系数。

KPA=KPAUKPAL　　（3-23）

式中　KPAU——电池板回路组合修正系数；

KPAL——电池板回路损失修正系数。

KB=（1-γBA）ηBD+γBAηBA　　（3-24）

式中　γBA——蓄电池容许放电率；

ηBD——旁路能量效率；

ηBA——蓄电池端部能量储存效率。

ηBA=KB，OPηBTS　　（3-25）

KB，OP=KB，SdKB，urKB，auηBC　　（3-26）

式中　KB，OP——蓄电池运行综合效率修正系数；

ηBTS——蓄电池组合试验效率；

KB，OP——自放电系数；

KB，OP——非平衡充电系数；

KB，OP——辅机动力降低系数；

ηBC——充放电控制装置的效率。

KC=γDCKDD+（1-γDC）KIN　　（3-27）

式中　γDC——直流放电率

KDD——DC-DC变换器回路修正系数；

KIN——逆变器回路修正系数。

KDD=ηDDOKDDC　　（3-28）

式中　ηDDO——变换器效率；

KDDC——DC-DC变换器输出回路修正系数。

KIN=ηINOKACC　　（3-29）

式中　ηINO——逆变器效率；

KACC——逆变器AC回路修正系数。

KACC=KINAUKACTRKACFTKACLNKACSA　　（3-30）

式中　KINAU——逆变器输出辅助回路的效率；

KACTR——变压器效率；

KACFT——滤波器效率；

KACLN——逆变器输出到负荷的交流线路效率；

KACSA——逆变器输出系统辅助电源的能效。

入射量修正系数KH，是考虑到由气象观察数据算出的太阳电池板面日射量减少的主要因素。而KHG则是太阳电池板日射量增加的主要因素，通常要大于1。太阳电池转换效率修正系数KP，是考虑到在标准状态下测定的太阳电池板输出功率，在现场条件下会有各种因素使其数值有所降低。

蓄电池回路修正系数KB，是考虑到蓄电池自身能量储存效率和充、放电控制回路等的效率，以某一定时间内的能量效率来定义的。

一般而言，各个设计参数的定义，如图3-2所示的原理，并不是通常电器中所使用的输出功率、输入功率之比，而是某期间（τp）的能量之比，即Eout/Ein，这一点要特别留意。

式中　Kx——表示各个设计参数；

Pin——输入功率，kW；

Ein——输入能量，kW·h；

Pout——输出功率，kW；

Eout——输出能量，kW·h。