独立光伏电源系统设计方法

经过光伏工作者们坚持不懈的努力，太阳能电池的生产技术不断得到提高，并且日益广泛
地应用于各个领域。特别是邮电通信方面，由于近年来通信行业的迅猛发展，对通信电源的
要也越来越高，所以稳定可靠的太阳能电源被广泛使用于通信领域。而如何根据各地区太阳
能辐射条件，来设计出既经济而又可靠的光伏电源系统，这是众多专家学者研究已久的课
题，而且已有许多卓越的研究成果，为我国光伏事业的发展奠定了坚实的基础。笔者在学习
各专家的设计方法时发现，这些设计仅考虑了蓄电池的自维持时间（即最长连续阴雨天），
而没有考虑到亏电后的蓄电池最短恢复时间（即两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天
数）。这个问题尤其在我国南方地区应引起高度重视，因为我国南方地区阴雨天既长又多，
而对于方便适用的独立光伏电源系统，由于没有应急的其他电源保护备用，所以应该将此
问题纳入设计中一起考虑。

  

　　本文综合以往各设计方法的优点，结合笔者多年来实际从事光伏电源系统设计工作的
经验，引入两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数作为设计的依据之一，并综合考虑了
各种影响太阳能辐射条件的因素，提出了太阳能电池、蓄电池容量的计算公式，及相关设计
方法。

　　

2 影响设计的诸多因素

　　太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱、光强受到大气层厚度（即大气质量）、
地理位置、所在地的气候和气象、地形地物等的影响，其能量在一日、一月和一年内都有很大
的变化，甚至各年之间的每年总辐射量也有较大的差别。

　　太阳能电池方阵的光电转换效率，受到电池本身的温度、太阳光强和蓄电池电压浮动的
影响，而这三者在一天内都会发生变化，所以太阳能电池方阵的光电转换效率也是变量。

　　蓄电池组也是工作在浮充电状态下的，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变
化。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。

　　太阳能电池充放电控制器由电子元器件制造而成，它本身也需要耗能，而使用的元器
件的性能、质量等也关系到耗能的大小，从而影响到充电的效率等。

　　负载的用电情况，也视用途而定，如通信中继站、无人气象站等，有固定的设备耗电量。
而有些设备如灯塔、航标灯、民用照明及生活用电等设备，用电量是经常有变化的。

　　因此，太阳能电源系统的设计，需要考虑的因素多而复杂。特点是：所用的数据大多为
以前统计的数据，各统计数据的测量以及数据的选择是重要的。

　　设计者的任务是：在太阳能电池方阵所处的环境条件下（即现场的地理位置、太阳辐射
能、气候、气象、地形和地物等），设计的太阳能电池方阵及蓄电池电源系统既要讲究经济效
益，又要保证系统的高可靠性。

　　某特定地点的太阳辐射能量数据，以气象台提供的资料为依据，供设计太阳能电池方
阵用。这些气象数据需取积累几年甚至几十年的平均值。