第3章　太陽能光伏發電系統的設計原理和方法

太陽能光伏發電系統的輸入能量是不規則變化的太陽能。太陽能時時刻刻變化，其累計值也不一定；太陽電池的性能也并非固定不變。因此，太陽能光伏發電系統的設計是相當復雜的。本章中，試就太陽能光伏發電系統的幾種設計方法闡明其原理。其中，特別值得推薦的一種方法是不直接處理不規則的事項，而采用定型化經驗公式的方法，也就是參數分析法。

一般而言，太陽能光伏發電系統設計所用的方法，大致可分為解析方法和模擬方法兩類，如圖3-1所示。

圖3-1　太陽能光伏發電系統的設計方法分類

對于解析方法而言，首先要組建表示系統動態的代數式，之后使用電腦或設計圖線，按照公式依次順序求解，旨在求得設計中所必需的未知數。然而，由于各種狀態量和系數的不規則變動，直接處理相當困難，其中的一種處理方法是將系統以概率變數記述。此法作為理論上的處理是靈活的，但在使用時可以說缺乏實用性。具有代表性的此類方法，是LOLP（Loss of Load Probability）法，用這一方法可在設計上反映獨立系統的停電概率。

解析方法的第二種近似法，是參數分析法。這種方法是將復雜的非線性太陽能光伏發電系統的工作簡化為線性系統。首先，作為前提，表現在以某一期間的能量平均值代替所有的參數。當然這么做會在某些部分產生矛盾，但可以導入修正參量。按照此種方法，設計中可直接利用所列公式，于是設計就變得極為簡單。

參數分析法，即使對于系統設計的入門者來說，也是易于理解的。特別是在系統的初步計劃階段可迅速地反復進行研究，是一種實用價值較高的方法。這便是本書中著重要推薦參數分析法的理由。

模擬方法是將系統的狀態動態地表現成太陽輻射與負荷等的模型，實際為再現系統的工作狀態。它是一種適合于計算機的方法。一般而言，就像太陽電池和蓄電池等特性所表示的理論公式那樣，計算系統30min的狀態量，就可以模擬一年內的系統運行。作為特別重要的數據，有必要用30min的輻照度和負荷用電量甚至用更長時間的量值來進行計算。

用此法，由于可以正確地表示日射模型和負荷模型的偏離，所以對比參數分析法來說，可以較為精確地對系統作出事先評價。對于已運用參數分析法的基本設計而言，往往可用模擬法作進一步確認。此外，也可以反過來先研究模擬結果，再用于參數分析法中的參數確定。

本章先就有關的參數分析法進行理論展開，然后就其他兩種方法進行介紹。對于參數分析法，又分基于負荷和日射量的方法（獨立光伏發電系統等設計）及基于容許面積的方法（屋頂并網光伏發電系統等設計）。原則上是將本章后各種光伏應用系統的設計方法提前介紹，避免重復。