3.1　參數分析法

太陽電池板接受的太陽光能通過光電器件轉換成電能供給負荷，而在這一過程中，存在種種使效率和輸出功率衰減的因素，其中的主要因素如圖3-2所示。將它們定義為設計參數，并將各個設計參數以乘積的形式表示，可以建立如圖3-2所示的模式。依此來推定供給負荷的能量，并實施系統裝置的容量設計計算。

3.1.1　基本公式

在設計太陽能光伏發電系統時，為了確定太陽電池組件等系統構成部件的容量，以供給預定負荷所需的電力，可以使用下列的計算公式。

3.1.1.1　電池板容量的計算

（1）負荷一定的情況

在所供給電力的負荷及其使用的電力量和負荷類型確定的情況下，若將圖3-2表示的能流公式化，則給出式（3-1）。展開此式，得出滿足負荷要求的電池板容量PAS的計算公式（3-3）。

HAAηPSK=ELDR　　（3-1）

ηPS=PAS/（GSA）　　（3-2）

　　 （3-3） 　　

式中　HA——某期間太陽電池板面得到的太陽輻射量，kW·h/m2；

A——太陽電池板面積，m2；

ηPS——標準狀態下太陽電池板的轉換效率；

K——綜合設計系數（綜合系統效率）；

EL——某期間負荷需要的電力量，kW·h；

D——太陽能發電對負荷的供電保證率；

R——設計富余系數（安全系數）；

PAS——標準狀態下太陽電池板的出力（容量），kW；

GS——標準狀態下太陽輻照度，kW/m2。

D=EP/（EP+EU）　　（3-4）

EU=EUF-EUT　　（3-5）

式中　EP——某期間太陽能光伏發電系統的發電量，kW·h；

EU——（輔助）電能，kW·h；

EUF——來自系統的電能，kW·h；

EUT——輸向系統的電能，kW·h。

R=RSRL　　（3-6）

式中　RS——設計安全系數（彌補系統設計中全體不確實的地方）；

RL——設計富余系數（含負荷能量需要的富余）。

（2）電池板面積一定的場合

同住宅用光伏發電系統那樣，在用地面積需要充分設置時，若將組件的轉換效率暫且撇開，在這種情況下可按下式計算光伏發電系統向負荷或系統輸送的發電量。

EP=PAS（HA/GS）K　　（3-7）

PAS=ηPSAGS　　（3-8）

式中，EP為太陽能光伏發電系統的發電量，kW·h。

在計算光伏發電系統相關參數時，除這里敘述的參數以外，還存在幾個參數。它們的表示與式（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——等價系統運行時間，h；

FC——某期間系統利用率；

YI——等價日照時間，h。

這些參數，在評價太陽能光伏發電系統的實際運行特性時也很適用，通常將K稱為系統出力系數。現將這些關系的概括表達一并匯總于表3-1中。

3.1.1.2　蓄電池容量的計算

（1）穩定負荷系統

在負荷的用電量比較均衡時，如像負荷在特定時間使用電力集中那樣，可用式（3-12）計算。

BkW·h=（ELBdNdRB）/（CBDUBδBD）　　（3-12）

式中　BkW·h——蓄電池容量，kW·h；

ELBd——負荷每天由蓄電池的供電量，kW·h/d；

Nd——無日照連續天數，d；

RB——蓄電池設計余量；

CBD——容量降低系數（若以規定的放電時間率給出，則取CBD=1）；

UB——蓄電池可以利用的放電范圍；

δBD——蓄電池放電時的電壓下降率。

這里因為ELBd是以蓄電池輸出端定義的，所以有必要計算功率調節回路修正系數。

　　 （3-12a） 　　

式中，EPd為系統發電量，kW·h/d。

（2）按照輻照度控制負荷容量的系統

雨天或夜間的用電量最低，往往設計為不停電的運行方式。此時，上述無日照連續天數期間，蓄電池容量僅向負荷供給最低的電力。

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

式中　ELE——負荷需要的最低電力量，kW·h；

HAI——無日照連續天數期間所得到的平均電池板面的太陽輻射量，kW·h/（m2·d）。

蓄電池的容量，因放電時間率的不同而異。也就是說，放電時間率越小，放電電流越大，則蓄電池的容量就越小。因此，要根據負荷大小及系統運行時間長短決定蓄電池的放電時間率，再決定蓄電池的容量。

（3）混合系統

混合系統是指設置有輔助發電機的光伏發電系統。根據系統的要求可以即刻啟動。對于配有功率大的柴油發電機組的混合系統來說，式（3-12）通常選定Nd=2（d）來計算。詳細一些，還有必要按照模擬等方法進行專門研究，因為涉及的推算比較復雜，因此這里省略。

3.1.1.3　逆變器容量的計算

（1）獨立運行系統

PIN=PLAmaxRRUSHRIN　　（3-14）

式中　PIN——逆變器容量，kV·A；

PLAmax——預計增設的負荷最大功率容量（最大視在功率），kV·A；

RRUSH——沖擊電流率；

RIN——設計富余系數（也稱為安全系數，通常選用值為1.5～2.0）。

沖擊電流率考慮啟動電機等對負荷帶來的最大沖擊電流，是以在電機依次啟動的條件下，最后啟動的最大容量的電機來計算。即，若設最大容量時的穩定電流為Ia，最大容量的電機定常電流為Ib，最大容量的電機的沖擊電流為Im，則

RRUSH=（Ia-Ib+Im）/Ia　　（3-15）

（2）混合運行系統

逆變器要有最大的電力跟蹤控制功能，以便盡可能多地將太陽電池板所發的電能輸送到系統中去：一方面因逆變器負荷率低而使效率降低；另一方面又因價格隨容量上升。考慮到這些因素，理應避免使設備容量過大。稍加粗略地思考便可知道，當日射強度接近最大值時，太陽電池溫度上升，太陽電池板出力下降，逆變器效率也就隨之下降，故逆變器容量可以小于太陽電池板的容量。

PIN=PASCA　　（3-16）

式中，CA為太陽電池板容量的衰減系數，通常取0.8～0.9。

3.1.2　設計參數的定義

在太陽電池板容量的設計計算中，所定義的綜合系數，要分解成多個階層構成的設計參數。這些參數在設計中最終可以用乘積的形式加以利用。

設計的基本公式是對發電量表示的，有關設計參數當然也是對發電量給出的。必須算出所計測的日射強度和發電量等在某一期間的累計值。該期間至少要有1年。

　　 （3-17） 　　

式中　KH——入射量修正系數（以太陽電池板面日射量為基準）；

——入射量修正系數（以水平全天日射量為基準），=KHBKH；

KHB——由水平面日射量向太陽電池板面日射量的換算系數；

KP——太陽電池轉換效率修正系數；

KB——蓄電池回路修正系數；

KC——功率調節器回路修正系數。

　　 （3-18） 　　

式中　KHD——日射量年變化修正系數；

KHS——遮陰修正系數；

KHC——入射有效系數；

KHG——太陽電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——法面直射日射系數；

KHCT——平板跟蹤增益系數。

KP=KPDKPTKPAKPM　　（3-20）

式中　KPD——經時變化修正系數；

KPT——溫度修正系數；

KPA——電池板回路修正系數；

KPM——負荷整合修正系數。

KPD=KPDSKPDDKPDR　　（3-21）

式中　KPDS——污漬修正系數；

KPDD——老化修正系數；

KPDR——光發電響應變化修正系數。

KPDR=KPDRSKPDRN　　（3-22）

式中　KPDRS——分光響應變化修正系數；

KPDRN——非線性響應變化修正系數。

KPA=KPAUKPAL　　（3-23）

式中　KPAU——電池板回路組合修正系數；

KPAL——電池板回路損失修正系數。

KB=（1-γBA）ηBD+γBAηBA　　（3-24）

式中　γBA——蓄電池容許放電率；

ηBD——旁路能量效率；

ηBA——蓄電池端部能量儲存效率。

ηBA=KB，OPηBTS　　（3-25）

KB，OP=KB，SdKB，urKB，auηBC　　（3-26）

式中　KB，OP——蓄電池運行綜合效率修正系數；

ηBTS——蓄電池組合試驗效率；

KB，OP——自放電系數；

KB，OP——非平衡充電系數；

KB，OP——輔機動力降低系數；

ηBC——充放電控制裝置的效率。

KC=γDCKDD+（1-γDC）KIN　　（3-27）

式中　γDC——直流放電率

KDD——DC-DC變換器回路修正系數；

KIN——逆變器回路修正系數。

KDD=ηDDOKDDC　　（3-28）

式中　ηDDO——變換器效率；

KDDC——DC-DC變換器輸出回路修正系數。

KIN=ηINOKACC　　（3-29）

式中　ηINO——逆變器效率；

KACC——逆變器AC回路修正系數。

KACC=KINAUKACTRKACFTKACLNKACSA　　（3-30）

式中　KINAU——逆變器輸出輔助回路的效率；

KACTR——變壓器效率；

KACFT——濾波器效率；

KACLN——逆變器輸出到負荷的交流線路效率；

KACSA——逆變器輸出系統輔助電源的能效。

入射量修正系數KH，是考慮到由氣象觀察數據算出的太陽電池板面日射量減少的主要因素。而KHG則是太陽電池板日射量增加的主要因素，通常要大于1。太陽電池轉換效率修正系數KP，是考慮到在標準狀態下測定的太陽電池板輸出功率，在現場條件下會有各種因素使其數值有所降低。

蓄電池回路修正系數KB，是考慮到蓄電池自身能量儲存效率和充、放電控制回路等的效率，以某一定時間內的能量效率來定義的。

一般而言，各個設計參數的定義，如圖3-2所示的原理，并不是通常電器中所使用的輸出功率、輸入功率之比，而是某期間（τp）的能量之比，即Eout/Ein，這一點要特別留意。

式中　Kx——表示各個設計參數；

Pin——輸入功率，kW；

Ein——輸入能量，kW·h；

Pout——輸出功率，kW；

Eout——輸出能量，kW·h。