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摘要：太阳能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源，太阳能光伏发电是直接将太阳能转换为电能的一种发电形式，。本文主要介绍太阳能光伏发电系统的基本组成及分类，并探讨太阳能光伏发电系统的设计与应用。
关键词：太阳能;光伏发电;设计
太阳能每分钟到达地面的能量高达4800万千瓦，如果把地球表面0.2%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达11.2×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的80倍。太阳能清洁无污染，安全无毒害，是理想的可持续发展能源之一。向太阳索取电能是工业化发展到今天、大量化石能源被消耗而且面临枯竭的必然趋势。太阳能光伏发电技术是人类向太阳索取电能的重要途径[1]。
1太阳能光伏发电系统简介
太阳能光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”，能将太阳光辐射直接转换为电能的一种新型发电系统。太阳能光伏发电分为独立发电系统和并网发电系统两大类，其中独立发电系统由太阳能电池组件、充放电控制器、逆变器、蓄电池等组成[2]。
2太阳能光伏发电系统分类
目前，太阳能光伏发电系统大致可分为两类：离网光伏蓄电系统与光伏并网发电系统。
（1）离网光伏蓄电系统
离网光伏蓄电系统是一种常见的太阳能应用方式，系统简单，适应性广，但因其蓄电池的体积偏大和维护困难，限制了使用范围，其系统结构示意图如下图所示。
（2）光伏并网发电系统
当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。在背靠电网的前提下，光伏并网发电系统省掉了蓄电池，从而扩展了使用的范围，提高了灵活性，并降低了造价，其系统结构示意图如下图所示[3]。
3太阳能光伏发电系统的设计
太阳能光伏发电系统的设计包括2个方面：容量设计和硬件设计。太阳能光伏发电系统的容量设计包括：负载用电量的计算，太阳能光伏电池组件的计算，蓄电池组容量的计算以及太阳能光伏电池组件安装最佳倾角的计算等。太阳能光伏发电系统的硬件设计包括：太阳能光伏电池组件的选型，支架设计，逆变器的选择，电缆的选择，控制测量系统的设计，防雷设计及配电系统的设计等
3.1设计的基本步骤
收集基本数据太阳能光伏发电系统设计时应详细了解该系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔;了解该地区的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等[4]。
3.2太阳能光伏电池组件的设计
太阳能光伏电池组件设计的基本思想就是满足年平均日负载的用电需求。
（1）太阳能光伏电池组件的并联数量计算公式为：并联组件数量=日平均负载（AH）/{库仑效率×[组件日输出（AH）×衰减因子]}[5]
（2）太阳能光伏电池组件的串联数量计算公式为：串联组件数量=系统电压（V）/组件电压（V）
3.3蓄电池组的设计
蓄电池组设计的基本思想是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍可以正常工作。
（1）蓄电池组容量的计算公式为：蓄电池组容量=[自给天数×日平均负载（AH）]/[最大允许放电深度×温度修正因子]
（2）蓄电池组的并联设计根据计算出的蓄电池组容量，就可以决定选择多少个单体蓄电池加以并联得到所需的蓄电池组容量。为了尽量减少蓄电池之间的不平衡，建议并联的数目不要超过4组。太阳能光伏发电系统中常用2组并联模式，这样如果1组蓄电池出现故障，就可以断开该组蓄电池进行维修，而使用另1组正常的蓄电池，此时虽然电流有所下降，但系统还能保持在标称电压下正常工作。
3.4太阳能光伏电池组件安装最佳倾角的设计
确定太阳能光伏电池组件的最佳安装倾角是太阳能光伏发电系统设计中不可缺少的重要环节。组件最佳倾角的计算很复杂，因此有的观点认为组件倾角取当地纬度为最佳，也有的观点认为组件倾角在当地纬度的基础上再增加15°至20°为好。以上观点都不一定妥当，也不一定是最好的选择。目前相关专家已采用计算机计算出我国部分城市对于负载负荷均匀或近似均衡的太阳能光伏发电系统的电池组件的最佳安装倾角，设计时只需了解系统所在城市就能查出对应的最佳安装倾角[6]，下表为几个主要城市电池组件的最佳安装倾角。
城市
北京
长春
上海
南京
广州
兰州
拉萨
乌鲁木齐
纬度（Ф）
39.80
43.90
31.17
32.0
23.13
36.05
29.7
43.78
最佳倾角
Ф+4
Ф+1
Ф+3
Ф+5
Ф-7
Ф+8
Ф-8
Ф+12
4结束语
太阳能是最大的绿色能源，太阳能利用将是我国能源变革最可行的解决方案。目前我国是全球前十大光伏市场唯一位于“阳光地带”的地区，经过多年的发展，我国已拥有世界上最大规模的光伏发电能力。随着太阳能光伏发电技术的日益成熟，光伏发电的成本将进一步降低，太阳能光伏发电无论从技术还是应用角度都具备了走入寻常百姓生活的基础。相信在不久的将来，绿色、节能、低碳的新生活必将走进千家万户。
参考文献：
[1]石定寰，中国新能源和可再生能源发展纲要（1996 — 2010）[J].太阳能，1995（3）：2-4.
[2]冯垛生.太阳能发电原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007，7.
[3]崔容强，赵春江，吴达成.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京：中国建筑工业出版社，2007，7.
[4]杨金焕.太阳能光伏发电应用技术[M].电子工业出版社，2009.
[5]李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与维护[M].北京：人民邮电出版社，2010.
[6]王长贵，王斯成. 太阳能光伏发电实用技术[M]. 北京：化学工业出版社，2009.
关键词：太阳能;光伏发电;设计
太阳能每分钟到达地面的能量高达4800万千瓦，如果把地球表面0.2%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达11.2×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的80倍。太阳能清洁无污染，安全无毒害，是理想的可持续发展能源之一。向太阳索取电能是工业化发展到今天、大量化石能源被消耗而且面临枯竭的必然趋势。太阳能光伏发电技术是人类向太阳索取电能的重要途径[1]。
1太阳能光伏发电系统简介
太阳能光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”，能将太阳光辐射直接转换为电能的一种新型发电系统。太阳能光伏发电分为独立发电系统和并网发电系统两大类，其中独立发电系统由太阳能电池组件、充放电控制器、逆变器、蓄电池等组成[2]。
2太阳能光伏发电系统分类
目前，太阳能光伏发电系统大致可分为两类：离网光伏蓄电系统与光伏并网发电系统。
（1）离网光伏蓄电系统
离网光伏蓄电系统是一种常见的太阳能应用方式，系统简单，适应性广，但因其蓄电池的体积偏大和维护困难，限制了使用范围，其系统结构示意图如下图所示。
（2）光伏并网发电系统
当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。在背靠电网的前提下，光伏并网发电系统省掉了蓄电池，从而扩展了使用的范围，提高了灵活性，并降低了造价，其系统结构示意图如下图所示[3]。
3太阳能光伏发电系统的设计
太阳能光伏发电系统的设计包括2个方面：容量设计和硬件设计。太阳能光伏发电系统的容量设计包括：负载用电量的计算，太阳能光伏电池组件的计算，蓄电池组容量的计算以及太阳能光伏电池组件安装最佳倾角的计算等。太阳能光伏发电系统的硬件设计包括：太阳能光伏电池组件的选型，支架设计，逆变器的选择，电缆的选择，控制测量系统的设计，防雷设计及配电系统的设计等
3.1设计的基本步骤
收集基本数据太阳能光伏发电系统设计时应详细了解该系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔;了解该地区的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等[4]。
3.2太阳能光伏电池组件的设计
太阳能光伏电池组件设计的基本思想就是满足年平均日负载的用电需求。
（1）太阳能光伏电池组件的并联数量计算公式为：并联组件数量=日平均负载（AH）/{库仑效率×[组件日输出（AH）×衰减因子]}[5]
（2）太阳能光伏电池组件的串联数量计算公式为：串联组件数量=系统电压（V）/组件电压（V）
3.3蓄电池组的设计
蓄电池组设计的基本思想是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍可以正常工作。
（1）蓄电池组容量的计算公式为：蓄电池组容量=[自给天数×日平均负载（AH）]/[最大允许放电深度×温度修正因子]
（2）蓄电池组的并联设计根据计算出的蓄电池组容量，就可以决定选择多少个单体蓄电池加以并联得到所需的蓄电池组容量。为了尽量减少蓄电池之间的不平衡，建议并联的数目不要超过4组。太阳能光伏发电系统中常用2组并联模式，这样如果1组蓄电池出现故障，就可以断开该组蓄电池进行维修，而使用另1组正常的蓄电池，此时虽然电流有所下降，但系统还能保持在标称电压下正常工作。
3.4太阳能光伏电池组件安装最佳倾角的设计
确定太阳能光伏电池组件的最佳安装倾角是太阳能光伏发电系统设计中不可缺少的重要环节。组件最佳倾角的计算很复杂，因此有的观点认为组件倾角取当地纬度为最佳，也有的观点认为组件倾角在当地纬度的基础上再增加15°至20°为好。以上观点都不一定妥当，也不一定是最好的选择。目前相关专家已采用计算机计算出我国部分城市对于负载负荷均匀或近似均衡的太阳能光伏发电系统的电池组件的最佳安装倾角，设计时只需了解系统所在城市就能查出对应的最佳安装倾角[6]，下表为几个主要城市电池组件的最佳安装倾角。
城市
北京
长春
上海
南京
广州
兰州
拉萨
乌鲁木齐
纬度（Ф）
39.80
43.90
31.17
32.0
23.13
36.05
29.7
43.78
最佳倾角
Ф+4
Ф+1
Ф+3
Ф+5
Ф-7
Ф+8
Ф-8
Ф+12
4结束语
太阳能是最大的绿色能源，太阳能利用将是我国能源变革最可行的解决方案。目前我国是全球前十大光伏市场唯一位于“阳光地带”的地区，经过多年的发展，我国已拥有世界上最大规模的光伏发电能力。随着太阳能光伏发电技术的日益成熟，光伏发电的成本将进一步降低，太阳能光伏发电无论从技术还是应用角度都具备了走入寻常百姓生活的基础。相信在不久的将来，绿色、节能、低碳的新生活必将走进千家万户。
参考文献：
[1]石定寰，中国新能源和可再生能源发展纲要（1996 — 2010）[J].太阳能，1995（3）：2-4.
[2]冯垛生.太阳能发电原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007，7.
[3]崔容强，赵春江，吴达成.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京：中国建筑工业出版社，2007，7.
[4]杨金焕.太阳能光伏发电应用技术[M].电子工业出版社，2009.
[5]李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与维护[M].北京：人民邮电出版社，2010.
[6]王长贵，王斯成. 太阳能光伏发电实用技术[M]. 北京：化学工业出版社，2009.