1、Author: Johnson.wu 1 光伏并网系统设计软件 计算公式 1、光伏组件串并联配置 太阳电池组件的日输出与太阳电池组件中电池片的串联数量有关， 太阳电池在光照下的电压会随 着温度的升高而降低，从而导致太阳电池组件的电压会随着温度的升高而降低。根据这一物理现象， 太阳电池组件生产商根据太阳电池组件工作的不同气候条件，设计了不用的组件：36 片串联组件与 33 片串联组件。 36 片太阳电池组件主要适用于高温环境应用， 33 片串联的太阳电池组件适宜于在温和气候环境下 适用。 逆变器在并网发电时，光伏阵列必须实现最大功率点跟踪控制，以便光伏阵列在任何当前日照下 不断获得最大功率输出。
2、为了获得组件最大的输出功率，组件串并联数的设计，必须合理考虑。 1.1 组件串联数计算： 最小值=逆变器 MPPT 最小直流电压/组件最高温度下的 MPP 电压； 最大值=逆变器最大直流电压/组件最低温度下的开路电压 组件最高温度下的 MPP电压= （组件最高温度-标称电池工作温度） *开路电压温度系数+最佳工作电压； 组件最低温度下的开路电压=（组件最低温度-标称电池工作温度）*开路电压温度系数+开路电压 备注：标称电池工作温度即为组件设计温度；计算所得组件串联最大数值一律舍去小数位，取整数， 计算所得组件串联最小值一律采用四入五也入的办法，取整数。 1.2 组件并联数计算： 1=组件并联=
3、逆变器允许输入最大直流电流值/组件最高温度下的短路电流； 组件最高温度下的短路电流=（组件最高温度-标称电池工作温度）*短路电流温度系数+短路电流； 备注：计算所得组件并联数值一律舍去小数位，取整数。 1.3 温度系数 T 计算： 温度系数单位默认是%，若单位是 mv、mA 等的时候，除以相应的开路电压、短路电流值，换算成相应 的百分比值。 1.5 结构计算： 电池板数量=逆变器数*并联路数*串联路数 电池板面积=电池板数量*单片电池板面积 电池板总额定功率=光电板数量*单片额定功率 1.6 电池板组件和逆变器核对： 额定功率比在80%-120%之间是安全的，超出范围给警告； （额定功率比=电
4、池板总额定功率/逆变器推荐组件最大功率） 组件串最低温度下的开路电压小于逆变器最小电压，给出错误 I/P VOLTAGE TOO LOW， 组件最高温度下的开路电压大于逆变器最大 MPP 电压，给出错误 I/P VOLTAGE TOO HIGH, 组件串最低温度下的开路电压逆变器允许的最大直流电压，否则给出错误 I/P VOLTAGE TOO HIGH 组件串并联数*组件最高温度下的短路电流逆变器允许的最大直流电流，否则给出错误 I/P CURRENT TOO HIGH Author: Johnson.wu 2 1.7 年发电量计算： 年总发电量=最佳倾斜面上年太阳总辐照量*电池板面积*电池板
5、转换效率*逆变器最大转换效率*交直 流侧线损率和 2、线损计算 2.1 DC侧： 电缆电压因子，如下表： 电缆阻抗因子（欧姆/米） 电缆型号 （mm 2 ) 铜 铝 4 0.00425 0.00695 6 0.00283 0.00463 10 0.0017 0.00278 16 0.00106 0.00174 25 0.00068 0.00111 35 0.00049 0.00079 50 0.00034 0.00056 70 0.00024 0.000397 95 0.000179 0.000293 120 0.000142 0.000232 150 0.000113 0.000185 18
6、5 0.000092 0.000150 240 0.000071 0.000116 300 0.000057 0.000093 400 0.000042 0.000070 500 0.000034 0.000056 电缆阻抗=电缆阻抗因子*单程线长 DC 压降=电缆阻抗*组件并联后总的最佳工作电流 DC 线缆总功率损失=DC 压降*组件并联后总的最佳工作电流*2 DC 能量损失率= DC 线缆总功率损失/电池板总额定功率 2.2 AC 侧： 电缆阻抗=电缆阻抗因子*单程线长 AC 压降=电缆阻抗*逆变器输出电流 逆变器输出电流=逆变器输出功率/电网电压 逆变器输出功率=电池板总额定功率*DC
7、能量损失率*逆变器最大转换效率*逆变器欧洲效率 电网电压=220V（单相机）或 380V（三相机） ； AC 线缆总功率损失=AC 压降*逆变器输出电流*2 AC 能量损失率= AC 线缆总功率损失/逆变器输出功率 3、节能减排估算 按常规，产出 1MWh 电能需标准煤 379KG，生产过程中产生二氧化碳 167.8KG,二氧化硫7.6KG，氮 氧化物 2.1KG，粉尘 4.7KG,灰渣 99.7KG.通过计算得出的发电量，即可计算出节能减排量的大小。 Author: Johnson.wu 34、两排组件方阵之间的距离 在安装方阵时，如果方阵前面有树木或建筑物等遮挡物，其阴影会挡住方阵的阳光，
8、所以必须首 先计算遮挡阴影的长度，以确定方阵与遮挡物之间的最小距离。有时由于场地的限制，常常需要分几 排安装。此时必须在前后排方阵之间保持一定距离，以免前排方阵挡住后排方阵的阳光。因此需要确 定前后排方阵之间的最小距离。 阵列前后间距为：冬至日（一年当中物体在太阳下阴影长度最长的一天）上午 9：00 到下午 3： 00，组件之间南北方向无阴影遮挡。固定方阵安装好后倾角不再调整或人工季节性调整。计算当光伏 组件方阵前后安装时的最小间距 D，如下图所示： 阵列阴影示意图 一般确定原则：冬至当天早 9：00至下午 3：00 太阳能电池组件方阵不应被遮挡。 计算公式如下： D=cosL，L=H/tan
9、，=arcsin(sinsin+coscoscos)， 即等于：D=cosH/tanarcsin(0.648cos-0.399sin) 太阳高度角的公式：sin=sinsin+coscoscos 太阳方位角的公式：sin=cossin/cos 式中： 为当地纬度； 为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为-23.5 度； 为时角，上午 9:00 的 时角为 45 度。 根据研究发现，只要知道当地的维度，并且方阵高度和倾角确定，即可计算出两排方阵之间的最 小距离 D.计算公式可以简化为如下： 0.707tan D=Lcos +Lsin 0.707 0.4338 tan L：方阵高度， ：最佳倾角， ：当地
10、纬度. 5、 光伏阵列方位角 光伏组件的方位角是光伏组件的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定 为正角度） 。一般在北半球，光伏组件朝向正南（=0 0 ）时，光伏组件的发电量是最大的。太阳的方 位角随各地的日期、纬度及时角有关，而固定安装的光伏组件的最佳方位角，不可能每天变化，故其Author: Johnson.wu 4 朝向定为朝正南，=0 0 ，全年能接收最多的总辐射量。而在南半球，光伏组件朝向正北（=180 0 ） 时，光伏组件全年能接收最多的总辐射量。 6、 任意方位角上的最佳倾斜角计算方法 对于某个地区并网光伏系统的方阵最佳倾角的计算， 是根据国际上公认的 Klie
11、n 和Theilacker 提 出的计算月平均太阳辐照量的方法，计算出不同倾角的太阳辐照量，然后进行比较，得出全年最大太 阳辐照量及其对应的倾角。 以下为光伏阵列最佳倾斜角度的计算原理： 在太阳能应用系统设计中，需要进行能量平衡计算，由于太阳辐射的随机性，如果按天进行能量 平衡计算，既没有意义，也太繁琐，更不可能按小时进行计算。而按年为周期进行计算又太粗糙，最 合理的应该是按月进行能量平衡计算。而气象台提供的一般都是水平面上的太阳辐照量，所以如何从 水平面上的太阳辐照量通过计算得到倾斜面上的月平均太阳总辐照量，是太阳能应用系统设计的基 础。 研究太阳辐射的模型有天空各向同性模型和天空各向异性模
12、型，采用天空各向同性模型虽然计算 比较方便，但是并不精确，特别是太阳辐照量的月平均值与实际情况相差更大。 为了更精确的计算倾斜角，使光伏组件能接收更多的太阳能，我们采用天空各向异性模型，计算光伏 组件的最佳倾斜角。 任意方位角的倾斜面上，日出和日落时间相对于太阳正午并不是对称的等因素，倾斜面上太阳月 平均总辐照量与水平面上月平均总辐照量的比值 R 可表达为： ) cos 1 ( 2 ) cos 1 ( 2 H H D R d式中， d H 水平面上月平均太阳散射辐照量 H 水平面上月平均太阳总辐照量 方阵倾角 地面反射率 其中的 D由下面的公式得到： ss sr sr s s ss sr ss
13、 sr ss G G G D 如果 如果 ) , ( ) , ( , 0 max ) , ( , 0 max上式中的函数 G由下列方法求出： ) sin (sin 2 ) cos sin cos (sin 2 ) cos (cos ) sin )(sin ( 180 ) )( 2 ( 2 1 ) , ( 2 2 1 2 2 2 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 bC bA C a bB A a B a bA d G式中， sin cos tan cos A cos sin tan cos cos s B Author: Johnson.wu 5 cos sin sin C a = 0.4
14、09+0.5016sin(S-60) b = 0.6609+0.4767sin(S-60) s s s d cos 180 sin H H a a d 式中， 倾斜面方位角，朝向正南为 0 o ，朝向正北为 180 o ，偏东为负，偏西为正。 太阳赤纬 S 水平面上日落时角 tan tan cos s S r 倾斜面上日出时角 cos , min 2 2 2 2 2 1 C A C B A C AB s sr 其他情况 ） ）或（ 及 如果（ sr sr sr B A B A 0 0 SS 倾斜面上日落时角 cos , min 2 2 2 2 2 1 C A C B A C AB s ss 其
15、他情况 ） ）或（ 及 如果（ ss ss ss B A B A 0 0式中，地面反射率一般取 0.2； d H / H 的计算方法见附件地球水平面上月平均太阳散射辐照量 与水平面上月平均太阳总辐照量的比值 计算公式 这样就可以计算出任意方位、不同倾斜面上的月平均太阳总辐照量，计算出不同倾角的太阳辐照 量，然后进行比较，得出全年最大太阳辐照量及其对应的倾角(在这里我们选择方位角=0 o )。 以上是国际上公认比较合理的由水平面月平均太阳总辐照量和散射辐照量来计算倾斜面上月平 均太阳总辐照量的方法。这对于太阳能应用系统的设计十分重要，当然 Klein 和Thcilaker（1981） 的计算方法
16、，在实际应用时，计算非常复杂，通常需要开发编制专门的计算软件，才能方便地算出不 同方位、各种倾斜面上的月平均太阳总辐照量，及对比算出最佳的倾斜角度。 Author: Johnson.wu 6附件： 地球水平面上月平均太阳散射辐照量与 水平面上月平均太阳总辐照量的比值 计算公式 在太阳能应用系统设计中，常常需要知道当地的月平均太阳总辐照量和散射辐照量（或直射辐 照量） 。但有时可能只有月平均太阳总辐照量的数据，这就要设法找出各月直射辐照量和散射辐照 量各占多少比例，也就是要使“直-散分离” ，通常可以采用以下经验公式: （求日落日出时角：cos s= tan tan，其中 为纬度角，为赤纬角）
17、对于 ，并且有 8 . 0 3 . 0 T K 时： o S 4 . 81 对于 s81.4 o ，并且有 8 . 0 3 . 0 T K 时： 3 2 137 . 2 189 . 4 56 . 3 391 . 1 T T T d K K K H H 式中， T K 可由公式下面（1）公式可得到。 3 2 821 . 1 427 . 3 022 . 3 311 . 1 T T T d K K K H H 1.1、K T 清晰度指数 K T 作为衡量太阳通过大气层时的衰减情况，定义为地表水平面上的太阳总辐照度与大气 层外太阳辐照度之比，在不同的时间周期，数值并不相同。对于水平面上月平均太阳辐照量
18、 H 与大 气层外太阳辐照量 0 H 之比为月平均清晰度指数 T K ，表达为 0 H H K T 1.2、H 0大气层上界水平面上的太阳辐射日总量 H 0 又可以用下式计算 ) cos cos cos sin sin 180 ( 3600 24 0 s s sc I H 式中， I sc太阳常数 s日出、日落时角 太阳赤纬 日-地距离变化引起大气层上界的太阳辐射通量的修正值，由下式求出式中，n 为一年 中的日期序号。 365 2 cos 034 . 0 1 n Author: Johnson.wu 7在考虑大气层上界各月的太阳平均辐射值时，如以每月 16 日为代表日，发现有一定偏差，特别是
19、在 6 月和 12 月偏差比较明显。因此推荐用表 2-2 中的天数来代表。表中还列出了该日在一年中的日 期序号 n，以及这一天的赤纬。 同样在考虑到达地面时的太阳辐射量月平均值也可用这些日期作 为代表日。 表 2-2 各月代表日及其赤纬 月份 日期 n （ o ） 1月 17日 17 20.92 2月 16日 47 12.95 3月 16日 75 2.42 4月 15日 105 9.41 5月 15日 135 18.79 6月 11 日 162 23.09 7月 17日 198 21.18 8月 16日 228 13.45 9月 15日 258 2.22 10月 15日 288 9.60 11
20、 月 14日 318 18.91 12月 10日 344 23.05 1.3、 I sc 、 s太阳常数 I sc= 13677W/m 2 根据以上即可求出不同纬度大气层上界水平面上的太阳辐射日总量 H0，再*3012，求出大气层外月 平均太阳辐照量 0 H 备注：由公式求出 H0 后，跟下表对比一下，以确认公式的正确性。 （一两次验证性计算） 不同纬度大气层上界各个月份的平均太阳日辐照量 （单位：kJ/（m 2 d)） 纬度 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 90 0.0 0.0 1.2 19.3 37.2 44.8 41.
21、2 26.5 5.4 0.0 0.0 0.0 85 0.0 0.0 2.2 19.2 37.0 44.7 41.0 26.4 6.4 0.0 0.0 0.0 80 0.0 0.0 4.7 19.6 36.6 44.2 40.5 26.1 9.0 0.6 0.0 0.0 Author: Johnson.wu 8 75 0.0 0.7 7.8 21.0 35.9 43.3 39.8 26.3 11.9 2.2 0.0 0.0 70 0.1 2.7 10.9 23.1 35.3 42.1 38.7 27.5 14.8 4.9 0.3 0.0 65 1.2 5.4 13.9 25.4 35.7 41.
22、0 38.3 29.2 17.7 7.8 2.0 0.4 60 3.5 8.3 16.9 27.6 36.6 41.0 38.8 30.9 20.5 10.8 4.5 2.3 55 6.2 11.3 19.8 29.6 37.6 41.3 39.4 32.6 23.1 13.8 7.3 4.8 50 9.1 14.4 22.5 31.5 38.5 41.5 40.0 34.1 25.5 16.7 10.3 7.7 45 12.2 17.4 25.1 33.2 39.2 41.7 40.4 35.3 27.8 19.6 13.3 10.7 40 15.3 20.3 27.4 34.6 39.7
23、41.7 40.6 36.4 29.8 22.4 16.4 13.7 35 18.3 23.1 29.6 35.8 40.0 41.5 40.6 37.3 31.7 25.0 19.3 16.8 30 21.3 25.7 31.5 36.8 40.0 41.1 40.4 37.8 33.2 27.4 22.2 19.9 25 24.2 28.2 33.2 37.5 39.8 40.4 40.0 38.2 34.6 296 25.0 22.9 20 27.0 30.5 34.7 37.9 39.3 39.5 39.3 38.2 35.6 31.6 27.7 25.8 15 29.6 32.6 3
24、5.9 38.0 38.5 38.4 38.3 38.0 36.4 33.4 30.1 28.5 10 32.0 34.4 36.8 37.9 37.5 37.0 37.1 37.5 37.0 35.0 32.4 31.1 5 34.2 36.0 37.5 37.4 36.3 35.3 35.6 36.7 37.2 36.3 34.5 33.5 0 36.2 37.4 37.8 36.7 34.8 33.5 34.0 35.7 37.2 37.3 36.3 35.7 -5 38.0 38.5 37.9 35.8 33.0 31.4 32.1 34.4 36.9 38.0 37.9 37.6 -
25、10 39.5 39.3 37.7 34.5 31.1 29.2 29.9 32.9 36.3 38.5 39.3 39.4 -15 40.8 39.8 37.2 33.0 28.9 26.8 27.6 31.1 35.4 38.7 40.4 40.9 -20 41.8 40.0 36.4 31.3 26.6 24.2 25.2 29.1 34.3 38.6 41.2 42.1 -25 42.5 40.0 35.4 29.3 24.1 21.5 22.6 27.0 32.9 38.2 41.7 43.1 -30 43.0 39.7 34.0 27.2 21.4 18.7 19.9 24.6 3
26、1.2 37.6 42.0 43.8 -35 43.2 39.1 32.5 24.8 18.6 15.8 17.0 22.1 29.3 36.6 42.0 44.2 -40 43.1 38.2 30.6 22.3 15.8 12.9 14.2 19.4 27.2 35.5 41.7 44.5 -45 42.8 37.1 28.6 19.6 12.9 10.0 11.3 16.6 24.9 34.0 41.2 44.5 -50 42.3 35.7 26.3 16.8 10.0 7.2 8.4 13.8 22.4 32.4 40.5 44.3 -55 41.7 34.1 23.9 13.9 7.2
27、 4.5 5.7 10.9 19.8 30.5 39.6 44.0 -60 41.0 32.4 21.2 10.9 10.0 4.5 2.2 8.0 17.0 28.4 38.7 43.7 -65 40.5 30.6 18.5 7.8 2.1 0.3 1.0 5.2 14.1 26.2 37.8 43.7 -70 40.8 28.8 15.6 5.0 0.4 0.0 0.0 2.6 11.1 24.0 37.4 44.9 Author: Johnson.wu 9 -75 41.9 27.6 12.6 2.4 0.0 0.0 0.0 0.8 8.0 21.9 38.1 46.2 -80 42.7 27.4 9.7 0.6 0.0 0.0 0.0 0.0 5.0 20.6 38.8 47.1 -85 43.2 27.7 7.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.4 20.3 39.3 47.6 -90 43.3 27.8 6.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.4 20.4 39.4 47.8
