太阳能电池系统的选型与设计

1、单晶硅太阳能电池板特性数据

以KLY200-72型单晶硅电池组件为例。

技术参数

■组件由72片125×125的单晶硅太阳电池串联组成。

■阳极氧化铝合金边框构成实用的方开结构，允许单个使用或阵列使用

■配有标准支架系统，安装孔

■保证25年使用寿命

■防尘接线盒，保证接线的安全可靠

■银白色铝合金边框、高透光率绒面钢化玻璃、白色Tp衬底

■典型参数

标准测试条件：(AM1.5)辐照度=10002，电池温度=25℃
电池正常工作温度	50℃	峰值功率（Wp）	200W
短路电池温度系数	+0.4mA/℃	开路电压（Voc）	32.8V
开路电压温度系数	-60mV/℃	最大功率电压（Vmp）	26.6V
填充因子	70%	短路电流(Isc)	8.1A
边框接地电阻	≤1ohm	最大功率电流（Imp）	7.63A
迎风压强	2400Pa	重量	16.5Kg
绝缘电压	≥1000V	外形尺寸	1482*992mm
安装孔径	φ8

2、蓄电池的特性

电池结构

①池端子：为高硬度铅基合金或铜镀银端子，耐腐蚀性能好、导电性能优良、强度高

于振动大，环境温度变化大。要求电池使用寿命特别长的；

②外壳：采用ABS外壳，分粘接和热封两种，后者尤其适合于振动大，环境温度变化大，要求电池使用寿命特别长的场合；

③密封胶：釆用三次密封技术，第一层为铅套焊接密封，试压后用堵微孔密封胶密封，最后釆用红黑胶密封，确保电池使用期间不会出现渗酸缺陷

④安全阀：采用耐酸耐热性能优异的三元乙丙橡胶制成，确保电池使用期间的安全性、可靠性

⑤极板：其板栅采用耐腐性优良的铅钙锡基多元合金

⑥隔板：采用耐酸耐热性能良好的超细玻璃纤维制成，防止正负极短路，保持电解液，紧压迫极板表面，防止活性物质脱落。

电池性能

①电流放电性能：GM系列电池采用薄型极板，正极板厚度在24-2.9mm之间，同时采用高孔率活性物质配方，极板比表面积大，其适合于大电流放电。

②寿命：因GM系列电池采用薄型极板，正极栅耐腐蚀性能相对较差，电池使用寿命相对较短，在环境温度为25±5℃时，为5-8年。

③密封反应效率：GM系列电池极板薄、片数多，比表面积大，便于密封反应。同时该类电池气室较小，一般密封反应率≥98%

技术参数

型号	额定电压（V）	20Hour 1.75V/cell	10Hour 1.75V/cell	长度(mm)	宽度(mm)	高度(mm)	总高(mm)	重量（KG）
6FM-100	12	100Ah	93Ah	330	170	215	243	31.5
6FM-120	12	120Ah	110Ah	405	175	210	240	37.0
6FM-150	12	160Ah	150Ah	480	170	240	240	48.0

 3、蓄电池的容量设计

       某产品（智能阀门控制器）单个的供电电压为12V，工作电流为150mA，设计一个太阳能电池板供电2个控制器，所需要的总电流为150mA*2=0.3A，每天工作24小时，连续阴雨天为5天。

       蓄电池的容量计算公式C = I * H * (T + 1) *η  （C蓄电池容量， I工作电流， H,工作时间， T连续阴雨天数，η预留系数）

为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90%左右，放电到80%左右。所以取η=1/(80%)=1.25。

       蓄电池容量C=0.3A *24h * (5+1) * 1.25 = 54Ah

       蓄电池增加20%的损耗，实际选用的容量为54Ah * 1.2 = 64.8Ah。

     

4、太阳能电池的设计

4.1 峰值功率计算

     太阳能电池板的峰值功率计算公式 Wp = (I * H *η*Up )/h   (Wp峰值功率， I工作电流， H,工作时间， h光照时间，η预留系数，Up太阳能电池电压），计算公式的原理根据电量（能量）守恒推导出来，即Wp*h = I*H*Up*η 变换过来。

     以北京地区为例，平均每日的光照时间为5小时最，最小放宽对需求20%的预留额。太阳能电池板的电压Up = 17.4V。

     太阳能电池的设计需求：某产品（智能阀门控制器）单个的供电电压为12V，工作电流为150mA，设计一个太阳能电池板供电2个控制器，所需要的总电流为150mA*2=0.3A，每天工作24小时，连续阴雨天为5天。

A、按太阳能电池每天发电功率满足用电设备24小时的工作需求

Wp = 17.4V * 0.3A * 24h * 1.2 /5 = 25W。另外太阳能组件中线损，控制器的损耗各不同，实际应用中可能在5%-25%，所以取损耗20%，太阳能电池板的实际峰值功率为25W*1.2 = 30W。

B、按太阳能电池3天发电充满蓄电池计算,根据上面蓄电器容量为64.8Ah

Wp * 5小时 * 3天 = 64.8Ah * 12V  计算得出Wp = 51W  取20%的损耗，太阳能电池板的实际峰值功率为51W*1.2 = 61W

4.2安装倾角

      为使太阳能电池板全年接受太阳辐射量均匀，通常要倾斜安装，电池板表面与地平面的夹角为安装倾角。固定式平板总是朝向赤道。北方地区倾角应比当地址纬度增加5-10度，北京地区纬度：北纬39度54分，因此北京地区太阳能安装倾角设定为45度