太陽能電池光伏係統直接負（fù）載（zǎi）特性實驗說明

一、太陽能電（diàn）池光伏係（xì）統實訓裝置,太陽能電池光伏係統實訓台實（shí）驗目的：
了解太陽能電池板的電壓（yā）輸（shū）出（chū）特性。

序號	名      稱	備      注
1	MY-PV18 太陽能光伏發電係統實驗實訓裝置
2	萬用表	自備
3	可調負載（可變電阻器）	與太陽能輸出電壓等級（jí）相匹配，自（zì）備

三（sān）、太陽能（néng）電池光伏係統實訓裝置,太陽能電池光伏係統實訓台實驗原理：
太陽能電池板對於不（bú）同的負載（zǎi）呈現出不同的外特性。
蓄（xù）電（diàn）池是獨立型太陽能發電係統、防火型（xíng）係統和聯係型係統不可缺少（shǎo）的儲能部件（jiàn）。其主（zhǔ）要功（gōng）能是當日照量減少或夜間不發電時補充負荷要求的（de）功率。此（cǐ）外，防火型係統在交（jiāo）流停電時將獨立發揮作用。一般係統中（zhōng）當太陽能發電（diàn）功率急劇下降時，蓄（xù）電池起到緩（huǎn）衝作用，保證電壓的穩定。

太陽能發電係統對（duì）蓄（xù）電（diàn）池的選擇是（shì）從電氣性（xìng）能、價格、尺寸、重量、使用壽命、維護方便（biàn）、安全（quán）可靠、充放電性能等諸多方麵加以綜合評估。目前（qián）應用最為廣範（fàn）的（de）還是鉛蓄電池。鉛蓄電池的品種和特征風表1.
防火型係統和大廈建築多用密封型鉛（qiān）蓄電池，因為它的壽命較長，其（qí）中金屬外殼鉛蓄電池其壽命可達10～14年。各種鉛蓄電池的期望壽命特性（xìng）曲線見圖1.
表（biǎo）1鉛蓄電池的品（pǐn）種和特征

種類	形式		壽命（mìng）（在25℃條件下浮充電）	容量範圍（Ah）	補充液體	用途	應用係統舉例	壽（shòu）命）在（zài）25℃條件反複充電）（h）
密（mì）封型	密封型鉛蓄電池	MSE型	7～9年	50～300	無須（xū）任何維護	聯係型（xíng）	大廈住宅等建（jiàn）築物防火型交通指示燈	放（fàng）電（diàn）深度為50%時為（wéi）1000
		長壽命型	12～15年（nián）	15～300
	同上（小型（xíng））	標準型	3～5年	0.7～144		獨立型	同上（小型（xíng）設備）	放電深度為（wéi）50%時為500～700
		長壽命（mìng）型	5～6年	50～130
金屬外殼型（xíng）	太（tài）陽能發電專用	標準	—	50～300	需要	獨立電源用	大（dà）型通（tōng）訊設備	放電深度為50%時為1000
其它	汽（qì）車用鉛蓄電池	—	4～5年	21～760	需（xū）要	聯（lián）係型獨立型	公園燈路燈	放電深度為50%時為300

放電深度（%）
各種鉛蓄電池（chí）的（de）期望壽命（mìng）特（tè）性
圖1
蓄電池組容（róng）量計算
蓄電池的儲能作用對保護連續（xù）供電是十分重（chóng）要的。在一年內，光伏方陣（zhèn）發電量在各個（gè）月份有很（hěn）大差別，方陣的發電量不能滿（mǎn）足用（yòng）電需要的月份，要靠蓄電池的電能給予補（bǔ）給：在超過用電需（xū）要月份，靠蓄電池將多餘的電能存儲起來，所以方陣發電（diàn）量的不足和（hé）過剩值，是確定蓄（xù）電池容量的依據之一。同樣，連續陰雨天（tiān）期間的負載用電量也必須（xū）從蓄電池取得。所以在（zài）這期間的耗電（diàn）量也是確定蓄（xù）電池容量的因數之一。
因此，蓄電池的容量計算公式為：
Bc=KQ_LN_LT_O/Cc(Ah)
式中：K為安全係數，取1.1～1.4；Q_L為負載日平均耗電量，即等（děng）於（yú）工作電流乘以日工作小時數；N_L為最長連續陰雨天數；T_O為溫度修正係數，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下（xià）取1.2；Cc為蓄電池放電（diàn）深度，一般鉛蓄電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。
太陽能電池陣列設計
太陽能組件串聯數Ns
將太陽能電池（chí）組件按一定數目串聯起來，就要以獲得所需（xū）要的工作電壓。另外，太陽能電池方陣（zhèn）對蓄（xù）電池充（chōng）電時，太陽能電池組件的串（chuàn）聯數必須適（shì）當。如果串聯數太少，串聯電壓低（dī）於蓄電池浮充電壓，方陣就不能對蓄電池充（chōng）電。當串聯組件的輸出電壓遠高於浮充電壓時，充電電流也不會有明顯的增加。因此，隻有（yǒu）當太陽能電（diàn）池組件的串（chuàn）聯電壓等於合適的浮充電壓時，才（cái）能達到（dào）最（zuì）佳的充電（diàn）狀態。
計算方法如下：
Ns=U_R/U_DC=（Uf+UD+Uc）/U_DC
式中：U_R為太陽能電池方陣輸出最小電壓；U_DC為太陽能電池組件的最佳工作（zuò）電壓；Uf為蓄（xù）電池充電壓；U_D為（wéi）二極管壓降，一般取0.7V；Uc為其他因數引起的壓降。
蓄電池的浮充電和所（suǒ）選的（de）蓄電池參數有關，應（yīng）等於在最（zuì）低溫度下所選（xuǎn）蓄電池單體的最（zuì）大工作電壓乘以串聯的電池數。
太陽能電池組件並聯數量NP
在確定這個問題之前（qián），先確定其相關的計算方法。
1.將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射景H，轉換成在標準光強（qiáng）下的平均日輻射時數H（日照（zhào）射量見表2）：
H=H₁×2.778/10000（h）
式（shì）中（zhōng）：2.778/10000為將日輻射量換算為標準光強（qiáng）（1000W/m²）下的平均日輻射時數的係數。
2.太陽能電池組件日發電量Q_P：
Q_P=I_OCHK_OPC₇（Ah）
式中：I_OC為太陽能電池組件最佳工作電流，K_OP為斜麵修正係數（日照射量見表）；C₇為（wéi）修正係（xì）數，主（zhǔ）要為組合、衰減、灰塵、充（chōng）電效（xiào）率等的損失，一般取0.8.
兩組最長連續陰雨天之間的最短（duǎn）間隔天數Nw（一般取Nw=30天）。
主要考慮要在此時間內將（jiāng）虧損的蓄電池電量補充起來，需要補充的蓄電池電池（chí）容量為：
Bcb=KQ_LN_L(Ah)
Q_L=P/V_L×N
太陽能電池組件並（bìng）聯數NP計算方（fāng）法：
N_P=（Bcb+N_WQ_L）/（Q_PN_D）
表達式意為：並聯所用太（tài）陽能電池組件數（shù）是在連續陰雨天之間的最短間隔天數內所發電量，不僅供負載耗電使用，還需補足蓄電池在最長連（lián）續陰（yīn）雨（yǔ）天內所虧（kuī）損電量。
太陽能電池方陣的功率計算：
根據太陽能電池組件的串聯數，即可以得出所（suǒ）需要太陽能電池方陣的功（gōng）率
P=P_ON_SN_P（W）
式中：P_O為太陽（yáng）能電池組件的額定功率。
表2 我國主要城市的（de）輻射參數表

城市	緯度	日輻射量H1	最佳傾角（jiǎo）op	斜麵日（rì）輻射量	修正係數Kop
哈爾濱（bīn）	45.68	12703	+3	15838	1.140
長（zhǎng）春	43.90	13572	+1	17127	1.1548
沈（shěn）陽	41.77	13793	+1	16563	1.0671
北京	39.8	15261	+4	18035	1.0976
天津（jīn）	39.10	14356	+5	16722	1.0692
呼和浩特	40.78	16574	+3	20075	1.1468
太原	37.78	15061	+5	17394	1.1005
烏（wū）魯木齊	43.78	14464	+12	16594	1.0092
西寧	36.78	16777	+1	19617	1.136
蘭州	36.05	14966	+8	15842	0.9489
銀川	38.48	16553	+2	19615	1.1559
西（xī）安	34.30	12781	+14	12952	0.9275
上海	31.17	12760	+3	13691	0.990
南京	32.00	13099	+5	14207	1.0249
合肥	31.85	12525	+9	13299	0.9988
杭州	30.232	11668	+3	13272	0.9362
南昌	28.67	13094	+2	13714	0.8640
福（fú）州	26.08	12001	+4	12451	0.88978
濟南	36.68	14043	+6	15994	1.0630
鄭州	34.72	13332	+7	14558	1.0476
武（wǔ）漢（hàn）	30.63	13201	+7	13707	0.9036
長沙	28.20	11377	+6	11589	0.8028
廣州	23.13	12110	-7	12702	0.8850
海口	20.03	13835	+12	13510	0.8761
南寧	22.82	12515	+5	12734	0.8231
成都	30.67	10392	+2	10304	0.7553
貴陽	26.58	10327	+8	10235	0.8135
昆明	25.02	14194	-8	15333	0.9216
拉薩	29.70	21301	-8	24151	1.0964

實際運用中，光伏電池常常是與蓄電池（chí）混（hún）合供電的（de）。這個溫和供電係統可等效為一個光伏電池帶（dài）負載，帶偏壓的電路，其等效電路的負載特性曲線如圖（tú）2～4所示：
 
圖2 光伏電（diàn）池有負載、有偏壓時（shí）的等（děng）效電路

圖3 光伏電（diàn）池有負載（zǎi）、有偏壓的伏安特性        圖4光伏電（diàn）池有負載、有（yǒu）偏壓的蓄（xù）電池充滿電伏安特性
四、實驗步驟（zhòu）：
    1.在麵板上的太陽能光伏實驗區按實驗需求把電壓表、電流表按圖示連接。
連接過程中，注意（yì）“正”“負”極。
2.接通“總開關”，此時（shí）“總開關”指示燈亮，將設備正在測試（shì）相對應的（de）儀表開關（guān）拔至“開”的位置（zhì），直流電壓表和直流電流（liú）表均通電工作，然後直（zhí）流電壓表的（de）示值就是太陽能電（diàn）池板的開路電壓，記錄些電壓。
    3.將係統帶的直（zhí）流風機或LED照明燈接至輸出測試孔上並（bìng）打開輸出（chū）開關（注意正負（fù）極不要接反），觀察並記錄直流電壓表和直（zhí）流電流表的示值。
    4.依據太陽能電池板（bǎn）的充電（diàn）電壓，計算充滿設備蓄電池電量的時間。
    5.依據太陽（yáng）能電（diàn）池板的功率（lǜ），按照逆變效率70%和設備負載如果連續工作一晝夜（yè）的話。計算需要多大（dà）的蓄電池容量。
    6.如果負載為12V，功率為3W，每天工作24h，最長連續陰雨天為10天，兩（liǎng）個最長連續陰雨天的最短間隔天數為30天，太陽能組件的標準功率為20W，工作（zuò）電壓為17V，工作（zuò）電流為（wéi）1.8A，蓄電池的浮充電壓為14V±1V。計算（suàn）需要（yào）配置的太（tài）陽能（néng）電池方陣功率以及蓄電池的容量（liàng）。

編號	負載/	電壓/V	電流/A	功率/W
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8