太阳能监控系统设计

摘要：本文以环保、节能、稳定的原则对太阳能监控系统进行了设计，给出了太阳能监控系统中各参数的一般计算方法，并主要的分析了蓄电池与太阳能光伏组件之间的配合，对不同算法的结果进行了对比分析。并且以天津地区为例，对系统中的光伏组件、蓄电池、控制器等重要设备进行了参数选择。

关键词：太阳能；监控系统；光伏组件

Abstract: In this paper, the solar monitoring system was designed as principle of environmental protection, energy conservation and stability. It provides general calculation of all parameters of the solar energy monitoring system and selects parameters for the solar panels, batteries and controller.

Key words: Solar; Monitoring; solar panels

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：

1、引言随着能源供应的日益紧张，可再生能源发电技术引起了世界各国的关注。本文给出了太阳能监控系统的供电方案，并对太阳能实例进行了设备参数的计算和选择。该供电方案具有以下优势：（1）所用能源为清洁、无污染的可再生能源；（2）安装维护简单，使用寿命长，可以实现无人值守；（3）特别适合于野外作业。

2、太阳能光伏供电系统的构成

2.1太阳能光伏组件 太阳能光伏组件是供电系统的核心设备，它的作用是将太阳能转变为电能，从而为负载提供电压或将电能贮存在蓄电池中。太阳能光伏组件分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为17％左右，是所有太阳能电池中转换效率最高的，并且具有坚固耐用、使用寿命长（一般可达20年）等优点，故在本系统中采用单晶硅太阳能电池为系统供电。

2.2 太阳能控制器 由于太阳能光伏组件的主要组成部分为半导体材料，它经过光线照射后发生光电效应产生电流具有波动性。如果将所生成的电流直接充入蓄电池内或直接给负载供电，则容易造成蓄电池和负载的损坏，严重减小了他们的寿命，因此我们必须把电流先送入太阳能控制器。太阳能控制器能够为蓄电池提供最佳的充电电流和电压， 快速、平稳、高效的为蓄电池充电。并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命，同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。

2.3蓄电池 蓄电池组是独立太阳能光伏发电系统不可缺少的重要部件。它主要储存由太阳能电池板转化过来的电能，白天蓄电池组给负载供电，同时太阳能组件还给蓄电池充电，晚上或阴雨天负载用电全部由蓄电池供给。

3、太阳能光伏供电方案 在本太阳能监控系统方案中，监控系统主要由云台、摄像机、加热设备和红外设备组成。其中云台120W工作时间4小时，摄像头20W工作时间24小时，加热设备50W工作时间5小时，红外设备10W工作时间8小时。摄像机的工作电压为交流24V，系统需保证阴雨天连续工作7天。

3.1确定负载功率及日耗电量 确定太阳能发电功率及配置的前提是确定单点全程监控系统设备的功率及耗电量． 通过计算或实验检测手段可以确定全程监控设备的总功率P，P由四部分组成：摄像头等全天24小时工作设备的功率之和P1； 云台等全天4小时工作设备的功率之和P2；加热设备等全天5小时工作设备的功率之和P3；红外设备等全天8小时工作设备的功率之和P4。系统的日耗电量为：WS= P1×T1 + P2×T1+P3×T1 +P4×T1=20×24+120×4+50×5+10×8=1290J

3.2蓄电池与太阳能组件的搭配

3.2.1蓄电池组容量的设计 蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的，蓄电池的容量BC计算公式为：BC=A×QL×NL×T0/CC公式中：A为安全系数，取1.1～1.4之间；QL为平均工作电流乘以日工作小时数；NL为最长连续阴雨天数；TO为温度修正系数，一般在0℃以上取1,-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2；CC为蓄电池放电深度，一般铅蓄电池取0.75。综上所述：BC=1.4×2.5×24×7×1÷0.75=784Ah 故在本系统中我们选用的单体为12V/200Ah,2串联4并联， 形成24V/800Ah，共计8块。

3.2.2太阳能电池组件的设计 太阳能电池组件按一定数目串联起来，如果串联数太多使输出电压远高于浮充电压时，充电电流也不会有明显的增加。因此，只有当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时，才能达到最佳的充电状态。在本系统中采用单块170W光伏组件，太阳能电池组件串联数NS计算方法如下：NS= (Uf+UD+Uc)/Uoc其中：Uf为蓄电池浮充电压；UD为二极管压降，一般取0.7V；Uc为其它因数引起的压降；Uoc为太阳能电池组件的最佳工作电压。经计算，本系统中的NS=1。太阳能电池组件并联数Np 在确定NP之前,我们先确定其相关量的计算方法。 (1)将太阳能电池方阵安装地点的太阳能日辐射量Ht,转换成在标准光强下的平均日辐射时数H:H=Ht×2.778/10000h.式中:2.778/10000(h.m2/kJ)为将日辐射量换算为标准光强(1000W/m2)下的平均日辐射时数的系数。经计算，本系统中的H=14356×2.778/10000=3.988h。(2)太阳能电池组件日发电量Qp Qp=Ioc×H×Kop×CzAh式中:Ioc为太阳能电池组件最佳工作电流;Kop为斜面修正系数;Cz为修正系数,主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失,一般取0.8。经计算，本系统中的 Qp=4.66×3.988×1.0692×0.8=15.90 Ah。(3)两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数Nw,此数据为本设计之独特之处,主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来,需补充的蓄电池容量Bcb为:Bcb=A×QL×NL Ah 经计算，本系统中的Bcb=1.4×2.5×24×7=588 Ah。(4)太阳能电池组件并联数Np的计算方法为:Np=(Bcb+Nw×QL)/(Qp×Nw)经计算，本系统中的Np=（588+60×2.5×24）/(15.90×60)=5.表达意为:并联的太阳能电池组组数,在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量,不仅供负载使用,还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。太阳能电池组件功率P计算方法如下：P=WS×α/h其中：WS为系统的日耗电量；α为损耗系数，一般取1.6-2.0；h为当地峰值日照时间。以天津地区为例，天津的峰值日照时间约为4.65千焦/米2。经计算，本系统中太阳能电池组件功率约为850W。故本系统采用170Wp的太阳能电池组件5块。太阳能电池板安装倾角的确定：南方光照最少的月份是阴雨天，安装倾角靠近当地纬度值，北方光照最少月是因为太阳本身照射的时间短，安装倾角靠近垂直当月的日照高度角，在天津我们选择35度左右。

4、结束语 本文介绍了太阳能监控系统的供电方案，给出一般计算方法，并对太阳能实例进行了设备参数的计算和选择。但是由于太阳能供电方案中的太阳能电池板和蓄电池受环境温度、湿度及设备点太阳照射度影响较大，建议在工程实施中 考虑环境适合的时候优先采用太阳能供电。