计算离网太阳能系统的光伏板和电池容量需要综合考虑负载需求、可用日照时间（峰值日照时数） 以及预期的无日照天数（自给天数）。以下是华纽电能整理的详细的计算步骤和考虑因素：
1. 确定负载需求 (Wh/天)
▶列出所有用电设备： 灯、手机充电器、笔记本电脑、冰箱、水泵、风扇等。
▶记录每台设备的功率 (W)： 通常在设备标签或说明书上找到。如果只有电流(A)和电压(V)，功率(W) = 电流(A) x 电压(V)。
▶估算每台设备每天的使用时间 (小时)： 越准确越好。
▶计算每台设备每天的耗电量 (Wh)： 功率(W) x 使用时间(小时)。
▶计算系统总负载需求 (Wh/天)： 将所有设备的每日耗电量相加。
▶增加系统损耗系数： 现实系统中存在逆变器损耗（如果是交流系统）、控制器损耗、线损等。通常需要将总负载需求增加 10% - 30% 来补偿这些损耗。假设损耗系数为 L (例如 L=1.2 表示增加20%)。
▶最终每日总能量需求： E_daily = (总设备Wh/天) * L
2. 确定电池储能容量 (Wh 或 Ah)
▶确定自给天数： 你希望系统在完全没有日照（阴雨天）的情况下能持续供电多少天？野外应用通常建议 3-7天，取决于天气状况的可靠性和系统的重要性。
▶确定最大放电深度： 为了保护电池寿命，不能将电池电量完全用光。
▶铅酸蓄电池： 推荐最大放电深度 (DoD) 为 50%。
▶锂电池： 推荐最大放电深度 (DoD) 为 80% - 90% (寿命更长，成本更高)。
▶计算所需的总可用储能 (Wh)： E_storage_usable = E_daily * 自给天数
▶计算所需的总标称储能容量 (Wh)： `E_storage_nominal = E_storage_usable / DoD`
▶转换为安时： 电池通常以电压(V)和安时容量(Ah)标称。系统通常有标称电压 (如 12V, 24V, 48V)。
▶ `电池容量 (Ah) = E_storage_nominal (Wh) / 系统标称电压 (V)`
▶考虑温度补偿： 低温会显著降低电池可用容量（尤其是铅酸）。如果系统在寒冷环境运行，需要进一步增加电池容量（增加 20-50% 或参考电池规格书）。
3. 确定光伏板容量 (Wp)
▶确定峰值日照时数： 这是关键也具地域性的参数。它表示在特定地点，平均每天等效于标准测试条件下的全功率日照时间（单位：小时/天）。需要根据系统安装地点的气象数据查询。
▶中国资源分布： 西北部最高（如青海、西藏可达 5.5-6.5+ h/d），华北、东北次之（约 4.5-5.5 h/d），南方相对较低但稳定（约 3.5-4.5 h/d），四川盆地最低（可低于 3 h/d）。务必查找当地气象站数据或使用NASA SSE数据库、PVGIS 等工具获取最准确的值。选择全年最低的月平均值来设计最可靠的系统。
▶计算光伏板标称功率： `P_pv = E_daily (Wh/天) / (峰值日照时数 (h/天) * η)`
▶ `E_daily`： 步骤1计算出的最终每日总能量需求（含损耗）。
▶ `峰值日照时数`： 你查询到的设计用最小值（如最差月份平均值）。
`η`： 系统总效率系数。考虑以下损耗：
光伏板温度损耗 (高温导致效率下降)： 通常 0.8 - 0.9 (取0.85较保守)
灰尘、污垢覆盖损耗： 通常 0.9 - 0.95 (取0.92)
充电控制器效率 (PWM约80-90%, MPPT约92-98%)： 取 0.95 (假设MPPT)
线缆损耗： 通常 0.97 - 0.99 (取0.98)
▶总 η = 0.85 0.92 0.95 0.98 ≈ 0.73
▶增加安全余量： 为了应对组件老化、比预期更差的天气、计算误差等，建议在计算结果上增加 10% - 25% 的余量。
▶系统电压： 通常根据负载功率和传输距离选择。小功率(几百瓦)可选12V/24V，大功率(千瓦以上)选24V/48V。更高的系统电压能降低电流，减少线损，允许使用更细的线缆。
▶太阳能充电控制器：
▶PWM： 便宜，适合小系统（< 200W）或系统电压与电池电压匹配（如都是12V）的情况。效率较低。
▶MPPT： 更贵，但效率更高（尤其当光伏板标称电压远高于电池电压时），能多获取10-30%的能量，强烈推荐用于任何稍具规模或需要最大化发电量的野外系统。
▶逆变器： 如果负载包含交流电设备（220V AC），需要逆变器。选择纯正弦波逆变器以获得更好的兼容性。逆变器本身有转换效率（通常85%-95%），其损耗已在步骤1的“系统损耗系数”中考虑。
▶组件匹配：
▶ 控制器额定电流 > 光伏阵列最大输出电流。
▶ 控制器额定电压 > 光伏阵列最大开路电压（考虑最低工作温度下的升高）。
▶ 逆变器额定功率 > 所有可能同时开启的交流负载功率之和（考虑浪涌功率）。
▶ 电池电压需与系统电压（控制器、逆变器）匹配。
▶环境因素：
▶温度： 高温降低光伏板效率，低温降低电池容量。设计时需考虑。
▶灰尘/积雪： 定期清洁光伏板至关重要。
▶遮挡： 确保光伏板安装位置全天无阴影遮挡（非常重要！）。
▶安装角度和朝向： 在北半球，板面应朝正南；倾角通常等于当地纬度（固定安装），或根据季节调整。最大化冬季发电量对离网系统更重要。
▶防雷、防潮、防风、防盗： 野外安装必须做好防护措施。
场景： 偏远山区小屋，系统电压24V。
1. 负载需求 (Wh/天)：
▶ 10W LED灯 x 2盏 x 4小时 = 80 Wh
▶ 5W 手机充电器 x 2个 x 2小时 = 20 Wh
▶ 50W 笔记本电脑 x 1台 x 3小时 = 150 Wh
▶ 80W 小型冰箱 (24小时运行，假设压缩机每天工作8小时) = 640 Wh
▶小计： 80 + 20 + 150 + 640 = 890 Wh/天
▶系统损耗 (取L=1.25)： `E_daily = 890 Wh *1.25 = 1112.5 Wh/天` (约1113 Wh/天)
2. 电池容量 (24V系统)：
▶自给天数： 4天 (考虑山区多雨雾)
▶最大放电深度 (DoD)： 使用锂电池，取 80%
▶所需总可用储能： `E_storage_usable = 1113 Wh/天 * 4天 = 4452 Wh`
▶所需总标称容量： `E_storage_nominal = 4452 Wh / 0.8 = 5565 Wh`
▶转换为安时： `电池容量 (Ah) = 5565 Wh / 24V ≈ 231.9 Ah`
▶选择电池： 可选择标称容量 ≥ 232Ah @ 24V 的锂电池组（例如，用2块12V 232Ah锂电池串联，或用1块24V 232Ah锂电池）。考虑低温影响，最终选择 250Ah @ 24V (标称容量6000Wh)。
3. 光伏板容量：
▶设计用峰值日照时数： 当地最差月份平均值为 3.5小时/天。
▶系统总效率系数 (η)： 取 0.73 (如前计算)。
▶所需标称功率： `P_pv = 1113 Wh/天 / (3.5 h/天 * 0.73) ≈ 1113 / 2.555 ≈ 435.6 Wp`
▶增加安全余量 (取20%)： `P_pv_final = 435.6 Wp * 1.20 ≈ 522.7 Wp`
▶选择光伏板： 可选用 3块 175W 光伏板 (总525Wp)，或 2块 260W 光伏板 (总520Wp)。注意电压匹配MPPT控制器输入范围。
设计离网太阳能系统是一个迭代和需要一定经验的过程。核心是准确评估负载和获取可靠的当地日照数据。电池容量主要取决于负载大小和要求的无日照天数。光伏板容量主要取决于每日耗电量和最差条件下的可用日照。务必：
1. 宁大勿小： 在预算允许范围内，给光伏板和电池都留足余量。
2. 关注最差情况： 按日照最少、耗电最多、温度最低（对电池）的情况设计。
3. 选择可靠组件： 野外环境恶劣，选择质量好、防护等级高的组件。
4. 做好防护： 防雷、防潮、防风、防尘、防小动物至关重要。
5. 考虑维护： 设计时考虑如何清洁光伏板和检查系统状态。
建议使用专业的太阳能计算器软件或在购买前咨询专业系统集成商进行详细设计和组件选型。这份指南提供了理论基础和计算方法，帮助你理解关键参数并做出初步估算。
责任编辑: 浏览次
下一篇：野外光伏系统阴雨天能用多久