Abstract：Stand－alone photovoltaicsystemsshould be of optimumsizing．This articleintroduces a concise，rational and practi－cal method．The method adopts the calculatingformula currently used abroad fordeterminingthe solarradiation on tilted sur－face．According to the days ofautonomy and the principle ofenergy equilibrium，the optimumtilt angle ofphotovoltaic arrayis obtained first and then a series of capacity combinations of photovoltaic array and battery by means of cycle calculations．Thesize of photovoltaic systems is finally determined after further economic accounting．Arelevant computer programisworked outand a calculated example presented．

　　Key words：optimumsizing；photovoltaic array；batteries；days of autonomy

　　1　前　言

　　近年來(lái)太陽(yáng)能（又稱光伏）發(fā)電得到了迅速的發(fā)展，在我國(guó)各種光伏系統(tǒng)及應(yīng)用產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了前所未有的可喜局面。然而稍加分析便可看出，很多產(chǎn)品都沒(méi)有經(jīng)過(guò)仔細(xì)的最佳化設(shè)計(jì)，有的系統(tǒng)和產(chǎn)品是照貓畫(huà)虎，以訛傳訛；有的則根本不符合光伏發(fā)電的基本規(guī)律和工作特點(diǎn)，以致不能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，或者配置容量過(guò)大，造成大量浪費(fèi)，影響了光伏電源的推廣應(yīng)用。

　　在現(xiàn)階段，太陽(yáng)能電池的價(jià)格還較高，光伏系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)負(fù)載要求和當(dāng)?shù)氐臍庀蟮乩項(xiàng)l件進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì)，通過(guò)科學(xué)的計(jì)算方法，達(dá)到可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)合。然而，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)牽涉到的影響因素很多，關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算相當(dāng)困難。一些設(shè)計(jì)方法不是十分繁雜，就是不夠完善。我們?cè)谝郧肮ぷ鞯幕A(chǔ)上［1］，進(jìn)一步做了修正和改進(jìn)，總結(jié)出了一種簡(jiǎn)明合理而又實(shí)用的最佳化設(shè)計(jì)方法。

　　光伏系統(tǒng)按供電方式大致可分為獨(dú)立系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)三大類，本文僅討論應(yīng)用最廣泛的獨(dú)立光伏系統(tǒng)的最佳化設(shè)計(jì)。

　　2　技術(shù)條件

    2．1　負(fù)載性質(zhì)

　　獨(dú)立光伏系統(tǒng)是指沒(méi)有任何輔助電源，光伏發(fā)電是唯一電力來(lái)源的電源系統(tǒng)。

　　實(shí)際負(fù)載的大小及使用情況等可能千變?nèi)f化，從全天使用時(shí)間上來(lái)區(qū)分，大致可分為白天、晚上和白天連晚上三種負(fù)載。對(duì)于僅在白天使用的負(fù)載，多數(shù)可以由光伏系統(tǒng)直接供電，減少了由于蓄電池充放電等引起的損耗，所配備的光伏系統(tǒng)容量可以適當(dāng)減小。全部晚上使用的負(fù)載其光伏系統(tǒng)所配備的容量就要相應(yīng)增加。白天連晚上的負(fù)載所需要的容量則在兩者之間。此外，從全年使用時(shí)間上來(lái)區(qū)分，大致又可分為均衡性負(fù)載、季節(jié)性負(fù)載和隨機(jī)性負(fù)載。為了簡(jiǎn)化，對(duì)于月平均耗電量變化不超過(guò)10％的負(fù)載也可以當(dāng)作平均耗電量都相同的均衡性負(fù)載［2］。本文僅討論為均衡性負(fù)載供電的獨(dú)立光伏系統(tǒng)的最佳化設(shè)計(jì)。

    2．2　影響因素的考慮

　　影響光伏系統(tǒng)運(yùn)行的因素很多，關(guān)系十分復(fù)雜，有的書(shū)上甚至列舉了幾十個(gè)修正系數(shù)。實(shí)際上因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)條件和運(yùn)行情況千變?nèi)f化，既無(wú)法事先逐一確定其大小，也完全沒(méi)有必要區(qū)分得如此細(xì)致，可將其組合成少量幾個(gè)必要的修正系數(shù)，如果需要還可加上一定的安全系數(shù)來(lái)處理。

    2．3　太陽(yáng)輻照量

　　由于太陽(yáng)輻射的隨機(jī)性，無(wú)法確定光伏系統(tǒng)安裝后方陣面上各個(gè)時(shí)段確切的太陽(yáng)輻照量，只能根據(jù)氣象臺(tái)記錄的歷史資料作為參考。然而，通常氣象臺(tái)站提供的是水平面上的太陽(yáng)輻照量，需要將其換算成傾斜方陣面上的輻照量。對(duì)于一般的光伏系統(tǒng)而言，只要計(jì)算傾斜面上的月平均太陽(yáng)輻照量即可，不必考慮瞬時(shí)（通常是逐小時(shí)）太陽(yáng)輻射通量。為了將水平面上的月平均太陽(yáng)輻照量換算成傾斜面上月平均太陽(yáng)輻照量，不少人還一直應(yīng)用Liu和Jordan在1962年提出的計(jì)算方法［3，4］。這種方法雖然計(jì)算比較簡(jiǎn)單，但實(shí)際上只有在一年中的太陽(yáng)二分點(diǎn)（三月和九月的春秋分）才是正確的。此方法用于朝向赤道的傾斜面上月平均散射輻照量的計(jì)算結(jié)果偏小。

　　現(xiàn)在國(guó)外通常采用Kli