光伏系统软件设计的内容包括负载用电量的估算，太阳电池组件数量和蓄电池容量
的计算以及太阳电池组件安装最佳倾角的计算。因为太阳电池组件数量和蓄电池容量是光伏系统软件设计的关键部分，所以本节将着重讲述计算与选择太阳电池太阳电池组件和蓄电池的方法。
3.1设计的基本原理
太阳电池组件设计的一个主要原则就是要满足平均天气条件下负载的每日用电需
求；因为天气条件有低于和高于平均值的情况，所以要保证太阳电池组件和蓄电池在天气条件有别于平均值的情况下协调工作；蓄电池在数天的恶劣气候条件下，其荷电状态（SOC）将会降低很多。在太阳电池组件大小的设计中不要考虑尽可能快地给蓄电池充满电。如果这样，就会导致一个很大的太阳电池组件，使得系统成本过高；而在一年中的绝大部分时间里太阳电池组件的发电量会远远大于负载的使用量，从而造成太阳电池组件不必要的浪费；蓄电池的主要作用是在太阳辐射低于平均值的情况下给负载供电；在随后太阳辐射高于平均值的天气情况下，太阳电池组件就会给蓄电池充电。
设计太阳电池组件要满足光照最差季节的需要。在进行太阳电池组件设计的时候，
首先要考虑的问题就是设计的太阳电池组件输出要等于全年负载需求的平均值。在那种情况下，太阳电池组件将提供负载所需的所有能量。但这也意味着每年都有将近一半的时间蓄电池处于亏电状态。蓄电池长时间内处于亏电状态将使得蓄电池的极板硫酸盐
化。而在独立光伏系统中没有备用电源在天气较差的情况下给蓄电池进行再充电，这样蓄电池的使用寿命和性能将会受到很大的影响，整个系统的运行费用也将大幅度增加。太阳电池组件设计中较好的办法是使太阳电池组件能满足光照最恶劣季节里的负载需
要，也就是要保证在光照情况最差的情况下蓄电池也能够被完全地充满电。这样蓄电池全年都能达到全满状态，可延长蓄电池的使用寿命，减少维护费用。
如果在全年光照最差的季节，光照度大大低于平均值，在这种情况下仍然按照最差
情况考虑设计太阳电池组件大小，那么所设计的太阳电池组件在一年中的其它时候就会远远超过实际所需，而且成本高昂。这时就可以考虑使用带有备用电源的混合系统。但是对于很小的系统，安装混合系统的成本会很高；而在偏远地区，使用备用电源的操作和维护费用也相当高，所以设计独立光伏系统的关键就是选择成本效益最好的方案。
3.2 蓄电池设计方法
蓄电池的设计思想是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍可以正常工
作。我们可以设想蓄电池是充满电的，在光照度低于平均值的情况下，太阳电池组件产生的电能不能完全填满由于负载从蓄电池中消耗能量而产生的空缺，这样在第一天结束的时候，蓄电池就会处于未充满状态。如果第二天光照度仍然低于平均值，蓄电池就仍然要放电以供给负载的需要，蓄电池的荷电状态继续下降。也许接下来的第三天第四天会有同样的情况发生。但是为了避免蓄电池的损坏，这样的放电过程只能够允许持续一定的时间，直到蓄电池的荷电状态到达指定的危险值。为了量化评估这种太阳光照连续低于平均值的情况，在进行蓄电池设计时，我们需要引入一个不可缺少的参数：自给天数，这个参数让系统设一般来讲，自给天数的确定与两个因素有关：负载对电源的要求程度；光伏系统安
装地点的气象条件即最大连续阴雨天数。通常可以将光伏系统安装地点的最大连续阴雨天数作为系统设计中使用的自给天数，但还要综合考虑负载对电源的要求。对于负载对电源要求不是很严格的光伏应用，我们在设计中通常取自给天数为3～5天。对于负载要求很严格的光伏应用系统，我们在设计中通常取自给天数为7～14天。所谓负载要求不严格的系统通常是指用户可以稍微调节一下负载需求从而适应恶劣天气带来的不便，而严格系统指的是用电负载比较重要，例如常用于通信，导航或者重要的健康设施如医院、诊所等。此外还要考虑光伏系统的安装地点，如果在很偏远的地区，必须设计较大的蓄电池容量，因为维护人员要到达现场需要花费很长时间。
光伏系统中使用的蓄电池有镍氢、镍镉电池和铅酸蓄电池，但是在较大的系统中考
虑到技术成熟性和成本等因素，通常使用铅酸蓄电池。在下面内容中涉及到的蓄电池没有特别说明指的都是铅酸蓄电池。
蓄电池的设计包括蓄电池容量的设计计算和蓄电池组的串并联设计。首先，给出计
算蓄电池容量的基本方法。
考虑的计算修正因子，我们可以得到如下蓄电池容量的最终计算公式。
蓄电池容量(@指定放电率)＝自给天数 日平均负载
最大允许放电深度 温度修正因子
建立一套光伏供电系统给一个地处偏远的通讯基站供电，该系统的负载有两个：负
载一，工作电流为1安培，每天工作24小时。负载二，工作电流为5安培每天工作12小时。该系统所处的地点的24小时平均最低温度为-20℃，系统的自给时间为5天。使用深循环工业用蓄电池（最大DOD为80％）。
因为该光伏系统所在地区的24小时平均最低温度为-20℃，所以必须修正蓄电池的
最大允许放电深度。由最大放电深度－蓄电池温度的关系图我们可以确定最大允许放电深度为50％。所以，
加权平均负载工作时间=
平均放电率 =5A 8hrs＋10A 6hrs5A＋10A0.5 ＝ 6.67hrs 5days 6.67hrs＝66.7小时率
根据上页中的典型温度－放电率－容量变化曲线，与平均放电率计算数值最为接近
的放电率为50小时率，-20℃时在该放电率下所对应的温度修正系数为0.7（也可以根据供应商提供的性能表进行查询）。如果计算出来的放电率在两个数据之间，那么选择较快的放电率（短时间）比较保守可靠。因此蓄电池容量为： 蓄电池容量＝5 （5A 8hrs＋10A 6hrs）
0.5 0.7＝1428.57Ah@50小时放电率
第四章 系统的优化设计
4.1 独立光伏系统设计实例
下例中的独立光伏系统是为微波中继站配套设计（Mark，1979）[17]。
1、第一步——分析负载
微波中继站一般平均需要100W的功率和24+5V或24-5V的电压。因此，相对应的
平均电流也就是4.17A。
2、第二步——选择蓄电池的容量
对于上述负载，假设我们需要15天的能量储备，那么系统中蓄电池的容量即为
4.17Ah×24h×15天 = 1500Ah。
3、第三步——太阳能板倾角的初步估算