計算離網太陽能系統的光伏板和電池容量需要綜合考慮負載需求、可用日照時間（峰值日照時數） 以及預期的無日照天數（自給天數）。以下是華紐電能整理的詳細的計算步驟和考慮因素：
1. 確定負載需求 (Wh/天)
▶列出所有用電設備： 燈、手機充電器、筆記本電腦、冰箱、水泵、風扇等。
▶記錄每臺設備的功率 (W)： 通常在設備標簽或說明書上找到。如果只有電流(A)和電壓(V)，功率(W) = 電流(A) x 電壓(V)。
▶估算每臺設備每天的使用時間 (小時)： 越準確越好。
▶計算每臺設備每天的耗電量 (Wh)： 功率(W) x 使用時間(小時)。
▶計算系統總負載需求 (Wh/天)： 將所有設備的每日耗電量相加。
▶增加系統損耗系數： 現實系統中存在逆變器損耗（如果是交流系統）、控制器損耗、線損等。通常需要將總負載需求增加 10% - 30% 來補償這些損耗。假設損耗系數為 L (例如 L=1.2 表示增加20%)。
▶最終每日總能量需求： E_daily = (總設備Wh/天) * L
2. 確定電池儲能容量 (Wh 或 Ah)
▶確定自給天數： 你希望系統在完全沒有日照（陰雨天）的情況下能持續供電多少天？野外應用通常建議 3-7天，取決于天氣狀況的可靠性和系統的重要性。
▶確定最大放電深度： 為了保護電池壽命，不能將電池電量完全用光。
▶鉛酸蓄電池： 推薦最大放電深度 (DoD) 為 50%。
▶鋰電池： 推薦最大放電深度 (DoD) 為 80% - 90% (壽命更長，成本更高)。
▶計算所需的總可用儲能 (Wh)： E_storage_usable = E_daily * 自給天數
▶計算所需的總標稱儲能容量 (Wh)： `E_storage_nominal = E_storage_usable / DoD`
▶轉換為安時： 電池通常以電壓(V)和安時容量(Ah)標稱。系統通常有標稱電壓 (如 12V, 24V, 48V)。
▶ `電池容量 (Ah) = E_storage_nominal (Wh) / 系統標稱電壓 (V)`
▶考慮溫度補償： 低溫會顯著降低電池可用容量（尤其是鉛酸）。如果系統在寒冷環境運行，需要進一步增加電池容量（增加 20-50% 或參考電池規格書）。
3. 確定光伏板容量 (Wp)
▶確定峰值日照時數： 這是關鍵也具地域性的參數。它表示在特定地點，平均每天等效于標準測試條件下的全功率日照時間（單位：小時/天）。需要根據系統安裝地點的氣象數據查詢。
▶中國資源分布： 西北部最高（如青海、西藏可達 5.5-6.5+ h/d），華北、東北次之（約 4.5-5.5 h/d），南方相對較低但穩定（約 3.5-4.5 h/d），四川盆地最低（可低于 3 h/d）。務必查找當地氣象站數據或使用NASA SSE數據庫、PVGIS 等工具獲取最準確的值。選擇全年最低的月平均值來設計最可靠的系統。
▶計算光伏板標稱功率： `P_pv = E_daily (Wh/天) / (峰值日照時數 (h/天) * η)`
▶ `E_daily`： 步驟1計算出的最終每日總能量需求（含損耗）。
▶ `峰值日照時數`： 你查詢到的設計用最小值（如最差月份平均值）。
`η`： 系統總效率系數。考慮以下損耗：
光伏板溫度損耗 (高溫導致效率下降)： 通常 0.8 - 0.9 (取0.85較保守)
灰塵、污垢覆蓋損耗： 通常 0.9 - 0.95 (取0.92)
充電控制器效率 (PWM約80-90%, MPPT約92-98%)： 取 0.95 (假設MPPT)
線纜損耗： 通常 0.97 - 0.99 (取0.98)
▶總 η = 0.85 0.92 0.95 0.98 ≈ 0.73
▶增加安全余量： 為了應對組件老化、比預期更差的天氣、計算誤差等，建議在計算結果上增加 10% - 25% 的余量。
▶系統電壓： 通常根據負載功率和傳輸距離選擇。小功率(幾百瓦)可選12V/24V，大功率(千瓦以上)選24V/48V。更高的系統電壓能降低電流，減少線損，允許使用更細的線纜。
▶太陽能充電控制器：
▶PWM： 便宜，適合小系統（< 200W）或系統電壓與電池電壓匹配（如都是12V）的情況。效率較低。
▶MPPT： 更貴，但效率更高（尤其當光伏板標稱電壓遠高于電池電壓時），能多獲取10-30%的能量，強烈推薦用于任何稍具規模或需要最大化發電量的野外系統。
▶逆變器： 如果負載包含交流電設備（220V AC），需要逆變器。選擇純正弦波逆變器以獲得更好的兼容性。逆變器本身有轉換效率（通常85%-95%），其損耗已在步驟1的“系統損耗系數”中考慮。
▶組件匹配：
▶ 控制器額定電流 > 光伏陣列最大輸出電流。
▶ 控制器額定電壓 > 光伏陣列最大開路電壓（考慮最低工作溫度下的升高）。
▶ 逆變器額定功率 > 所有可能同時開啟的交流負載功率之和（考慮浪涌功率）。
▶ 電池電壓需與系統電壓（控制器、逆變器）匹配。
▶環境因素：
▶溫度： 高溫降低光伏板效率，低溫降低電池容量。設計時需考慮。
▶灰塵/積雪： 定期清潔光伏板至關重要。
▶遮擋： 確保光伏板安裝位置全天無陰影遮擋（非常重要！）。
▶安裝角度和朝向： 在北半球，板面應朝正南；傾角通常等于當地緯度（固定安裝），或根據季節調整。最大化冬季發電量對離網系統更重要。
▶防雷、防潮、防風、防盜： 野外安裝必須做好防護措施。
場景： 偏遠山區小屋，系統電壓24V。
1. 負載需求 (Wh/天)：
▶ 10W LED燈 x 2盞 x 4小時 = 80 Wh
▶ 5W 手機充電器 x 2個 x 2小時 = 20 Wh
▶ 50W 筆記本電腦 x 1臺 x 3小時 = 150 Wh
▶ 80W 小型冰箱 (24小時運行，假設壓縮機每天工作8小時) = 640 Wh
▶小計： 80 + 20 + 150 + 640 = 890 Wh/天
▶系統損耗 (取L=1.25)： `E_daily = 890 Wh *1.25 = 1112.5 Wh/天` (約1113 Wh/天)
2. 電池容量 (24V系統)：
▶自給天數： 4天 (考慮山區多雨霧)
▶最大放電深度 (DoD)： 使用鋰電池，取 80%
▶所需總可用儲能： `E_storage_usable = 1113 Wh/天 * 4天 = 4452 Wh`
▶所需總標稱容量： `E_storage_nominal = 4452 Wh / 0.8 = 5565 Wh`
▶轉換為安時： `電池容量 (Ah) = 5565 Wh / 24V ≈ 231.9 Ah`
▶選擇電池： 可選擇標稱容量 ≥ 232Ah @ 24V 的鋰電池組（例如，用2塊12V 232Ah鋰電池串聯，或用1塊24V 232Ah鋰電池）。考慮低溫影響，最終選擇 250Ah @ 24V (標稱容量6000Wh)。
3. 光伏板容量：
▶設計用峰值日照時數： 當地最差月份平均值為 3.5小時/天。
▶系統總效率系數 (η)： 取 0.73 (如前計算)。
▶所需標稱功率： `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`
▶選擇光伏板： 可選用 3塊 175W 光伏板 (總525Wp)，或 2塊 260W 光伏板 (總520Wp)。注意電壓匹配MPPT控制器輸入范圍。
設計離網太陽能系統是一個迭代和需要一定經驗的過程。核心是準確評估負載和獲取可靠的當地日照數據。電池容量主要取決于負載大小和要求的無日照天數。光伏板容量主要取決于每日耗電量和最差條件下的可用日照。務必：
1. 寧大勿小： 在預算允許范圍內，給光伏板和電池都留足余量。
2. 關注最差情況： 按日照最少、耗電最多、溫度最低（對電池）的情況設計。
3. 選擇可靠組件： 野外環境惡劣，選擇質量好、防護等級高的組件。
4. 做好防護： 防雷、防潮、防風、防塵、防小動物至關重要。
5. 考慮維護： 設計時考慮如何清潔光伏板和檢查系統狀態。
建議使用專業的太陽能計算器軟件或在購買前咨詢專業系統集成商進行詳細設計和組件選型。這份指南提供了理論基礎和計算方法，幫助你理解關鍵參數并做出初步估算。
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