异星工程太阳能板与蓄电池的科学配比

【摘要】

之前对太阳能与蓄电池方面的研究仅仅是基于常规观测及简单推导，并未做到精确地定量优化。本文通过量化研究得出，太阳能板平均一天可发出最大功率70%的电，科学的池板比应为6:7。

【关键字】

太阳能板;蓄电池;配比;定量

【本文一些要用到的数据】

太阳能板的最大发电功率：60kW

基础蓄电池的最大储能：5.0MJ

第一节 Factorio世界中的时间周期

元首改造了TimeDisplay这个MOD，让它能精确地测量这个研究。具体来说，就是找下面这两个值之间的关系：

game.tick —— 总游戏运行时间，单位tick

game.daytime —— 0-1的值，表征周期一天的进展，正午为0，正半夜为0.5

得到如下结论：

1.1 时间单位

1 hour = 60 min

1 min = 60 sencond

1 sencond = 60 tick

其中tick为游戏的最小时间单位，即每一次更新运算间隔的时间差。

1.2 全天时间

精确的测量结果是，一天 = 24966.095238095 tick

实际应用时，按 一天 = 416 sencond 即可。(误差约为万分之二)

1.3 时间周期

以下部分为粗略的推论，没精确测量，但根据后面的论述及之前的实验数据证实其为精确的。

以game.daytime值表征时间进展：

0.00-0.25 下午，阳光充足

0.25-0.45 黄昏，阳光渐弱

0.45-0.55 半夜，没有阳光

0.55-0.75 清晨，阳光渐强

0.75-1.00 上午，阳光充足

第二节 太阳能板的发电

根据电力统计曲线，可以很容易地发现，黄昏及清晨时，太阳能板的发电功率是均匀地线性增加或减少。这样就可以得到单个太阳能板的发电曲线。

根据曲线可以很容易地算出太阳能板一天周期内的平均功率：

(0.25+0.2/2+0.1*0+0.2/2+0.25)*60kW=42kW

也就是说蓄电池可以充分保障时，太阳能板一天可稳定输出42kW的电力(即70%的使用率)。

再验证一下一天发电量，416s*42kW = 17.472MJ ，这与之前的研究结论也是相符的。

第三节 蓄电池的科学匹配

蓄电池的科学匹配，就是在以下假定下研究单个太阳能板所需的最大蓄电容量：

1、所考虑的电网中没有其它发电来源(如汽轮机);

2、电网的负载恒定为太阳能板的平均功率42kW。

这样就可以想象蓄电池的工作情况：清晨发电功率为42kW时蓄电池蓄电量为0，然后随着发电功率提升蓄电池开始蓄电;到黄昏发电功率为42kW时蓄电池开始放电，如此循环。

这样在蓄电时间段内对净发电量积分，可以算出蓄电池的最大蓄电量为 0.56*416s*(60kW-42kW)=4.19328MJ。

这个结果说明，一个太阳能板仅需4.19328MJ的蓄电量就足以稳定输出42kW的电能了。

对这个结论组合一下，最小的一组比较好的结果是：

7个太阳能板需要的蓄电量=7*4.19328MJ=29.35296MJ

6个基础蓄电池的总蓄电量=6*5.0MJ=30.0MJ

这样个比例还能保证实际蓄电量比理论值高一点点，能维持稳定运行，所以说科学的池板比应该为6:7。

一个理论布局(黑盒)

占地面积18×18

太阳能板24个，蓄电量需求=24*4.19328MJ=100.63872MJ

蓄电池22个，蓄电量供给=22*5.0MJ=110MJ

多余的9MJ多蓄电量可以用作额外保障