異星工程太陽能板與蓄電池的科學配比

【摘要】

之前對太陽能與蓄電池方面的研究僅僅是基於常規觀測及簡單推導，並未做到精確地定量優化。本文通過量化研究得出，太陽能板平均一天可發出最大功率70%的電，科學的池板比應為6:7。

【關鍵字】

太陽能板;蓄電池;配比;定量

【本文一些要用到的資料】

太陽能板的最大發電功率：60kW

基礎蓄電池的最大儲能：5.0MJ

第一節 Factorio世界中的時間週期

元首改造了TimeDisplay這個MOD，讓它能精確地測量這個研究。具體來說，就是找下面這兩個值之間的關係：

—— 總遊戲執行時間，單位tick

ime —— 0-1的值，表徵週期一天的進展，正午為0，正半夜為0.5

得到如下結論：

1.1 時間單位

1 hour = 60 min

1 min = 60 sencond

1 sencond = 60 tick

其中tick為遊戲的最小時間單位，即每一次更新運算間隔的時間差。

1.2 全天時間

精確的測量結果是，一天 = 24966.095238095 tick

實際應用時，按 一天 = 416 sencond 即可。(誤差約為萬分之二)

1.3 時間週期

以下部分為粗略的推論，沒精確測量，但根據後面的論述及之前的實驗資料證實其為精確的。

以ime值表徵時間進展：

0.00-0.25 下午，陽光充足

0.25-0.45 黃昏，陽光漸弱

0.45-0.55 半夜，沒有陽光

0.55-0.75 清晨，陽光漸強

0.75-1.00 上午，陽光充足

第二節 太陽能板的發電

根據電力統計曲線，可以很容易地發現，黃昏及清晨時，太陽能板的發電功率是均勻地線性增加或減少。這樣就可以得到單個太陽能板的發電曲線。

根據曲線可以很容易地算出太陽能板一天週期內的平均功率：

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

也就是說蓄電池可以充分保障時，太陽能板一天可穩定輸出42kW的電力(即70%的使用率)。

再驗證一下一天發電量，416s*42kW = 17.472MJ ，這與之前的研究結論也是相符的。

第三節 蓄電池的科學匹配

蓄電池的科學匹配，就是在以下假定下研究單個太陽能板所需的最大蓄電容量：

1、所考慮的電網中沒有其它發電來源(如汽輪機);

2、電網的負載恆定為太陽能板的平均功率42kW。

這樣就可以想象蓄電池的工作情況：清晨發電功率為42kW時蓄電池蓄電量為0，然後隨著發電功率提升蓄電池開始蓄電;到黃昏發電功率為42kW時蓄電池開始放電，如此迴圈。

這樣在蓄電時間段內對淨髮電量積分，可以算出蓄電池的最大蓄電量為 0.56*416s*(60kW-42kW)=4.19328MJ。

這個結果說明，一個太陽能板僅需4.19328MJ的蓄電量就足以穩定輸出42kW的電能了。

對這個結論組合一下，最小的一組比較好的結果是：

7個太陽能板需要的蓄電量=7*4.19328MJ=29.35296MJ

6個基礎蓄電池的總蓄電量=6*5.0MJ=30.0MJ

這樣個比例還能保證實際蓄電量比理論值高一點點，能維持穩定執行，所以說科學的池板比應該為6:7。

一個理論佈局(黑盒)

佔地面積18×18

太陽能板24個，蓄電量需求=24*4.19328MJ=100.63872MJ

蓄電池22個，蓄電量供給=22*5.0MJ=110MJ

多餘的9MJ多蓄電量可以用作額外保障