光伏發(fā)電指標(biāo)計算及影響因素分析

光伏電站常用計算及影響分析目錄一.光伏發(fā)展背景二.太陽能資源三.電池/組件基本計算四.系統(tǒng)安裝及影響因素一、光伏發(fā)展背景1.1光伏投資上世紀(jì)90年代開始，歐美等國家開始推廣光伏商用，隨著補(bǔ)貼政策的完善和并網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，光伏收益穩(wěn)定，光伏電站逐漸成為一種投資項目。一次性投入，收益穩(wěn)定，維護(hù)簡單，政策補(bǔ)貼，使用壽命長1.2近年光伏裝機(jī)容量2013年全球光伏發(fā)電行業(yè)新增裝機(jī)容量達(dá)到3700萬千瓦，比2012年增長24%,中國達(dá)11.8G，首居第一。1.3光伏投資主要影響因素1.成本電價(史博士公式):Tcost=Cp（1/Per+Rop+Rloan*Rintr-isub）/Hfp年均峰值日照時數(shù)補(bǔ)貼費用貸款利率貸款比例運維費率投資回收期單位裝機(jī)容量裝機(jī)成本單位成本電價2.發(fā)電收入:發(fā)電量電價太陽能資源相關(guān)光照、組件、安裝…1.4電站發(fā)電量計算從光電能量轉(zhuǎn)換來看，理論上光伏電站年發(fā)電量為：理論年發(fā)電量=年均太陽輻射總量*電池總面積*光電轉(zhuǎn)換效率，假定所選為同一規(guī)格組件，則計算公式可變形為：理論年發(fā)電量=年均太陽輻射總量*電池總面積*光電轉(zhuǎn)換效率

=年峰值日照時數(shù)*1000W/m^2*光電轉(zhuǎn)換效率*電池總面積

=年峰值日照時數(shù)*1000W/m^2*光電轉(zhuǎn)換效率*單個組件面積*組件數(shù)量=年峰值日照時數(shù)*組件額定功率Pmax*組件數(shù)量裝機(jī)容量由于各種客觀因素影響，光伏電站的實際發(fā)電量并沒有那么多，用一個參數(shù)來描述它們間比例即系統(tǒng)效率：實際年發(fā)電量=理論年發(fā)電量*系統(tǒng)效率。1.太陽輻射量2.太陽電池組件的傾斜角度3.太陽電池組件的效率4.組合損失5.溫度特性6.灰塵損失7.最大輸出功率跟蹤（MPPT）8.線路損失9.控制器、逆變器效率1.5電站發(fā)電量影響因素二、太陽能資源2.1太陽角度位置定義太陽赤緯角δ:正午時太陽光線與地球赤道面的交角,取正北為正，正南為負(fù),[-23.45°23.45°]n為一年中的天數(shù)n=81天時δ=0，春分。庫伯方程:與地理經(jīng)緯度異同？太陽方位角：向量在地平面上投影線與南北方向線之間的夾角；太陽高度角：向量與地平面之間的夾角；2.2太陽高度角和方位角太陽能評估指標(biāo)太陽能資源豐富程度太陽能資源穩(wěn)定程度太陽能資源利用價值太陽能日資源最佳利用時段

以太陽總輻射的年總量為指標(biāo)，進(jìn)行太陽能資源豐富程度評估。

一年中各月日照時數(shù)大于6小時的天數(shù)最大值與最小值的比值。

利用各月日照時數(shù)大于6小時的天數(shù)為指標(biāo)，反映一天中太陽能資源的利用價值。

利用太陽能日變化的特征作為指標(biāo)，評估太陽能資源日變化規(guī)律。2.3太陽能資源評估指標(biāo)全國日照條件分布圖等級資源帶號年總輻射量（MJ/m2）年總輻射量（kWh/m2）平均日輻射量（kWh/m2）平均峰值日照時(h)最豐富帶I≥6300≥1750≥4.8≥4.8很豐富帶II5040–63001400–17503.8–4.83.8–4.8較豐富帶III3780–50401050–14002.9–3.82.9–3.8一般IV<3780<1050<2.9<2.9太陽能資源穩(wěn)定程度指標(biāo)穩(wěn)定程度＜2穩(wěn)定2～４較穩(wěn)定＞4不穩(wěn)定從氣象站得到的資料一般只有水平面上的太陽輻射總量，對于傾斜面上的太陽輻射總量及太陽輻射的直散分離原理可得：Ht=Hbt+Hdt+HrtHt：傾斜面上的太陽輻射總量；Hbt：直接太陽輻射量；Hdt：

天空散射量;Hrt：地面反射輻射量Hrt。

2.4傾斜面上太陽輻射量傾斜面上的太陽輻射總量Ht由直接太陽輻射量Hbt、天空散射輻射量Hdt和地面反射輻射量Hrt三部分所組成傾斜面上天空散射輻射量Hdt由太陽光的輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射輻射量兩部分組成。天空散射Hay模型地面反射輻射分量Hrt：通?？蓪⒌孛娴姆瓷漭椛淇闯墒歉飨蛲缘?，其大小為：其中為地面反射率，其數(shù)值取決于地面狀態(tài)，各種地面的反射率如下表所示：各種地面反射率一般計算時，可取p=0.2，綜上所述，斜面上太陽輻射量即為：1卡（cal）=4.1868焦(J)=1.16278毫瓦時(mWh)1千瓦時(kWh)=3.6兆焦(MJ)1千瓦時/㎡(KWh/㎡)=3.6兆焦/㎡(MJ/㎡)=0.36千焦/厘米2(KJ/cm2)100毫瓦時/厘米2(mWh/cm2)=85.98卡/厘米2(cal/cm2)1兆焦/米2(MJ/m2)=23.889卡/厘米2(cal/cm2)=27.8毫瓦時/厘米2(mWh/cm2)當(dāng)輻射量的單位為卡/厘米2：年峰值日照時數(shù)=輻射量×0.0116（換算系數(shù)）當(dāng)輻射量的單位為兆焦/米2：年峰值日照時數(shù)=輻射量÷3.6（換算系數(shù)）當(dāng)輻射量單位為千瓦時/米2：峰值日照小時數(shù)=輻射量÷365天當(dāng)輻射量的單位為千焦/厘米2，峰值日照小時數(shù)=輻射量÷0.36（換算系數(shù)）2.5單位轉(zhuǎn)換年日輻照量、日照時間、日照時數(shù)、峰值日照時數(shù)有何區(qū)別？三、電池/組件基本計算3.1光電轉(zhuǎn)換效率η=

Pm(電池片的峰值功率)/A(電池片面積)×Pin(單位面積的入射光功率）3.2光伏組件外形參數(shù)電池片數(shù)目:72電池片面積:a=156*156mm^2面積:A72=1956*986mm^2電池片數(shù)目:60電池片面積:a=156*156mm^2面積:A72=1636*986mm^23.3光伏組件電性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)測試條件：1000W/m^2，AM1.5，25C.溫度影響一般來說，組件實際不工作在STC條件下，隨著光照增大，組件的溫度會逐漸升高，短路電流，開路電壓和最大功率都發(fā)生變化，如下:3.4串/并聯(lián)組合電池/組件串聯(lián)：電流相同，電壓累加。串聯(lián)：電池/組件并聯(lián)：電壓相同，電流累加。并聯(lián)：混聯(lián)：匹配組合失配組合1：凡是串連就會由于組件的電流差異造成電流損失；2：凡是并連就會由于組件的電壓差異造成電壓損失；3：失配組合損耗需要通過嚴(yán)格篩選組件來降低，采購和安裝時避免混檔。功率匹配損耗四、系統(tǒng)安裝及影響因素4.1陣列安裝角度傾斜角緯度組件水平傾角0°—25°傾角=緯度26°—40°傾角=緯度+5°—10°（在我國大部分地區(qū)采取+7°）41°—55°傾角=緯度+10°—15°緯度>55°傾角=緯度+15°—20°方位角方位角=【一天中負(fù)荷的峰值時刻(24h制)-12】×15+(經(jīng)度-116)固定安裝的太陽電池組件，為增加全年接收到的太陽輻照量，應(yīng)盡可能朝向赤道方向安裝，即朝向正南，同時組件應(yīng)該選擇最優(yōu)的傾角。組件最優(yōu)安裝傾角是由場址緯度和太陽輻照量的月際分布決定，可依據(jù)場址水平面太陽輻射數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對傾斜面太陽能總輻射量計算方法進(jìn)行優(yōu)化，計算得到最優(yōu)傾角，也可利用光伏電站設(shè)計專用軟件計算得到最優(yōu)傾角。經(jīng)驗公式：4.2陣列間距對于大型光伏電站，需要前后排布太陽電池組件方陣，光伏方陣距離的一般確定原則是冬至當(dāng)天早9：00至下午3：00太陽電池方陣不應(yīng)被遮擋，如圖所示。

上圖光伏陣列間距計算示意圖光伏陣列間距的計算公式是D=cosβ×L，L=H/tana，a=arcsin(sinfsind+cosfcosdcosw)太陽高度角的公式：sina=sinfsind+cosfcosdcosw太陽方位角的公式：sinβ=cosdsinw/cosa其中：f為當(dāng)?shù)鼐暥?；d為太陽赤緯，w為時角，上午9:00的時角為45度。對于太陽輻照資源非常豐富的地區(qū)，例如青海和西藏，光伏陣列的間距可以適當(dāng)加大，另外對于光輻照資源一般的地區(qū)，尤其是屋頂項目，考慮到土地或屋頂利用率，可以適當(dāng)減小光伏陣列的間距。4.3系統(tǒng)裝機(jī)容量影響因素用地面積單塊組件占地面積單塊組件功率電池效率組件效率4.4其它因素陰天最大輸出功率跟蹤大氣質(zhì)量其中，Cpan為光伏組件成本；Cstr為組件支架成本，Casb為安裝費，Ccab為電纜成本，Cbas為支架基礎(chǔ)成本，Ctrc為追蹤系統(tǒng)成本，Cpom為功率優(yōu)化系統(tǒng)成本，Cinv為逆變器成本，Cdis為高低壓配電系統(tǒng)成本，Ctrf為變壓器成本，Cacc為