光伏发电指标计算及影响因素分析

光伏电站常用计算及影响分析目录一.光伏发展背景二.太阳能资源三.电池/组件基本计算四.系统安装及影响因素一、光伏发展背景1.1光伏投资上世纪90年代开始，欧美等国家开始推广光伏商用，随着补贴政策的完善和并网技术的进步，光伏收益稳定，光伏电站逐渐成为一种投资项目。一次性投入，收益稳定，维护简单，政策补贴，使用寿命长1.2近年光伏装机容量2013年全球光伏发电行业新增装机容量达到3700万千瓦，比2012年增长24%,中国达11.8G，首居第一。1.3光伏投资主要影响因素1.成本电价(史博士公式):Tcost=Cp（1/Per+Rop+Rloan*Rintr-isub）/Hfp年均峰值日照时数补贴费用贷款利率贷款比例运维费率投资回收期单位装机容量装机成本单位成本电价2.发电收入:发电量电价太阳能资源相关光照、组件、安装…1.4电站发电量计算从光电能量转换来看，理论上光伏电站年发电量为：理论年发电量=年均太阳辐射总量*电池总面积*光电转换效率，假定所选为同一规格组件，则计算公式可变形为：理论年发电量=年均太阳辐射总量*电池总面积*光电转换效率

=年峰值日照时数*1000W/m^2*光电转换效率*电池总面积

=年峰值日照时数*1000W/m^2*光电转换效率*单个组件面积*组件数量=年峰值日照时数*组件额定功率Pmax*组件数量装机容量由于各种客观因素影响，光伏电站的实际发电量并没有那么多，用一个参数来描述它们间比例即系统效率：实际年发电量=理论年发电量*系统效率。1.太阳辐射量2.太阳电池组件的倾斜角度3.太阳电池组件的效率4.组合损失5.温度特性6.灰尘损失7.最大输出功率跟踪（MPPT）8.线路损失9.控制器、逆变器效率1.5电站发电量影响因素二、太阳能资源2.1太阳角度位置定义太阳赤纬角δ:正午时太阳光线与地球赤道面的交角,取正北为正，正南为负,[-23.45°23.45°]n为一年中的天数n=81天时δ=0，春分。库伯方程:与地理经纬度异同？太阳方位角：向量在地平面上投影线与南北方向线之间的夹角；太阳高度角：向量与地平面之间的夹角；2.2太阳高度角和方位角太阳能评估指标太阳能资源丰富程度太阳能资源稳定程度太阳能资源利用价值太阳能日资源最佳利用时段

以太阳总辐射的年总量为指标，进行太阳能资源丰富程度评估。

一年中各月日照时数大于6小时的天数最大值与最小值的比值。

利用各月日照时数大于6小时的天数为指标，反映一天中太阳能资源的利用价值。

利用太阳能日变化的特征作为指标，评估太阳能资源日变化规律。2.3太阳能资源评估指标全国日照条件分布图等级资源带号年总辐射量（MJ/m2）年总辐射量（kWh/m2）平均日辐射量（kWh/m2）平均峰值日照时(h)最丰富带I≥6300≥1750≥4.8≥4.8很丰富带II5040–63001400–17503.8–4.83.8–4.8较丰富带III3780–50401050–14002.9–3.82.9–3.8一般IV<3780<1050<2.9<2.9太阳能资源稳定程度指标稳定程度＜2稳定2～４较稳定＞4不稳定从气象站得到的资料一般只有水平面上的太阳辐射总量，对于倾斜面上的太阳辐射总量及太阳辐射的直散分离原理可得：Ht=Hbt+Hdt+HrtHt：倾斜面上的太阳辐射总量；Hbt：直接太阳辐射量；Hdt：

天空散射量;Hrt：地面反射辐射量Hrt。

2.4倾斜面上太阳辐射量倾斜面上的太阳辐射总量Ht由直接太阳辐射量Hbt、天空散射辐射量Hdt和地面反射辐射量Hrt三部分所组成倾斜面上天空散射辐射量Hdt由太阳光的辐射量和其余天空穹顶均匀分布的散射辐射量两部分组成。天空散射Hay模型地面反射辐射分量Hrt：通常可将地面的反射辐射看成是各向同性的，其大小为：其中为地面反射率，其数值取决于地面状态，各种地面的反射率如下表所示：各种地面反射率一般计算时，可取p=0.2，综上所述，斜面上太阳辐射量即为：1卡（cal）=4.1868焦(J)=1.16278毫瓦时(mWh)1千瓦时(kWh)=3.6兆焦(MJ)1千瓦时/㎡(KWh/㎡)=3.6兆焦/㎡(MJ/㎡)=0.36千焦/厘米2(KJ/cm2)100毫瓦时/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毫瓦时/厘米2(mWh/cm2)当辐射量的单位为卡/厘米2：年峰值日照时数=辐射量×0.0116（换算系数）当辐射量的单位为兆焦/米2：年峰值日照时数=辐射量÷3.6（换算系数）当辐射量单位为千瓦时/米2：峰值日照小时数=辐射量÷365天当辐射量的单位为千焦/厘米2，峰值日照小时数=辐射量÷0.36（换算系数）2.5单位转换年日辐照量、日照时间、日照时数、峰值日照时数有何区别？三、电池/组件基本计算3.1光电转换效率η=

Pm(电池片的峰值功率)/A(电池片面积)×Pin(单位面积的入射光功率）3.2光伏组件外形参数电池片数目:72电池片面积:a=156*156mm^2面积:A72=1956*986mm^2电池片数目:60电池片面积:a=156*156mm^2面积:A72=1636*986mm^23.3光伏组件电性能参数标准测试条件：1000W/m^2，AM1.5，25C.温度影响一般来说，组件实际不工作在STC条件下，随着光照增大，组件的温度会逐渐升高，短路电流，开路电压和最大功率都发生变化，如下:3.4串/并联组合电池/组件串联：电流相同，电压累加。串联：电池/组件并联：电压相同，电流累加。并联：混联：匹配组合失配组合1：凡是串连就会由于组件的电流差异造成电流损失；2：凡是并连就会由于组件的电压差异造成电压损失；3：失配组合损耗需要通过严格筛选组件来降低，采购和安装时避免混档。功率匹配损耗四、系统安装及影响因素4.1阵列安装角度倾斜角纬度组件水平倾角0°—25°倾角=纬度26°—40°倾角=纬度+5°—10°（在我国大部分地区采取+7°）41°—55°倾角=纬度+10°—15°纬度>55°倾角=纬度+15°—20°方位角方位角=【一天中负荷的峰值时刻(24h制)-12】×15+(经度-116)固定安装的太阳电池组件，为增加全年接收到的太阳辐照量，应尽可能朝向赤道方向安装，即朝向正南，同时组件应该选择最优的倾角。组件最优安装倾角是由场址纬度和太阳辐照量的月际分布决定，可依据场址水平面太阳辐射数据为基础，对倾斜面太阳能总辐射量计算方法进行优化，计算得到最优倾角，也可利用光伏电站设计专用软件计算得到最优倾角。经验公式：4.2阵列间距对于大型光伏电站，需要前后排布太阳电池组件方阵，光伏方阵距离的一般确定原则是冬至当天早9：00至下午3：00太阳电池方阵不应被遮挡，如图所示。

上图光伏阵列间距计算示意图光伏阵列间距的计算公式是D=cosβ×L，L=H/tana，a=arcsin(sinfsind+cosfcosdcosw)太阳高度角的公式：sina=sinfsind+cosfcosdcosw太阳方位角的公式：sinβ=cosdsinw/cosa其中：f为当地纬度；d为太阳赤纬，w为时角，上午9:00的时角为45度。对于太阳辐照资源非常丰富的地区，例如青海和西藏，光伏阵列的间距可以适当加大，另外对于光辐照资源一般的地区，尤其是屋顶项目，考虑到土地或屋顶利用率，可以适当减小光伏阵列的间距。4.3系统装机容量影响因素用地面积单块组件占地面积单块组件功率电池效率组件效率4.4其它因素阴天最大输出功率跟踪大气质量其中，Cpan为光伏组件成本；Cstr为组件支架成本，Casb为安装费，Ccab为电缆成本，Cbas为支架基础成本，Ctrc为追踪系统成本，Cpom为功率优化系统成本，Cinv为逆变器成本，Cdis为高低压配电系统成本，Ctrf为变压器成本，Cacc为