光伏電站發電量計算方法研究

浙江正泰新能源開發有限公司 ■ 章海燦楊松 羅易 諸榮耀 王良 沈道軍 周承軍

光伏電站發電量計算方法研究

浙江正泰新能源開發有限公司 ■ 章海燦*楊松 羅易 諸榮耀 王良 沈道軍 周承軍

光伏電站的發電量計算結果受多種因素影響，而發電量計算的準確性又影響到電站投資回報率的計算，決定了建設光伏電站的可行性。本文對比了標準法、組件面積法、標準小時法、經驗系數法4種計算方法各自的優缺點，并討論了4種方法的適用性。

光伏電站；發電量；計算方法

0　引言

光伏電站發電量除了主要受太陽能資源影響以外，還受光伏電站系統效率影響。中國是世界上太陽能資源最富有的地區之一，按太陽總輻射年輻照量可劃分為4個等級：最豐富(A)、很豐富(B)、豐富(C)及一般(D)，劃分標準見表1[1]。

光伏電站系統效率主要考慮的因素有：逆變器的效率損失、變壓器的損耗，灰塵及雨雪遮擋損失、光伏組件串并聯失配損失、交直流部分線路損失，以及其他損失。本文將根據太陽輻照數據及系統效率，用4種不同方法計算光伏電站發電量，并討論各種方法的適用性。

表1　太陽總輻射年輻照量等級

1　計算方法

下文將分別介紹標準法、組件面積法、標準小時數法、經驗系數法4種計算光伏電站發電量的方法。

1.1標準法

該計算方法由國家標準GB 50797-2012《光伏電站設計規范》[2]第6.6條規定：

1)光伏電站發電量預測應根據光伏電站所在地的太陽能資源情況，并考慮光伏電站系統設計、光伏方陣布置和環境條件等各種因素后計算。

2)光伏電站發電量根據式(1)計算：

式中，EP為發電量，kWh；HA為水平面太陽能總輻照量，kWh/m2，PAZ為組件安裝容量，kWp；ES為標準條件下的輻照度，常數為1 kWh/m2；K為綜合效率系數。

K包括：光伏組件類型修正系數、光伏方陣的傾角、方位角修正系數、光伏發電系統可用率、光照利用率、逆變器效率、集電線路損耗、升壓變壓器損耗、光伏組件表面污染修正系數、光伏組件轉換效率修正系數等。一般K 取75％～85％，視光伏電站內逆變器效率、變壓器損耗、組串布置、線路損失、陰影遮擋等情況而定。

1.2組件面積法

組件面積法公式是標準法計算公式的一個衍化公式，光伏電站發電量根據式(2)計算：

式中，S為所有組件面積總和，m2；K1為組件轉換效率，K1=組件標稱功率/組件面積×1000 W/m2×100％；K2為綜合效率系數。

K2包括：

1)光伏電站用電損耗和線路損耗：站內電氣設備用電和輸電線路損耗約占總發電量的3％，則對應的修正系數取97％。

2)逆變器效率：一般為95％～98％。

3)工作溫度造成的損耗：光伏組件效率隨溫度變化，與溫度成反比，溫度越高，效率越低；一般光伏組件工作溫度損耗約4％。

4)其他因素造成的損耗：除了上文提到的各項因素，影響光伏電站上網電量的因素還包括升壓變壓器損耗、不可利用的太陽輻照損失、電網吸納損失等，修正系數取95％。

1.3標準小時數法

標準小時數計算法是根據系統安裝容量和標準日照小時數進行計算的方法。光伏電站發電量根據式(3)計算：

式中，P為光伏電站系統安裝容量，kWp；H為光伏電站廠址所在地標準小時數，h。

1.4經驗系數法

光伏電站發電量根據式(4)計算：

式中，L為經驗系數，取值根據光伏電站站址所在地日照情況而定，一般取90％～180％。

2　具體案例分析

以寧夏石嘴山某地的20 MWp地面電站為例。該電站使用310 Wp多晶硅光伏組件，共計64800塊，尺寸為1656 mm×994 mm×40 mm；采用35 kV電壓等級接入電網。

2.1水平太陽能輻射量

該光伏電站站址暫無太陽能輻射長期觀測數據，因此選用Meleonorm 6.1太陽能輻射量數據進行分析。氣象數據庫日照輻射量如表2所示。

從表2可得，該項目當地水平太陽能輻射量為1680.3 kWh/m2，根據QX/T 89-2008《太陽能評估方法》判斷，該項目處于我國第II類太陽能資源豐富區域。

2.2光伏方陣最佳傾角

該項目光伏組件方陣全部采用固定式安裝，其最佳傾角取決于諸多因素，如地理位置、全年太陽輻射分布、直接輻射與散射輻射比例、負載供電要求和特定的場地條件等。并網光伏發電系統方陣的最佳安裝傾角是系統全年發電量最大時的傾角[3]。根據該項目所在地的緯度和當地太陽輻射數據，利用PVsyst 5.0軟件對支架傾角進行模擬分析[4]。

通過綜合分析得出，當光伏組件方陣的最佳傾角為39° 時，全年日平均太陽總輻射量相差不大(僅1％)。考慮安裝角度需在能滿足支架較好穩定性的角度范圍內，最終確定該項目固定支架的安裝角度為39° 。

表2　Meleonorm 6.1太陽能輻射量資料

2.3傾斜面太陽能輻射量

該項目當地水平太陽能輻射量為1680.3 kWh/m2，光伏組件方陣最佳傾角為39° ，根據PVsyst 5.0軟件分析得到當地傾斜面太陽能輻射為2162.3 kWh/m2。

2.4系統效率

該項目建設在大型地面上基本無朝向損失，影響電站總效率的關鍵因素主要是系統效率，而系統效率主要考慮的因素有逆變器的效率損失[5]、變壓器的效率損失，灰塵及雨雪遮擋損失、光伏組件串并聯不匹配損失、交直流部分線路損失、其他損失。該項目總效率的修正系數如表3所示。

從表3可得，該項目綜合效率為各項修正系數的乘積，為80.70％。

2.5年發電量計算

1)標準法：

2)組件面積法：

表3　光伏電站修正系數表

4)經驗系數法：

EP=PL=1.50×20000000=3000萬kWh

表4為寧夏石嘴山20 MW地面電站生產月報表(2016年1月1日采集數據)，該電站光伏組件以最佳傾角39°布置，預測發電量采用組件面積法，發電量每年衰減按3％計算。

從表4可以看出，每年的實際發電量與預測發電量有不小的差別，這是由于該電站屬于西部電站，省電力調度中心和地方電力調度中心會限電，要求光伏電站部分發電，導致實際發電量和預測發電量有較大差別。

表4　2013～2015年寧夏石嘴山20 MW地面電站生產月報表（月發電量：萬kWh）

3　討論與結論

通過上述計算可以看到，標準法、標準小時數法、組件面積法3種方法的計算結果基本一致，因為標準小時數的定義是太陽能輻照總量折算成在標準日照條件(1000 W/m2)下的日照峰值小時數，數值上標準小時數和單位轉換后的輻照量值相等。

1)標準法是根據太陽能總輻照量、組件安裝容量、綜合效率系數計算發電量，是最全面的一種計算方法，但是對綜合效率系數的把握是一個考驗，一般取75％～85％，視情況而定。

2)組件面積法是標準法的變化公式，適合用于傾角安裝的項目，根據水平輻照度換算成傾斜面輻照度，即可計算出較準確的發電量。

3)標準小時數法也是標準法的變化公式，這種方法簡單方便，還可用于日平均發電量計算，適用范圍廣。

4)經驗系數法是估算發電量最快捷的方法。

一般現場估算發電量采用經驗系數法，編寫可研報告等書面材料時采用其他3種方法。

[1] GB/T 31155-2014，太陽能資源等級 總輻射[S].

[2] GB 50797-2012,光伏電站設計規范[S].

[3] 胡玉杰.基于無線傳感器網絡在光伏監控系統中應用于研究[D].無錫:江南大學, 2012.

[4] 練成雄.淺談光伏發電與校園建筑的應用[J].日用電器, 2013, (10): 57-60.

[5] 王海華,朝學棟,李劍鋒.一種離網型“風光柴儲”一體化應用系統設計[J].電力建設, 2013, (8): 06-08.

2016-04-07

章海燦(1992—)，男，系統工程師，主要從事光伏發電系統的技術研究及電氣設計工作。Haican.Zhang@astronergy.com