光伏電站發(fā)電量計(jì)算方法研究

浙江正泰新能源開發(fā)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(fā)電量計(jì)算方法研究

浙江正泰新能源開發(fā)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(fā)電量計(jì)算結(jié)果受多種因素影響，而發(fā)電量計(jì)算的準(zhǔn)確性又影響到電站投資回報(bào)率的計(jì)算，決定了建設(shè)光伏電站的可行性。本文對(duì)比了標(biāo)準(zhǔn)法、組件面積法、標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)法、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法4種計(jì)算方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并討論了4種方法的適用性。

光伏電站；發(fā)電量；計(jì)算方法

0　引言

光伏電站發(fā)電量除了主要受太陽(yáng)能資源影響以外，還受光伏電站系統(tǒng)效率影響。中國(guó)是世界上太陽(yáng)能資源最富有的地區(qū)之一，按太陽(yáng)總輻射年輻照量可劃分為4個(gè)等級(jí)：最豐富(A)、很豐富(B)、豐富(C)及一般(D)，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1[1]。

光伏電站系統(tǒng)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(lián)失配損失、交直流部分線路損失，以及其他損失。本文將根據(jù)太陽(yáng)輻照數(shù)據(jù)及系統(tǒng)效率，用4種不同方法計(jì)算光伏電站發(fā)電量，并討論各種方法的適用性。

表1　太陽(yáng)總輻射年輻照量等級(jí)

1　計(jì)算方法

下文將分別介紹標(biāo)準(zhǔn)法、組件面積法、標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)數(shù)法、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法4種計(jì)算光伏電站發(fā)電量的方法。

1.1標(biāo)準(zhǔn)法

該計(jì)算方法由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50797-2012《光伏電站設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]第6.6條規(guī)定：

1)光伏電站發(fā)電量預(yù)測(cè)應(yīng)根據(jù)光伏電站所在地的太陽(yáng)能資源情況，并考慮光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光伏方陣布置和環(huán)境條件等各種因素后計(jì)算。

2)光伏電站發(fā)電量根據(jù)式(1)計(jì)算：

式中，EP為發(fā)電量，kWh；HA為水平面太陽(yáng)能總輻照量，kWh/m2，PAZ為組件安裝容量，kWp；ES為標(biāo)準(zhǔn)條件下的輻照度，常數(shù)為1 kWh/m2；K為綜合效率系數(shù)。

K包括：光伏組件類型修正系數(shù)、光伏方陣的傾角、方位角修正系數(shù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)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(shù)、光伏組件轉(zhuǎn)換效率修正系數(shù)等。一般K 取75％～85％，視光伏電站內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)法計(jì)算公式的一個(gè)衍化公式，光伏電站發(fā)電量根據(jù)式(2)計(jì)算：

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

K2包括：

1)光伏電站用電損耗和線路損耗：站內(nèi)電氣設(shè)備用電和輸電線路損耗約占總發(fā)電量的3％，則對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)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(xiàng)因素，影響光伏電站上網(wǎng)電量的因素還包括升壓變壓器損耗、不可利用的太陽(yáng)輻照損失、電網(wǎng)吸納損失等，修正系數(shù)取95％。

1.3標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)數(shù)法

標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)數(shù)計(jì)算法是根據(jù)系統(tǒng)安裝容量和標(biāo)準(zhǔn)日照小時(shí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算的方法。光伏電站發(fā)電量根據(jù)式(3)計(jì)算：

式中，P為光伏電站系統(tǒng)安裝容量，kWp；H為光伏電站廠址所在地標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)數(shù)，h。

1.4經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法

光伏電站發(fā)電量根據(jù)式(4)計(jì)算：

式中，L為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值根據(jù)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(jì)64800塊，尺寸為1656 mm×994 mm×40 mm；采用35 kV電壓等級(jí)接入電網(wǎng)。

2.1水平太陽(yáng)能輻射量

該光伏電站站址暫無(wú)太陽(yáng)能輻射長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此選用Meleonorm 6.1太陽(yáng)能輻射量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。氣象數(shù)據(jù)庫(kù)日照輻射量如表2所示。

從表2可得，該項(xiàng)目當(dāng)?shù)厮教?yáng)能輻射量為1680.3 kWh/m2，根據(jù)QX/T 89-2008《太陽(yáng)能評(píng)估方法》判斷，該項(xiàng)目處于我國(guó)第II類太陽(yáng)能資源豐富區(qū)域。

2.2光伏方陣最佳傾角

該項(xiàng)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(yáng)輻射分布、直接輻射與散射輻射比例、負(fù)載供電要求和特定的場(chǎng)地條件等。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)方陣的最佳安裝傾角是系統(tǒng)全年發(fā)電量最大時(shí)的傾角[3]。根據(jù)該項(xiàng)目所在地的緯度和當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射數(shù)據(jù)，利用PVsyst 5.0軟件對(duì)支架傾角進(jìn)行模擬分析[4]。

通過綜合分析得出，當(dāng)光伏組件方陣的最佳傾角為39° 時(shí)，全年日平均太陽(yáng)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(wěn)定性的角度范圍內(nèi)，最終確定該項(xiàng)目固定支架的安裝角度為39° 。

表2　Meleonorm 6.1太陽(yáng)能輻射量資料

2.3傾斜面太陽(yáng)能輻射量

該項(xiàng)目當(dāng)?shù)厮教?yáng)能輻射量為1680.3 kWh/m2，光伏組件方陣最佳傾角為39° ，根據(jù)PVsyst 5.0軟件分析得到當(dāng)?shù)貎A斜面太陽(yáng)能輻射為2162.3 kWh/m2。

2.4系統(tǒng)效率

該項(xiàng)目建設(shè)在大型地面上基本無(wú)朝向損失，影響電站總效率的關(guān)鍵因素主要是系統(tǒng)效率，而系統(tǒng)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(lián)不匹配損失、交直流部分線路損失、其他損失。該項(xiàng)目總效率的修正系數(shù)如表3所示。

從表3可得，該項(xiàng)目綜合效率為各項(xiàng)修正系數(shù)的乘積，為80.70％。

2.5年發(fā)電量計(jì)算

1)標(biāo)準(zhǔn)法：

2)組件面積法：

表3　光伏電站修正系數(shù)表

4)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法：

EP=PL=1.50×20000000=3000萬(wàn)kWh

表4為寧夏石嘴山20 MW地面電站生產(chǎn)月報(bào)表(2016年1月1日采集數(shù)據(jù))，該電站光伏組件以最佳傾角39°布置，預(yù)測(cè)發(fā)電量采用組件面積法，發(fā)電量每年衰減按3％計(jì)算。

從表4可以看出，每年的實(shí)際發(fā)電量與預(yù)測(cè)發(fā)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(diào)度中心和地方電力調(diào)度中心會(huì)限電，要求光伏電站部分發(fā)電，導(dǎo)致實(shí)際發(fā)電量和預(yù)測(cè)發(fā)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(chǎn)月報(bào)表（月發(fā)電量：萬(wàn)kWh）

3　討論與結(jié)論

通過上述計(jì)算可以看到，標(biāo)準(zhǔn)法、標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)數(shù)法、組件面積法3種方法的計(jì)算結(jié)果基本一致，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)小時(shí)數(shù)的定義是太陽(yáng)能輻照總量折算成在標(biāo)準(zhǔn)日照條件(1000 W/m2)下的日照峰值小時(shí)數(shù)，數(shù)值上標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)數(shù)和單位轉(zhuǎn)換后的輻照量值相等。

1)標(biāo)準(zhǔn)法是根據(jù)太陽(yáng)能總輻照量、組件安裝容量、綜合效率系數(shù)計(jì)算發(fā)電量，是最全面的一種計(jì)算方法，但是對(duì)綜合效率系數(shù)的把握是一個(gè)考驗(yàn)，一般取75％～85％，視情況而定。

2)組件面積法是標(biāo)準(zhǔn)法的變化公式，適合用于傾角安裝的項(xiàng)目，根據(jù)水平輻照度換算成傾斜面輻照度，即可計(jì)算出較準(zhǔn)確的發(fā)電量。

3)標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)數(shù)法也是標(biāo)準(zhǔn)法的變化公式，這種方法簡(jiǎn)單方便，還可用于日平均發(fā)電量計(jì)算，適用范圍廣。

4)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法是估算發(fā)電量最快捷的方法。

一般現(xiàn)場(chǎng)估算發(fā)電量采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法，編寫可研報(bào)告等書面材料時(shí)采用其他3種方法。

[1] GB/T 31155-2014，太陽(yáng)能資源等級(jí) 總輻射[S].

[2] GB 50797-2012,光伏電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 胡玉杰.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在光伏監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用于研究[D].無(wú)錫:江南大學(xué), 2012.

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

[5] 王海華,朝學(xué)棟,李劍鋒.一種離網(wǎng)型“風(fēng)光柴儲(chǔ)”一體化應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力建設(shè), 2013, (8): 06-08.

2016-04-07

章海燦(1992—)，男，系統(tǒng)工程師，主要從事光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)研究及電氣設(shè)計(jì)工作。Haican.Zhang@astronergy.com