光伏电站发电量计算方法研究

浙江正泰新能源开发有限公司 ■ 章海灿杨松 罗易 诸荣耀 王良 沈道军 周承军

光伏电站发电量计算方法研究

浙江正泰新能源开发有限公司 ■ 章海灿*杨松 罗易 诸荣耀 王良 沈道军 周承军

光伏电站的发电量计算结果受多种因素影响，而发电量计算的准确性又影响到电站投资回报率的计算，决定了建设光伏电站的可行性。本文对比了标准法、组件面积法、标准小时法、经验系数法4种计算方法各自的优缺点，并讨论了4种方法的适用性。

光伏电站；发电量；计算方法

0　引言

光伏电站发电量除了主要受太阳能资源影响以外，还受光伏电站系统效率影响。中国是世界上太阳能资源最富有的地区之一，按太阳总辐射年辐照量可划分为4个等级：最丰富(A)、很丰富(B)、丰富(C)及一般(D)，划分标准见表1[1]。

光伏电站系统效率主要考虑的因素有：逆变器的效率损失、变压器的损耗，灰尘及雨雪遮挡损失、光伏组件串并联失配损失、交直流部分线路损失，以及其他损失。本文将根据太阳辐照数据及系统效率，用4种不同方法计算光伏电站发电量，并讨论各种方法的适用性。

表1　太阳总辐射年辐照量等级

1　计算方法

下文将分别介绍标准法、组件面积法、标准小时数法、经验系数法4种计算光伏电站发电量的方法。

1.1标准法

该计算方法由国家标准GB 50797-2012《光伏电站设计规范》[2]第6.6条规定：

1)光伏电站发电量预测应根据光伏电站所在地的太阳能资源情况，并考虑光伏电站系统设计、光伏方阵布置和环境条件等各种因素后计算。

2)光伏电站发电量根据式(1)计算：

式中，EP为发电量，kWh；HA为水平面太阳能总辐照量，kWh/m2，PAZ为组件安装容量，kWp；ES为标准条件下的辐照度，常数为1 kWh/m2；K为综合效率系数。

K包括：光伏组件类型修正系数、光伏方阵的倾角、方位角修正系数、光伏发电系统可用率、光照利用率、逆变器效率、集电线路损耗、升压变压器损耗、光伏组件表面污染修正系数、光伏组件转换效率修正系数等。一般K 取75％～85％，视光伏电站内逆变器效率、变压器损耗、组串布置、线路损失、阴影遮挡等情况而定。

1.2组件面积法

组件面积法公式是标准法计算公式的一个衍化公式，光伏电站发电量根据式(2)计算：

式中，S为所有组件面积总和，m2；K1为组件转换效率，K1=组件标称功率/组件面积×1000 W/m2×100％；K2为综合效率系数。

K2包括：

1)光伏电站用电损耗和线路损耗：站内电气设备用电和输电线路损耗约占总发电量的3％，则对应的修正系数取97％。

2)逆变器效率：一般为95％～98％。

3)工作温度造成的损耗：光伏组件效率随温度变化，与温度成反比，温度越高，效率越低；一般光伏组件工作温度损耗约4％。

4)其他因素造成的损耗：除了上文提到的各项因素，影响光伏电站上网电量的因素还包括升压变压器损耗、不可利用的太阳辐照损失、电网吸纳损失等，修正系数取95％。

1.3标准小时数法

标准小时数计算法是根据系统安装容量和标准日照小时数进行计算的方法。光伏电站发电量根据式(3)计算：

式中，P为光伏电站系统安装容量，kWp；H为光伏电站厂址所在地标准小时数，h。

1.4经验系数法

光伏电站发电量根据式(4)计算：

式中，L为经验系数，取值根据光伏电站站址所在地日照情况而定，一般取90％～180％。

2　具体案例分析

以宁夏石嘴山某地的20 MWp地面电站为例。该电站使用310 Wp多晶硅光伏组件，共计64800块，尺寸为1656 mm×994 mm×40 mm；采用35 kV电压等级接入电网。

2.1水平太阳能辐射量

该光伏电站站址暂无太阳能辐射长期观测数据，因此选用Meleonorm 6.1太阳能辐射量数据进行分析。气象数据库日照辐射量如表2所示。

从表2可得，该项目当地水平太阳能辐射量为1680.3 kWh/m2，根据QX/T 89-2008《太阳能评估方法》判断，该项目处于我国第II类太阳能资源丰富区域。

2.2光伏方阵最佳倾角

该项目光伏组件方阵全部采用固定式安装，其最佳倾角取决于诸多因素，如地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例、负载供电要求和特定的场地条件等。并网光伏发电系统方阵的最佳安装倾角是系统全年发电量最大时的倾角[3]。根据该项目所在地的纬度和当地太阳辐射数据，利用PVsyst 5.0软件对支架倾角进行模拟分析[4]。

通过综合分析得出，当光伏组件方阵的最佳倾角为39° 时，全年日平均太阳总辐射量相差不大(仅1％)。考虑安装角度需在能满足支架较好稳定性的角度范围内，最终确定该项目固定支架的安装角度为39° 。

表2　Meleonorm 6.1太阳能辐射量资料

2.3倾斜面太阳能辐射量

该项目当地水平太阳能辐射量为1680.3 kWh/m2，光伏组件方阵最佳倾角为39° ，根据PVsyst 5.0软件分析得到当地倾斜面太阳能辐射为2162.3 kWh/m2。

2.4系统效率

该项目建设在大型地面上基本无朝向损失，影响电站总效率的关键因素主要是系统效率，而系统效率主要考虑的因素有逆变器的效率损失[5]、变压器的效率损失，灰尘及雨雪遮挡损失、光伏组件串并联不匹配损失、交直流部分线路损失、其他损失。该项目总效率的修正系数如表3所示。

从表3可得，该项目综合效率为各项修正系数的乘积，为80.70％。

2.5年发电量计算

1)标准法：

2)组件面积法：

表3　光伏电站修正系数表

4)经验系数法：

EP=PL=1.50×20000000=3000万kWh

表4为宁夏石嘴山20 MW地面电站生产月报表(2016年1月1日采集数据)，该电站光伏组件以最佳倾角39°布置，预测发电量采用组件面积法，发电量每年衰减按3％计算。

从表4可以看出，每年的实际发电量与预测发电量有不小的差别，这是由于该电站属于西部电站，省电力调度中心和地方电力调度中心会限电，要求光伏电站部分发电，导致实际发电量和预测发电量有较大差别。

表4　2013～2015年宁夏石嘴山20 MW地面电站生产月报表（月发电量：万kWh）

3　讨论与结论

通过上述计算可以看到，标准法、标准小时数法、组件面积法3种方法的计算结果基本一致，因为标准小时数的定义是太阳能辐照总量折算成在标准日照条件(1000 W/m2)下的日照峰值小时数，数值上标准小时数和单位转换后的辐照量值相等。

1)标准法是根据太阳能总辐照量、组件安装容量、综合效率系数计算发电量，是最全面的一种计算方法，但是对综合效率系数的把握是一个考验，一般取75％～85％，视情况而定。

2)组件面积法是标准法的变化公式，适合用于倾角安装的项目，根据水平辐照度换算成倾斜面辐照度，即可计算出较准确的发电量。

3)标准小时数法也是标准法的变化公式，这种方法简单方便，还可用于日平均发电量计算，适用范围广。

4)经验系数法是估算发电量最快捷的方法。

一般现场估算发电量采用经验系数法，编写可研报告等书面材料时采用其他3种方法。

[1] GB/T 31155-2014，太阳能资源等级 总辐射[S].

[2] GB 50797-2012,光伏电站设计规范[S].

[3] 胡玉杰.基于无线传感器网络在光伏监控系统中应用于研究[D].无锡:江南大学, 2012.

[4] 练成雄.浅谈光伏发电与校园建筑的应用[J].日用电器, 2013, (10): 57-60.

[5] 王海华,朝学栋,李剑锋.一种离网型“风光柴储”一体化应用系统设计[J].电力建设, 2013, (8): 06-08.

2016-04-07

章海灿(1992—)，男，系统工程师，主要从事光伏发电系统的技术研究及电气设计工作。Haican.Zhang@astronergy.com