2.2 光伏发电系统评价指标
2.2.1 峰值日照时数与发电量计算
2.2.1.1 峰值日照时数与资源分区
首先要区分日照时间与日照时数概念的差异。
日照时间是指太阳光一天之中从日出到日落的照射时间。日照时数是指某地一天之中太阳光达到一定的辐照度(通常以气象台站测定的120W/m2为标准)时直到小于此值所经过的时间。显然,日照时数小于日照时间。
峰值日照时数是将当地的太阳辐射量,折算成标准测试条件(辐照度G=1000W/m2)下的时数。即一段时间内(逐月或年)太阳总辐射量H与地表水平面上标准辐照度G之比H/G,有时也称之为等效利用时数。国际上,通常将太阳能资源分为三类地区:
①高辐照度地区(2200kW·h/m2·a),如美国西南部及非洲撒哈拉沙漠;
②中辐照度地区(1700kW·h/m2·a),如美国大部分地区及欧洲南部等;
③低辐照度地区(1100kW·h/m2·a),如中欧、德国等。
中国的太阳能资源分区如表2-1所列。
表2-1 中国太阳能资源带的年峰值日照时数
我们可以从气象部门获得水平面太阳能总辐射量,继而利用本书1.3节介绍的方法或直接利用如Retscreen之类软件计算固定倾角方阵倾斜面上的太阳总辐射量,结果应比水平面上的高出10%~15%。
2.2.1.2 发电量估算
在光伏发电系统(电站)正式立项前,必须对光伏阵列发电量进行预测。这是预可行性或可行性研究报告中不可或缺的。因为投资者考虑在某地投资建设光伏发电项目时就迫切知道其发电量,以了解项目执行后可预期的利润水平和减排CO2量的潜力等经济社会效益。当然影响发电成本或上网电价的因素包括当地太阳能资源、光伏系统效率和发电量、系统可靠性以及电网质量、初始投资规模、运行维护费用、贷款比例和利率税收等一系列因素,但发电量是最为重要指标之一。如一段时间设为年,则光伏发电系统(电站)的年发电量估算公式为:
EAC=K·P0·Yr (2-1)
式中 EAC——光伏系统年发电量(交流),kW·h;
P0——光伏阵列额定直流功率,kW;
Yr——太阳能年峰值日照时数,h;
K——综合系统效率。
关于K值,影响因素很多,包括光伏组件串、并联匹配损失、温升损失、组件性能衰减、线路损失、遮蔽和尘埃污渍损失等综合影响。可参见本书第3章太阳能光伏发电系统的设计原理和方法的3.1节参数分析法中的详细分析。为一目了然,给出列表2-2。由表可知,最佳的K值为0.84。工程设计中,K值的把握与实际经验有关。目前对于国内估算光伏系统发电量,K值对于独立型光伏电站取60%~70%;对集中式并网光伏电站取80%~85%;对分布式并网光伏系统取75%~80%。
表2-2 影响综合系统效率的各种因素
2.2.2 光伏发电系统性能比
在评价光伏电站系统性能中,性能比(Performance Ratio,PR)是主要指标之一。它定义为光伏发电量与太阳能资源量的比值,即
性能比=满功率发电小时数/峰值日照时数=实际交流发电量/理想状态直流发电量
用公式表示:
(2-2)
对照前面发电量计算公式(2-1),性能比PR就等同于综合系统效率K。由于所反映的因素包括:系统的电器效率(组件串并联损失、逆变器效率、变压器效率及其他设备效率、温升损失、线路损失等)、组件衰退、遮挡情况、光反射损失MPPT误差、测量误差、故障情况和运行维护水平,无疑性能比是光伏系统最重要的评价指标。这个指标排除了地域和太阳能资源差异,比较客观地反映了光伏系统自身的性能和质量。
另外,再进行温度和光谱校正,排除这两方面的差异后就可称为标准性能比。将性能比除以占地面积就得到单位占地性能比,即不但质量好,且占地设计也优。