黄佐菊
重庆三峡职业学院，重庆 400155
摘要：随着国家对环境保护的重视，特别是习总书记提出了“碳达峰”和“碳中和”的减排目标，新能源发展建设深入人心，越来越多的人关注分布式光伏电站建设。在电站设计以及运维过程中，发电量的估算都是非常必要的。以重庆为例，建设1MW电站，通过容量法、面积法、估算法三种不同的方式得到光伏电站发电量较为一致。
关键词：光伏电站、发电量、估算
1.光伏系统发电量计算必要性
随着全球变暖、环境污染，各国对环境越来越重视。习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上表示，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳的碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取到2060年前实现“碳中和”。为了实现这一目标，其中的一项措施就是到2030年风电、光伏发电累计装机容量达到12亿千瓦以上[1]。国家的大力支持，有兴趣安装光伏电站的人越来越多。不少非专业的同志就会产生疑问，如果要在自家楼顶安装一个光伏电站一年能发多少电？本文就通过三种方法较为准确地预测光伏系统发电量。
1.1 光伏系统设计可行性分析
光伏系统在建设之前，要对系统进行设计，通常包括光伏组件、逆变器、电缆、支架等主要部件参数选型、组件串并联方式、并网系统上网方式、离网系统蓄电池选择等方面考虑和设计。除了设计光伏电站如何建设，其中还有一个重要部分就是经济性分析。需要根据光伏电站设计预测电站建设成本，建设完成后运行维护成本，出售电站发电的收益或者由于自身使用光伏电站的电而没有使用电网电节约的资金的收益。因此，从经济上分析光伏电站的可行性，其中最主要的一点就是对将要建设的光伏电站理论的发电量进行较为准确的估计。
1.2 光伏系统运行过程中可靠性分析
光伏电站建设完成以后要进行运行维护，确保光伏电站正常运行。通常通过光伏电站发电量来判断是否正常运行。如果当天光伏电站的发电量低于预计发电量，根据数据对比分析找出可能存在的问题，再有针对性解决问题，直到实际发电量接近预期发电量。
2.光伏系统发电量计算方法
光伏电站发电量受环境影响因素大，不同地区、不同安装方式、不同条件都会影响最终发电量。在预测光伏电站发电量时应考虑电站所在地的太阳能资源情况、光伏方阵布置、环境条件等各种因素。
2.1 根据光伏系统容量计算
光伏容量计算方法需要已知安装完成后的电站容量、安装当地的太阳辐射强度，以及系统综合效率。太阳辐射强度可以利用气象数据软件，常见的有NASA、Meteonorm进行查询，有条件的也可以咨询当地气象部门的气象数据，一般为最近30年太阳辐射情况平均值。其发电量计算公式为：Ep=HA×PAZ×K[2]
式中：
HA——为水平面太阳能年总辐照量(kW·h/m2，峰值小时数);
Ep——为上网发电量(kW·h);
PAZ ——系统安装容量(kWp);
K ——为综合效率系数。
综合效率系数K是考虑了各种因素影响后的修正系数，其中包括：光伏组件类型修正系数、光伏发电系统可用率、光伏方阵的倾角、方位角修正系数、光照利用率、逆变器效率、电路损耗、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。总的来讲，K的取值根据具体情况而定，一般在75%-85%之间。
2.2 根据光伏系统面积计算
面积计算法需要首先选定光伏组件，并查询该组件参数，包括尺寸、发电效率、功率，其发电量计算公式为：Ep=HA×S×K1×K2
式中：
HA——为倾斜面太阳能总辐照量(kW·h/m2);
S——为组件面积总和(m2)
K1 ——组件转换效率;
K2 ——为系统综合效率。
组件面积S和转换效率K1可以在每块组件背面铭牌上查到。综合效率系数K2类似于容量计算法的综合效率，是考虑了各种因素影响后的修正系数，一般在75%-85%之间。
这种计算方法适用于倾角安装和薄膜电池安装的项目，只要得到倾斜面辐照度(或根据水平辐照度进行换算：倾斜面辐照度=水平面辐照度/cosα，α为倾斜面的倾角)，就可以计算出较准确的数据。
2.3 快速估算
2.3.1我国日照资源分布情况
我国地域广阔，太阳能资源丰富，中国大陆各地区太阳能年均辐射量为4808MJ/m2。但我国太阳能资源分布不均，辐射力最强的西藏定日能达到8014MJ/m2，日照时数为3376h/a，最低的四川宝兴2995MJ/m2，日照时数为753h/a[3]。
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图1 我国累计日照时数分布图[4]
2.3.2经验系数法估算发电量
光伏发电站年均发电量Ep：Ep=P×K1
式中：
P——为系统安装容量(Wp);
K1 ——为经验系数(取值根据当地日照情况，一般取值0.6~2.5)。
这种计算方法是根据当地光伏项目实际运营经验总结而来，是估算年均发电量最快捷的方法。
2.4 以重庆万州某光伏电站为例
以重庆市某地的1MWp项目为例，系统效率按80%计算，通过三种方法计算项目预计年发电量。
2.4.1 太阳辐射强度
根据PVSYST 6.8.1，将项目建设地点定位于重庆地区，从Meteonorm数据库得到年平均辐射强度为每天2.43 kW·h/m2。
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图2 重庆地区太阳辐射强度[5]
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图3 通威单晶叠瓦PERC THxxxPM5-72SB系列组件电性能参数和机械参数
如果我们选用通威单晶叠瓦PERC THxxxPM5-72SB系列组件中功率为480Wp的组件，其长宽为2056*1140mm，发电效率为20.5%。
2.4.2 计算理论发电量
太阳能辐射强度每天2.43 kW·h/m2，每年辐射为2.43kW·h/m2×365，选用480Wp的组件建设1MW的电站需要2083.33块，我们这里取整数2084块。重庆属于辐射强度低的地区之一，我们这里取最低的系数0.7作为经验法的系数。
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备注：计算过程中，要保证计算单位和公式一致。
容量法和面积法计算年发电量为7.1×105 kwh，经验法年发电量为7.0×105 kwh，三种方法计算数据较为一致。容量法适宜于计算晶体硅组件和常规地面电站，面积法适用于晶体硅和薄膜电站，经验法可以快速得到大致的发电量。
3. 总结
较为准确地估算发电量有助于对电站进行经济性分析以及运维过程中判断电站是否正常运行。容量法、面积法和经验法计算得到的年发电量较为一致。在具体使用过程中，可以根据不同的已知条件选择不同的估算方法。容量法和面积法需要知道当地太阳辐射量，经验法需要从业者根据经验选取合适的经验系数。
参考文献
[1] 国务院关于落实《政府工作报告》重点工作分工的意见 国发[2021]6号
[2] 《光伏发电站设计规范 GB50797-2012》
[3] 黄晓龙，陈中钰，赵晓莉等.中国大陆太阳能资源分布及其评估［J］.第一届全国能源与气象学术会议论文集，2016，4:56
[4] 中国国家气候中心
[5] PVSYST 6.8.1 ，meteonorm 7.2