光伏发电核心指标与计算方法.docx

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1、光伏发电核心指标与计算方法一、功率单位：千瓦、兆瓦、吉瓦瓦特(W)是国际单位制的功率单位，其定义为每秒产生或消耗1焦耳的能量，即1瓦特等于I焦耳/秒(Js):常见的功率单位之间的换算关系如下：100O瓦特(W)=1千瓦(kW)100O千瓦(kW)=1兆瓦(MW)100O兆瓦(MW)=1吉瓦(GW)为了帮助建立直观的概念，我们可以通过一些实际例子来感受这些单位的大小差异。瓦常用于表示机械设备的功率，例如，一个小型电热器的功率大约为1千瓦(kW)O兆瓦通常用于描述中大型发电厂的发电能力，一个10兆瓦(WW)的太阳能发电站每天可以为大约3,000到4,000个家庭提供电力。吉瓦则表示更大的功率规模，

2、比如，三峡水电站作为世界上最大的水力发电站，总装机容量为22.5吉瓦(GW),有时也习惯性地表示为2,250万千瓦。二、能量单位：度、焦耳、卡路里功率和能量之间的关系可以理解为速率与总量的关系。具体来说,功率表示的是单位时间内能量的产生或消耗速率，二者的关系可以概括为：能量=功率X时间。举例来说，】千瓦功率在1小时内做的功就是1瓦时(kWh),通常简称为“度”。除了瓦时外，能量单位还包括焦耳(J)和卡路里(CaI)O它们之间的换算关系如下：图1.能量单位换算表千此时(kWh)你H(I)K路甲(Ca1.)1H(kWh)13.6IO68.598XIOs1焦H(J)=2.7777810”10.239

3、1K路里(CaI)二1.163X10-64.21在常规的使用场景下，千瓦时主要用于电力消耗和发电量的计量,更易依据电器使用时数来计算。而焦耳是国际单位制中标准的能量单位，用于描述机械能、电能、热能等。卡路里则主要用于营养学和食品科学中，用来表示食物的能量含量，以及在运动和健康中计算人体能量的摄入与消耗。三、太阳辐射，强度、能量、时数在理解太阳能时，需要区分两个重要概念：日照强度和太阳辐射能量，分别对应了功率和能量的概念。日照强度是指每单位面积上瞬间接收到的太阳能量，单位为瓦特/平方米(Wm2)；太阳藉射能量则是口照强度随时间积累的总量，表示为每单位面积在一定时间内以电磁辐射的形式从太阳接收到的

4、能量，通常使用百万焦耳/平方米(MJZm2)或千瓦时/平方米(kWhm2)作为单位。我们可以使用以下积分公式将日照强度(1()转换为太阳辐射能量()：当太阳光以约1361眼4的功率到达大气层上方时，地表所能接收到的宜达口射约为1000Wm2,加之扩散口射的影响，水平面上的全天空日射约为U20Wr112根据我国太阳能资源总量等级划分标准，太阳能资源被分为四个等级：最丰富(2175OkWh/m?)、很丰富(Moo1750kWhm2)、丰富(1050140OkWh/n?)、一般(1050kWhm2)。参考2023年中国气象局的观测结果，西藏、新疆、内蒙古及各别地区受地形影响外，大部分省份的年水平面总

5、辐照量在1050、MOokWh/m?的范围内。图2：2023年全国年水平面总辐照量分布图（单位IkWhm2）来源：中国气象局风能太阳能中心近年来，气候变化导致了全国太阳辐照量的显著波动。正如图中所示,2023年全国太阳能资源较近30年平均值减少了23.6kWhm2。这种波动表明，气候变化正在影响太阳能资源的稳定性，对依赖太阳能发电的项目带来了挑战，需要在规划时考虑这些不确定因素。图3：全国平均年水平面总辐照年际变化（单位：kWh三2）房年一IH3-2)凄9si-*IH4tMI9MMX02200420MM0XnO2012201420120KK2年份来源：中国气象局风能太阳能中心在分析太阳将射时，

6、还常使用峰值日照时数来表示太阳将射的强度，单位为小时（三）,注意与日照时数这一概念区分。一个标准年份包含8760小时，日照时数被定义为日照强度超过120Wm2的小时数。我国新疆、青海、西藏等地区海拔较高，空气稀薄，年R照时数通常超过3000小时，而川渝等多山多云地区年日照时数相对较低，通常在100（T2000小时之间。峰值日照时数则是通过假设日照强度为100OWA?,将太阳辐射能量转换而来，计算公式如下：峰值日照时数太阳辐射能量日照强度因此，峰值日照时数的数值与太阳辐射能量成正比，相比于FI照时数，峰值日照时数可能略小。四、装机容量的计算：组件型号与转化效率在前面，我们已经了解r功率、能量以及

7、太阳辐射的基本概念，现在我们终于可以将这些知识应用到光伏发电的领域中了。光伏组件是由多个光伏模版互连组成的太阳能板阵列。假设一个光伏板有60个电池片(So1.arCe1.1.s),每个电池片的标称功率为5W,则这块光伏板的总功率为5WX60=300W.其中，电池片的标称功率也被称为峰值功率(WP=Wpeak),通常是在标准测试条件下测量的，这些条件包括光照强度100oWm2,温度25C等。的最优情形下，光生伏打效应(PhoIOVoIIaiCeffect)的转换效率仍然有其理论上限。转换效率是指太阳能电池组件将太阳能转化为电能的能力。随着技术的进步，转化效率在一定程度下增高，峰值功率也会相应提升

8、。转换效率的计算公式如下：转换效率理论发电量太阳辐射能量组件面积转换效率组件总功率实验室光照强度组件面积根据中国光伏协会(CPIA)的统计,2023年P型PERC电池平均转换效率达到23.4%,N型TOPCon电池平均转换效率达到了25.0%。不同品牌和型号的光伏组件功率相差较大，且考虑到硅片大小和电池片数量的差异，每块组件的总功率大约在300W至700W之间，组件面积通常在两到三平方米左右。由此计弊得出的组件效率约在15%至25%之间。在确定了组件的型号和排布数量后，通过相乘即可得出该发电项目的设备额定装机容量，结果将以之前讨论的功率单位表示。通常，分布式户用项目的大小在几百千瓦(kW)级别

9、，分布式工商业项目的规模则在几兆瓦(MW)级别，而集中式项目从几十兆瓦到数百兆瓦不等，大型项目甚至可以达到吉瓦(GW)级别。五、发电量的计算：系统效率与有效利用小时从装机容量到项目的实际发电量，中间还需要考虑一个关键因素,那就是系统效率。系统效率是指光伏系统的实际输出与理论输出的比率，通常按月度或年度进行计算，用来衡量系统在实际运行中的性能表现。系统效率的计兑公式如下：系统效率实际发电量理论发电量影响系统效率的因素有很多，例如逆变器损耗、线缆接头损耗、输电线路损耗、积灰和遮挡造成的损失、变压器效率以及局部升温损耗等。换句话说，在真实的项目运行环境中，系统往往难以达到实验室条件下的理想状态。例如

10、，当光照强度低于100OW/m2时，组件无法达到其标称的峰值功率，这些现实中的折损大约会导致系统效率综合计算在80%左右。实际发电量的计算是光伏项目中几乎最市要的指标，也是链接后续经济性计算的桥梁。实际发电量的预测结合了项目所在地的峰值口照小时数、设备的额定装机容量和系统效率。具体的冲算公式如下：实际发电量理论发电量系统效率实际发电量峰值日照时数设备额定装机容量系统效率实际发电量太阳辐射能量口照强度设备额定装机容量系统效率另一个关键概念是年有效利用小时数，它表示电电力设备（如光伏电站、风力发电机等）在一年内等效满负荷运行的小时数，是衡量发电设备利用效率的一个重要指标。其计算公式为：年有效利用小

11、时数全年实际发电量设备额定装机容量年有效利用小时数峰值日照时数系统效率需要注意的是，光伏组件的寿命对发电量也有重要影响。随着组件寿命增加，电池片的发电功率也会发生衰减，该部分变化可以视作系统效率的一部分。一般首年的功率衰减在2%,后续年份在0.5%左右。因此，在天气和运维等情况不变的情况下，每年实际发电量将呈现出递减的趋势。六、发电质量监控：归一化功率最后，我们来关注一个投后，也是项目运维中与发电质量有关的概念：归一化功率。归一化功率当前发电功率设备额定装机容量归一化功率是一个瞬时的监测值，反映了光伏系统在某一瞬时的发电效率。在完全理想的口照条件下，通常会在一天内呈现出类似驼峰的分布，即中午时

12、分达到峰值。受地理位置、天气状况等多种因素影响，实际的归一化功率曲线往往并不是那么平滑。图5：理想情形下的全天归一化功率80%70%/HHHin1.460M1.1.1.III1.1.i1.0。6Z而Z00帛ZZ005二Z0065OZ00常OZOO三GOgod8iOO02匚OOS91Ooag1.00-0051OoorOoO32005m三00$三00富0一00002000Y6000ZOOOWOoM9ooog1.HOOWg000M000ZE0002Z000士【000SO00000来源：中晖集团某电站7月21H实际运维数据年平均归一化功率则是对光伏系统全年发电情况的一个整体衡量，也是在对比预测发电量和

13、实际发电量时可以参考的重要指标，其计算公式为：年平均归一-化功率峰值日照时数标准年小时数系统效率年平均归一化功率年有效利用小时数标准年小时数举例来说，如果某地的年水平面总辐照量为130OkWh/m2,对应的峰值日照时数为1300小时，则当系统效率为82%时，理论上的年平均归化功率为130087600.82N12.17机图6：光伏发电核心指标公式汇总峰值F1.照时数仅)R1.iwWteS(AHhfn2)H照隹哽(1.1.*Wr112)转换效率(%)再论发电优(AWTOR1MW(HX组件而枳(m?)组件动串(W)x00%实验室光照演(=I(X)OW。”2)X组件面枳(”/)系统效率(%).实标发,纥(RWh)x100%理论发电埼(Am实例发电费代W五)-理论发电量。M俏)X系统效率(%)-峰值口照时数（八）X-各服定奘机的量仕W)X系统效率(%)年仃我利用小时数(M住年生林及电殳伙“力)一符顺定有机容贵代W)=峰值U照时效d)X系统效率(%)归一化功率(%),力前发电功率(W)x00%次百定装机R(W)年平均归一化功率(%)_卑一效利用小时数W*.标准年小时数(一8760/