0 引言

目前常用的光伏电站发电量计算方法是先计算直射时的最大发电量，然后通过经验折算系数确定发电量。这种方法没有重点考虑光照角度、阵列倾角等因素的影响，而这两个因素对不同纬度地区的光伏阵列布置和发电量的影响较大^[1-3]。

本文介绍的估算方法是根据光伏电站所在地区纬度情况首先确定阵列倾角及其对应的发电效率，再结合其他因素对应的发电效率得到综合效率系数，据此进行光伏电站发电量的估算。本文以陕西省榆林地区拟建的50 MW容量光伏电站为例，根据太阳辐射资料确定光伏电站的建设容量及电池组件选型，最后估算出光伏电站的上网发电量。

1 光伏电站概况

根据相关计算结果，陕西榆林地区拟建的光伏电站所在区域的太阳年辐射量平均为5392 MJ/m², 各月平均辐射值近似呈正态分布，属单峰型。平均峰值出现在5月，此后逐渐降低，12月时达到最低，以1 a内近似水平的地面接收的太阳辐射量来表征该地区的太阳辐射量富庶程度。经折算，该站区年太阳辐射量平均为5322.5 MJ/m²，各月具体数据见表 1。以国内太阳能资源分类标准评价，属Ⅲ类且处于上限范围，即高利用区间，年可供利用辐射小时数平均约2707.5 h^[4-6]。

2 光伏电池组件选型

出于经济性和可靠性考虑，该光伏电站采用180 W（36）型单晶硅光伏电池和220 W（29）型多晶硅光伏电池作为组件。表 2为2种光伏电池的主要参数（标准测试条件STC：AM1.5，辐射强度：1000 W/ m²，温度：25 ℃），其I-U特性曲线见图 1、图 2。

3 系统构成及电池组件布置 3.1 系统构成

方案设计中光伏组件架构采用固定式角度安装。以峰瓦值1 MW发电量为单位构成单元方阵。总容量50 MW组件的总体布置方案为“分区（串接）发电，区块（集中）并网”。50组1 MW单元方阵组成50 MW的阵列，其中30组采用180 W单晶硅光伏电池，20组采用220 W多晶硅光伏电池。每个1 MW单元方阵内的组件按数量平分为并联2路，每路经汇流装置后各自接入1台500 kW的逆变器，再经1套共用变压器升压，经配电装置并网。

3.2 组件设置 3.2.1 单晶硅光伏组件

考虑到系统设备效率，1台500 kW逆变器设置174路并联单晶硅电池组件，对应的容量为2880 W。每个单元方阵（1 MW容量）均由32块电池组件组成，按2行、16列布置，全部阵列（30 MW）共由5220个单元方阵组成。每个并网发电分区由348个单元方阵构成，总容量1002.24 kW，分为并联的2个支路，每支路接至1台并网逆变器，2路共用1台升压变压器，组成1个分系统。

3.2.2 多晶硅光伏组件

每台逆变器配置114路并联的多晶硅电池组件。40块组件构成1个单元方阵，按2行、20列设置。20 MW容量光伏阵列由2280个单元方阵组成。每个并网发电分区由228个单元方阵组成，容量为1003.2 kW，接至并网逆变器（2台）和升压变压器（1台），组成1个分系统。

4 影响布置的因素确定 4.1 方位角

光伏电站光伏阵列面固定设为正南方向，即光伏组件表面法线方向与正南向夹角为0°，此时光伏板面接收的辐射量最大，发电量也最大。当偏南30°时，根据实验测算，发电量为最大时的85%~ 90%；当偏南60°时，发电量为最大时的70%~80%。

为使光伏阵列获得最大发电量，单元方阵的最佳方位角确定为0°。

4.2 倾角

倾角即光伏阵列面与地面的夹角，全年平均发电量达到最大时的角度称为最佳倾角。最佳倾角与所处纬度有关，纬度较高时，对应的最佳倾角也偏大。设置光伏阵列面的倾角时需要考虑站址地坪角度并保证积雪能够自然滑落，同时也要考虑场地设计最大风速对方阵架构安全的影响^[7-10]。

将水平面上的太阳辐射值折算成斜面上的数值，对比结果后可得出最佳倾角。根据站址地全年各月水平面上的平均太阳辐射数据（包括总辐射量、直接辐射量和散射辐射量）可以算出全年各月不同倾角斜面上的太阳平均辐射量。在计算中要考虑积雪、占地面积、阴影遮挡的影响以及支架承载等结构因素，计算得到的不同倾角斜面上的全年最大辐射量即全年最大发电量。本电站光伏阵列的不同倾角斜面上的计算结果见表 3。从表 3可以看出，单位面积发电量从倾角为30°开始呈上升趋势，在35°达到顶点，之后逐渐下降。因此，该电站选定35°为单元方阵最佳倾角。

4.3 单元方阵行距

一般单元方阵行距的确定以避免阴影遮挡为原则，应不小于以下计算结果：

(1)

式中D—单元方阵行距，m；

ϕ—纬度（北半球为正、南半球为负），（°）；

H—单元方阵的上下边的高度差，m。

为了使光伏阵列面积取最大值，本电站选定单元方阵行距为5 m。

5 上网发电量估算 5.1 年上网发电量 5.1.1 计算方法

光伏电池组件上网发电量计算公式为：

(2)

式中E_p—上网发电量，kWh；

K—综合效率系数；

H_A—水平面太阳总辐射量，kWh/m²；

E_s—标准条件下的辐射度，E_s取值1 kW/m²；

P_AZ—组件安装容量，kW。

5.1.2 年发电量计算

本次年发电量采用Retscreen软件计算。表 4中，“月内使用比例”“水平面上的平均日辐射量”和“月平均温度”为计算输入数据，结果为“各月光伏阵列面上的平均日辐射量”。光伏阵列面的其他输入数据见表 5，电站年发电总量计算结果见表 6。

5.1.3 年上网发电量估算

年上网发电量的估算是指考虑设备效率、电网效率及现场环境温度的影响，经比例折算后得到的实际发电量。本次估算中各影响因素及折算效率见表 7所示，得到的综合效率系数为78.4%。据此估算的年上网总发电量为70 766.383 MWh。

5.2 服务年上网发电量

目前，光伏电池组件的运行周期为25~30 a；若以25 a计算，寿命期内效率累计折损为20%，且每年衰减的比例相同，则设计周期25 a内每年平均上网发电量为63 406.679 MWh，年满负荷等效运行小时数为1264.8 h。光伏电站运行期25 a，逐年上网发电量见表 8。

6 结束语

本文介绍的光伏电站发电量估算方法将电站所在地纬度的影响因素和其他多种影响发电量的因素设置为独立参数，确定相应的纬度辐射量，然后根据其他因素得到综合效率系数，最后估算出年上网发电量。在该估算方法中将各影响因数及其影响效率分别设定，便于在后续的工作中分别对各参数进行研究、不断改进，使得综合效率系数在上网发电量的估算中更符合工程实际。