太阳电池阵列输出功率分析与参数优化

1.日照资源分析 湖南中部攸县年峰值日照小时数为1520h，平均每日的峰值日照小时数为4.16h，与德国装机大镇Cologne区辐照度相近。可以充分利用。图12-2示出湖南中部辐照度。图12-3示出德国Cologne区辐照度。辐照度大部分分布在180～500W/m²，1000W/m²很少出现。

图12-2 湖南中部辐照度

图12-3 德国Cologne区辐照度

2.太阳电池阵列输出功率分析 以装机200MW太阳电池阵列一天出力为例，图12-4示出晴天和阴云的输出功率。从图中可以看出，二者情况差别较大；晴天最大输出功率达到180MW，图形光滑；阴天最大输出功率150MW，图形波动很大。

输出功率大小的概率分布见图12-5。表12-1是输出功率概率统计表。输出功率低于装机功率的10%占据63.85%；输出功率等于装机功率的100%占据0.0228%；输出功率20%～80%概率较大。

图12-4 晴天和阴天的输出功率

a）晴天 b）阴天

图12-5 输出功率大小的概率分布

表12-1输出功率概率统计表

3.发电单元及发电量

（1）发电单元。通过技术与经济综合比较，选用310Wp单晶太阳电池及96.7WpCIGS薄膜太阳电池，表12-2列出单晶硅太阳电池主要参数。表12-3列出CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳电池主要参数。

表12-2单晶硅太阳电池主要参数

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表12-3CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳电池主要参数

（2）太阳能光伏发电系统效率分析。影响太阳能光伏发电系统效率，包括太阳电池老化、交直流低压系统损耗、逆变器效率、变压器及电网损耗。

1）太阳电池老化系数η₁。太阳电池由于老化等因素的影响，使光伏系统运行期发电效率逐年衰减。按照25年衰减到85%计算，年衰减0.6%计。

2）系统老化综合系数η₂。太阳电池方阵组合的损失，尘埃遮挡，线路损耗，逆变器、变压器等电气设备老化等，这些损耗均使系统效率降低。此工程系统老化综合系数η₂取79.3%。

（3）年理论发电量计算。根据所选工程年代表，最佳倾斜面上各月平均太阳总辐照量，可得出此工程月峰及年峰值日照小时数。攸县的日照时间每天大约从早上6～7点钟到晚上6～7点钟（冬夏季不同）。早上和中午的日照强度是不同的。晴天的中午日照强度大约每平方米0.7～1.0kW，日出日落时分则接近于零。因此，发电量要按峰值日照小时数计算。峰值日照小时数定义：将太阳电池组件所在平面上，某段时间中能接受到的太阳辐射量，转换为1000W/m²条件下等效小时数，称峰值日照小时数。

【例12-1】太阳电池组件，在1h中接收到的太阳幅射量为1MJ/m²，求峰值日照小时数。

解：由峰值日照小时数定义，可得

故太阳电池组件，在1h中接收到的太阳辐射量为1MJ/m²，则其在1000W/m²条件下的等效小时数为1/3.6h。

由于太阳电池组件的峰值功率均在1000W/m²条件下标定，因此，采用峰值日照小时数，乘以光伏电站的装机容量，即为光伏电站的理论发电量（最大发电量）。

经计算，湖南中部攸县年峰值日照小时数为1520h，平均每日的峰值日照小时数为4.16h，装机1MW，年理论发电量为1.52×10⁶kW·h。

（4）发电量预测及造价。发电量An可采用下式计算：

An=年理论发电量×（1_-η1）η₂ （12-1）

式中，太阳电池老化系数η₁=0.94%；系统老化综合系数η₂=79.3%。

计算结果：电站建成后第一年装机1MW，发电量为1.13×10⁶kW·h，20亿kW·h需装机1316MW（131.6万kW），造价12000元/kW（含电池组件、逆变器、配电柜、变压器等），共需157.92亿元。