用光輻射強(qiáng)度1000瓦/米2時(shí)的峰值功率作為光伏發(fā)電裝機(jī)功率的計(jì)算依據(jù)，沿用已久，但存在的問題也顯而易見。本文提出用加權(quán)平均法來進(jìn)行計(jì)算，符合電站光照客觀條件，能較好地解決資源和設(shè)備利用，較準(zhǔn)確地計(jì)算年發(fā)電量。

一、問題的提出

光伏發(fā)電作為新能源已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，其能源來自太陽，在不同季節(jié)和天氣情況下都處于變化的狀態(tài)之中，因此，單位面積電池板的發(fā)電功率隨光輻射強(qiáng)度變化而變化，光輻射強(qiáng)度對(duì)光照時(shí)間的積分即為此時(shí)間段內(nèi)電池板所吸收的光輻射能量。

由于太陽光輻射強(qiáng)度是不斷變化的，因此，電池板（組件，下同）的發(fā)電功率也是不斷變化的。電池板的發(fā)電功率除了和光輻射強(qiáng)度有關(guān)，還和光譜分布、表面溫度有關(guān)，其中光輻射強(qiáng)度為主要因素，而且電池板輸出的最大功率基本與光輻射強(qiáng)度成正比。在變化中，設(shè)定光輻射強(qiáng)度1000瓦/米2，電池溫度25℃，光譜AM1.5，這時(shí)電池板輸出的最大功率被稱為峰值功率（峰瓦）。

這一設(shè)定，可用來評(píng)價(jià)電池板的性能（光電轉(zhuǎn)換效率），目前也被作為設(shè)計(jì)光伏電站的依據(jù)。設(shè)單塊電池板的峰值功率為Wp，N為方陣電池板塊數(shù)，則可根據(jù)電站裝機(jī)P（千瓦）要求，計(jì)算出需要安裝的電池板數(shù)量N=P/Wp，由此計(jì)算相應(yīng)的占地面積；同樣，在一定用地面積下，計(jì)算可裝設(shè)電池板的數(shù)量，得出光伏發(fā)電的功率。一旦裝機(jī)功率確定后，隨即匯流箱、逆變器和電氣柜、變壓器的功率也將與之相適應(yīng)，形成光伏發(fā)電系統(tǒng)。

問題在于，用這種設(shè)定來設(shè)計(jì)光伏電站合理嗎？電池板在不同的光輻射強(qiáng)度下，相應(yīng)地發(fā)出它的功率，1000瓦/米2不過是人為的設(shè)定點(diǎn)。由于這種設(shè)定沒有考慮實(shí)際的光輻射強(qiáng)度，即沒有考慮到電站所處的地理位置，將會(huì)帶來不準(zhǔn)確的結(jié)果和影響。

（一）對(duì)資源和設(shè)備利用的影響

設(shè)想，名義上是1MW的光伏裝置，安裝在不同光資源地區(qū)，會(huì)帶來怎樣的結(jié)果？顯然，當(dāng)光輻射強(qiáng)度大于1000瓦/米2時(shí)（大多出現(xiàn)在一、二類地區(qū)），電池板本可多發(fā)的功率由于逆變器等電氣設(shè)備的限制，被限定在1MW，損失了部分可利用的光能資源，同樣損失了發(fā)電量；而在小于1000瓦/米2時(shí)（大多出現(xiàn)在三、四類地區(qū)），電池板根本達(dá)不到1MW，影響電網(wǎng)裝機(jī)預(yù)期，逆變器等電氣設(shè)備容量則被冗置浪費(fèi)，此類案例已屢見不鮮。據(jù)我公司頂樓的小型光伏裝置實(shí)測(cè)，上海松江地區(qū)最大光強(qiáng)在800瓦/米2左右，出現(xiàn)時(shí)間也很短暫。

（二）對(duì)年發(fā)電量計(jì)算的影響

年發(fā)電量是評(píng)估項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的重要依據(jù)，為輸出功率和年發(fā)電小時(shí)的乘積。

目前對(duì)光伏年發(fā)電量是按下列公式計(jì)算的。

對(duì)應(yīng)1000瓦/米2時(shí)的功率P=NWp，千瓦，電池板方陣面上單位面積年輻射量Q，

則年峰值日照小時(shí)為H=0.0116Q當(dāng)Q為千卡/厘米2，（kcal/cm2）

H=Q/3.6當(dāng)Q為兆焦/米2(MJ/m2)

年發(fā)電量W=PH度（千瓦小時(shí)）

這一計(jì)算的前提是年光輻射能量全額被利用，這對(duì)太陽能電池板本身是沒有問題的，但一旦設(shè)定了1000瓦/米2的光輻射強(qiáng)度為裝機(jī)功率的依據(jù)，那大于此值的光能量，由于逆變器等電氣設(shè)備容量的限制而無法轉(zhuǎn)為電能，我們可以定義它為光伏功率的限制點(diǎn)。

二、解決問題的途徑

由于光照資源的不穩(wěn)定性，要用固定的方法加以計(jì)算發(fā)電功率是不可能的，用統(tǒng)計(jì)分析的方法，即常用的加權(quán)平均法就較符合實(shí)際。下面介紹以年為周期的加權(quán)平均值的計(jì)算方法，用同樣方法，可得到多年的加權(quán)平均值。這與水力資源的利用相類似，水能同樣受季節(jié)、氣候的影響，嚴(yán)格說每天的水位也是在變化之中，為了利用好水資源和選擇相應(yīng)的設(shè)備，引入了多年水位加權(quán)平均值的概念，將此作為裝機(jī)設(shè)計(jì)的依據(jù)，以求得水資源與設(shè)備的合理利用。

（一）按如下方法來計(jì)算光輻射強(qiáng)度的年加權(quán)平均值

1在氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有太陽輻射強(qiáng)度測(cè)量?jī)x。

2定時(shí)測(cè)量輻射強(qiáng)度并做記錄。從清晨到傍晚，測(cè)得每日在各發(fā)電時(shí)段的輻射強(qiáng)度。一般可按1小時(shí)測(cè)量一次，時(shí)段分得越細(xì)，精確度越高。如某冬天，從上午7時(shí)到17時(shí)，按1小時(shí)測(cè)一次，共10個(gè)時(shí)段，10個(gè)數(shù)據(jù)；如按半小時(shí)測(cè)1次，就有20個(gè)時(shí)段，20個(gè)數(shù)據(jù)。由于季節(jié)和氣象的變化，每日獲取的發(fā)電時(shí)段數(shù)也不盡相同，如夏天從上午6時(shí)起到19時(shí)，按1小時(shí)測(cè)一次，可能出現(xiàn)有13個(gè)時(shí)段的記錄，匯綜成單日光強(qiáng)圖，在同一季節(jié)，由于出現(xiàn)多云和陰天，發(fā)電時(shí)段和輻射強(qiáng)度又可能都會(huì)減少。對(duì)這種隨機(jī)性，宜如實(shí)記錄，在分析時(shí)，除特殊情況另作處理外，其它均納入統(tǒng)計(jì)范圍。

3整理歸類。（1）以一定范圍內(nèi)的輻射強(qiáng)度歸成一檔，如以50w/m2為檔差，即0-50，50-100，100-150，……1000-1050，….分別為同一檔，檔差越小，計(jì)算精度越高。在0—1000及以上的范圍內(nèi)，將可能出現(xiàn)數(shù)十個(gè)檔次。(2)計(jì)算該檔強(qiáng)度的平均值。（3）分門別類，在同一檔內(nèi)，統(tǒng)計(jì)該檔出現(xiàn)的頻次，列表如下。

光輻射強(qiáng)度分檔（w/m2）0-5050-100100-150..........……S

該檔強(qiáng)度的平均值A(chǔ)1A2A3…………...An

該檔強(qiáng)度出現(xiàn)的頻次F1F2F3……………Fn

(以小時(shí)或半小時(shí)計(jì))

4計(jì)算加權(quán)平均值。如上表所列，光輻射強(qiáng)度的加權(quán)平均值E為:

E=(A1xF1+A2xF2+A3xF3+………+AnxFn)/(F1+F2+F3+…..+Fn)瓦/米2

由E/1000，即可得到光伏裝機(jī)功率P=NWpE/1000，此值確定確定后，相應(yīng)逆變器和其它電氣設(shè)備的功率也隨之而定。

將匯總結(jié)果繪成年光強(qiáng)頻譜圖。橫坐標(biāo)為年各檔輻射強(qiáng)度的頻次（對(duì)應(yīng)日照時(shí)間），縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)的光輻射強(qiáng)度，其加權(quán)平均值為E，沿E劃出與橫坐標(biāo)的平行線，即為功率限制線。按E既可計(jì)算光伏電池板的裝機(jī)功率，同時(shí)也可計(jì)算出光伏電池板的年發(fā)電量。

（二）年發(fā)電量的計(jì)算

因部分光輻射能量不能被利用，如光強(qiáng)頻譜圖上的非陰影線部分，得到陰影線部分的面積占總面積的比例為K，K為光能利用系數(shù)，顯然，可利用的光伏能量為KQ，年發(fā)電量將有所減少。在E光強(qiáng)下有效的年發(fā)電時(shí)間為：

H=(1000/E)0.0116QK小時(shí)和H=(1000/E)QK/3.6小時(shí)。

年發(fā)電量W=PH=NWp0.0116QK或W=NWpQK/3.6

（三）結(jié)論

1利用光輻射強(qiáng)度的加權(quán)平均值來計(jì)算光伏工程的裝機(jī)容量，糾正了以前不論實(shí)際情況，一律采用1000w/m2光強(qiáng)所帶來的較大誤差。能較客觀地反映不同地區(qū)光資源的情況，從而得出比較正確的設(shè)備選擇依據(jù)，使光資源和設(shè)備得到充分的利用。

2計(jì)算光輻射強(qiáng)度的年加權(quán)平均值，需要積累數(shù)據(jù)（現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)已可以自動(dòng)記錄原始數(shù)據(jù)），需要做統(tǒng)計(jì)和分析，這正是目前相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)。在此基礎(chǔ)上還可做多年加權(quán)平均值的計(jì)算，這將為開發(fā)光伏資源提供較為全面和科學(xué)的依據(jù)。

3在采用光強(qiáng)加權(quán)平均值計(jì)算的同時(shí)，對(duì)年發(fā)電小時(shí)（年發(fā)電量）的計(jì)算，通過對(duì)未能被利用的光資源部分進(jìn)行了修正，使之更加精確。是否要利用這部分能量，需要具體分析，可利用光強(qiáng)頻譜圖進(jìn)行分析，即向上移動(dòng)E線，視能增加的發(fā)電量，對(duì)發(fā)電收入增加和因逆變器等電氣設(shè)備容量增大而加大的投資；或不經(jīng)擴(kuò)容，利用設(shè)備短時(shí)過載能力的條件，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析后再做決擇。