光伏电站资源分析发电量计算与预期收益(完整版)

王淑娟王淑娟光伏电站资源分析发电量计算与预期收益深圳2014年6月主要内容第1页太阳能资源评价12发电量计算4项目收益估算第2页一、太阳能资源评价第3页一、太阳能资源评价一、太阳能资源评价第4页等级资源带号年总辐射量（MJ/m2）年总辐射量（kWh/m2）日总辐射量（MJ/m2）平均日辐射量（kWh/m2）最丰富带I≥6300≥1750≥17.3≥4.8很丰富带II5040–63001400–175013.8–17.33.8–4.8较丰富带III3780–50401050–140010.4–13.82.9–3.8一般带IV3780105010.42.9太阳能资源评估：1）丰富程度；2）稳定程度丰富程度：以太阳总辐射的年总量为指标（QX/T89-2008）1kWh/m2=3.6MJ/m2（国际单位）（国内气象站单位）一、太阳能资源评价第5页其中，太阳能发电主要靠“直接辐射”直接辐射量/总辐射量=直射比直接辐射量散射辐射量反射辐射量总辐射量一、太阳能资源评价第6页直射比等级（即将发布的新国标）等级等级符号分级阈值很高ARD≥0.6高B0.5≤RD0.6中C0.35≤RD0.5低DRD0.35注：RD表示年直射比，计算RD时，首先计算水平面直接辐射和总辐射年辐照量的多年平均值（一般取30年平均），然后求二者之比。一、太阳能资源评价第7页稳定程度：稳定度等级（即将发布新国标）等级等级符号分级阈值很稳定ARw≥0.47稳定B0.37≤Rw0.47一般C0.28≤Rw0.36欠稳定DRw0.28注：Rw表示太阳总辐射稳定度，计算Rw时，首先计算多年平均（一般取30年平均）的总辐射各月平均日辐照量，然后求最小值与最大值之比。0510152025123456789101112月总辐射量日均值（MJ/m2）右图：总辐射月总量日均值月际变化图23.648.82Rw=0.373一、太阳能资源评价第8页影响太阳能资源的因素天文因素太阳常数（1367W/m2）、日地距离、太阳赤纬角、太阳高度角、太阳方位角、时角地理因素纬度、经度、海拔高度、地形、地表反射率气象环境因素云量、气溶胶、水汽、臭氧、空气分子、沙尘、雾霾气象环境的差异是造成太阳能资源局地性差异的关键！一、资源情况介绍第9页一、资源情况介绍9/447080901001101201302030405090010001100120013001400150016001700180019002000708090100110120130203040500.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.707080901001101201302030405020030040050060070080090010001100120013007080901001101201302030405090012001500180021002400270030003300总辐射（kWh/m2）直射比直接辐射（kWh/m2）日照时数（h）1978~2007一、太阳能资源评价第10页太阳能资源数据来源实测数据卫星数据推算数据1、辐射观测站实测的辐射数据1）数据时间长；2）准确性高3）点比较少3、已建光伏电站实测的辐射数据1）点比较多2）数据时间短；3）准确性需要考证2、新立测光仪实测的辐射数据1）数据时间短一、太阳能资源评价第11页我国有98个辐射观测站，其中有17个一级站。一、太阳能资源评价第12页气候学推算（QX/T89-2008）0()MQQabS其中：QM——项目场址太阳总辐射月总量。Q0——天文太阳总辐射月总量。S——月日照百分率，无量纲数据；a、b——订正系数，无量纲数据。根据项目场址和参考站点的观测资料推导。1）参考点（最近的辐射观测站）的太阳能总辐射量观测资料2）参考点（最近的辐射观测站）的日照时数观测资料3）项目场址的日照时数观测资料利用太阳辐射和日照时数基本正相关；只适用于计算月及以上时间尺度。一、太阳能资源评价第13页卫星观测数据卫星遥感观测数据考虑了各种气象环境因素（云量、臭氧、气溶胶、水汽、地形）对辐射传输过程的影响后的结果一、太阳能资源评价第14页卫星观测数据VS气候学推算数据　为解决空间连续性问题提供了可能，但卫星资料的精准度存在不足；对于地形复杂、大气环境局地性较强、地面观测站稀少的地区而言，采用卫星数据是较好的选择。经验模型使用方便，误差可以控制；　在地面观测较多、地形、环境条件单一的地区，精度较高。依赖地面观测，在空间连续性方面存在明显的不足；在站点稀少、地形复杂、大气环境局地性强的地区适用性不强。　　　　一、太阳能资源评价第15页地面观测数据　世界气象组织（WMO）　世界辐射数据中心（WRDC）　全球能量平衡档案（GEBA）　基准地表辐射观测网络（BSRN）　国际日照观测计划（IDMP）卫星数据　NASA全球气象数据库——Meteonorm　地表气象和太阳能（SSE）数据集　HelioClim数据集　欧洲日照及辐射数据库（Satel-Light）　SOLEMI（solarenergymining）数据　再分析资料（NCEP/ECMWF）中国太阳能资源数据　CMA太阳辐射数据库1（实测数据）　CWERA太阳能资源评估数据库2（气候学方法推算）　CWERA太阳能资源评估数据库3（卫星数据）　中国太阳能资源详查数据库（筹建中）按需使用；实测优先；数据质量评估；多来源数据配合使用。一、太阳能资源评价第16页1）卫星数据（NASA、Meteonorm）——选址阶段2）气象站实测数据——规划、项目建议书、可研3）项目现场实测数据——可研、运行期、后评估一、太阳能资源评价第17页基本气象参数序号名称说明1年平均气温1）温度造成系统效率的折减；2）光伏组件串并联方案设计时，要考虑极端温度；3）极端温度在电气设备的工作温度范围内。2极端最低气温3极端最高气温4平均风速基础设计时考虑风荷载5极大风速6大风日数7年平均降水量8年平均蒸发量9沙尘暴日数考虑灰尘遮挡折减；清洗方案。10扬沙日数11冰雹日数12雷暴日数防雷设计13最大积雪深度基础设计时考虑雪荷载；下沿离地高度14标准冻土深度基础设计时考虑基础深度第18页二、发电量计算二、发电量计算第19页峰值小时数一般气象站观测数据为“水平面总辐射量”。计算发电量时，要考虑“光伏组件上接收的总辐射量（倾斜面上的辐射量）”峰值小时数=倾斜面上总辐射量/标准太阳辐射强度(1000W/m2)如果“倾斜面上总辐射量”以kWh/m2为单位，则：峰值小时数与倾斜面上的辐射量数值相同，但物理意义不同，单位不同！发电量计算：L=W×H×ηL——光伏电站年发电量；W——光伏电站装机容量；H——年峰值小时数；η——光伏电站系统总效率；二、发电量计算第20页水平面总辐射量光伏电站运行方式项目场址的经纬度峰值小时数影响因素二、发电量计算第21页二、发电量计算第22页10001400180022002600水平固定最佳倾角固定式水平单轴5°斜单轴最佳倾角单轴双轴50°40°24°27′8°海拔160m海拔1768m海拔1100m海拔0m不同纬度、海拔高度下测得不同运行方式下的峰值日照小时数与最佳倾角的固定式安装相比，水平单轴跟踪的发电量提升了17%~30%，倾斜5°单轴跟踪的发电量提升了21%~35%，双轴跟踪的发电量提升了35%~43%。二、发电量计算第23页美国凤凰城气象站提供的10年平均太阳辐射资料——王斯成提供0.02.04.06.08.010.012.014.0123456789101112月份辐射量(kWh/m2/天)水平面固定倾纬度角单轴水平跟踪双轴全跟踪二、发电量计算第24页甘肃武威2009年5月19日当天的出力曲线——王斯成提供二、发电量计算第25页010020030040050060070080090010002009年5月19日2009年5月21日2009年5月23日2009年5月25日2009年5月27日2009年5月29日2009年5月31日单轴（KWH）双轴固定二、发电量计算第26页日期天气单轴kWh双轴kWh固定kWh单轴比固定发电效率提高双轴比固定发电效率提高5月19日晴750.8789.8603.424.4%30.9%5月20日多云574.9586.3485.318.4%20.8%5月21日阴369.5390352.94.70%10.5%5月22日晴779.9876617.126.4%41.9%分析：晴天---跟踪比固定发电效率提高20-40%；多云---单双轴跟踪相差不多；阴天---跟踪与固定差异不大。二、发电量计算第27页跟踪式能大幅提高发电量，但较少采用的原因：性价比。固定式支架5毛，约占总造价6%；跟踪式能占到20~30%技术成熟度低，运行不稳定，尤其在风沙大的西部；固定可调式二、发电量计算第28页相对于最佳倾角：三种角度（每年调节3次），可提高发电量6.2%；15°和36°（每年调节1次），可提高发电量2.9%；55°和36°（每年调节1次），可提高发电量1.6%；二、发电量计算第29页固定式的“倾斜面上辐射量“计算Klein.S.A和Theilacker.J.K的天空异向模型RETScreen（独立电站）PVSystem二、发电量计算第30页7,6607,6657,6707,6757,6807,68532333435363738394041倾斜面上的总辐射量（MJ/m2）7,7907,7957,8007,8057,8107,81532333435363738394041倾斜面上的总辐射量（MJ/m2）7,7507,7607,7707,7807,7907,80032333435363738394041倾斜面上的总辐射量（MJ/m2）角度模型计算PVSystemRETScreen36°7680.937812.307790.72最佳倾角7681.397815.607795.76差值0.006%0.042%0.065%模型计算二、发电量计算第31页几点经验：1）最佳倾角接近于当地纬度；2）在最佳倾角附近，倾斜面上总辐射量相差很小。3）RETScreen最早用于独立式，所以最佳倾角一般较高。4）直射比较高时，倾角相对较大；散射比例高时，倾角相对较小。若：K=倾斜面上总辐射量/水平面上总辐射量则：纬度越低，K值越小；纬度越高，K值越大。因此，相同的水平面总辐射量，纬度较高地区的发电量更大。二、发电量计算第32页L=W×H×η序号项目1温度造成的年平均损失2光伏组件匹配造成的损失3灰尘/积雪造成的损失、遮挡造成的损失4不可利用的太阳能辐射损失等5直流线路造成的损失6逆变器直流~交流转换效率损失7箱式变压器升压效率损失8交流线路造成的损失9系统维修及故障造成的损失地面电站一般在80%左右，屋顶电站根据项目特点差异较大，75%左右。二、发电量计算第33页1、晶硅电池的温度相应系数一般是-0.35～-0.45%/℃2、非晶硅电池的温度响应系数优于晶硅电池，一般是-0.2%/℃左右二、发电量计算第34页图片来源于参考文献《大型光伏电站受灰尘积垢影响的研究》。二、发电量计算第35页主要为灰尘作为一种非透光型物质附在光伏板表面，遮挡住阳光直射至光伏电池表面，使得光伏电池所获得的单位面积有效辐射量减少。二、发电量计算第36页光伏组件选型对发电量影响——衰减特性薄膜组件，每年1%;多晶硅组件，10年衰减10%，25年衰减20%.25年平均发电量约为首年发电量的88.8%第37页三、项目收益估算第38页三、项目收益估算投资发电量上网电价项目收益地面光伏电站、分布式光伏上述三要素差异很大，将分别介绍。第39页地面光伏电站项目收益估算三、项目收益估算第40页三、项目收益估算一个典型大型并网光伏电站的投资基本构成光伏组件4~4.5元/W50%支架0.5元/W左右6%逆变器0.4元/W左右5%目前，一个大型并网光伏电站的造价约为：8~9.5元/W第41页三、项目收益估算资源区标杆上网电价各资源区