太陽能光伏儲(chǔ)能項(xiàng)目解析及常用的一些計(jì)算公式

一、太陽能光伏儲(chǔ)能項(xiàng)目解析

圖1 光伏儲(chǔ)能圖

一、什么是光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)

（一）光伏儲(chǔ)能的定義

光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，又稱太陽能光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，是一種將太陽能光伏發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合的重要能源利用方式。該系統(tǒng)通過光伏電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并利用儲(chǔ)能設(shè)備（如電池組）將這些電能儲(chǔ)存起來，以便在需要的時(shí)候供應(yīng)電力。

圖二 光伏儲(chǔ)能示例圖

（二）光伏儲(chǔ)能與光伏發(fā)電的關(guān)系

?光伏儲(chǔ)能與光伏發(fā)電的關(guān)系是相輔相成的，通過將儲(chǔ)能技術(shù)與光伏發(fā)電相結(jié)合，可以形成光儲(chǔ)一體化系統(tǒng)，帶來諸多優(yōu)勢(shì)并解決實(shí)際問題。

光伏發(fā)電依賴于太陽光的照射，具有明顯的間歇性和波動(dòng)性，即在日照充足時(shí)發(fā)電量大，而在夜間或陰天時(shí)發(fā)電量減少甚至為零。這種特性導(dǎo)致光伏發(fā)電的輸出功率與電網(wǎng)的需求之間存在不匹配的問題，可能引起電網(wǎng)的不穩(wěn)定。為了解決這一問題，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，儲(chǔ)能系統(tǒng)的引入變得尤為重要。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過充放電操作，有效平滑光伏發(fā)電的輸出波動(dòng)，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。在電力負(fù)荷高峰時(shí)釋放儲(chǔ)存的電能，可以減輕電網(wǎng)壓力；在負(fù)荷低谷時(shí)充電儲(chǔ)存多余電能，實(shí)現(xiàn)削峰填谷效果。通過合理配置儲(chǔ)能系統(tǒng)容量和功率，還可以降低電網(wǎng)運(yùn)行成本并提高整體經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 ?光伏儲(chǔ)能與光伏發(fā)電關(guān)系

二、光伏發(fā)電如何進(jìn)行儲(chǔ)能

（一）光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)工作原理

?光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作原理主要包括光伏發(fā)電和儲(chǔ)能兩個(gè)過程。

光伏發(fā)電過程利用光電效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能。在光伏電池中，當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，光子的能量導(dǎo)致材料中的電子被激發(fā)，從而產(chǎn)生電流。光伏電池一般由多個(gè)組件組成，每個(gè)組件包含許多太陽能電池片，這些電池片通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式組裝在一起，以提供更高的電壓和電流。整個(gè)光伏發(fā)電過程是通過光伏電池片將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電的過程。

圖4 光伏儲(chǔ)能用電一體化圖

（二）光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)組成

光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)作為現(xiàn)代可再生能源利用的重要組成部分，集成了光電轉(zhuǎn)換、電能儲(chǔ)存、系統(tǒng)控制、逆變轉(zhuǎn)換、能量管理、電網(wǎng)互動(dòng)及應(yīng)急備用等多種關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了太陽能的高效收集、存儲(chǔ)與靈活利用。以下是對(duì)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)主要組成部分的詳細(xì)闡述：

（1）光電轉(zhuǎn)換

光電轉(zhuǎn)換是光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的起點(diǎn)，主要通過光伏電池（也稱太陽能電池板）實(shí)現(xiàn)。光伏電池利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，將太陽光直接轉(zhuǎn)換為直流電能。當(dāng)太陽光照射到光伏電池表面時(shí)，光子激發(fā)半導(dǎo)體材料中的電子，形成電流，完成從光能到電能的轉(zhuǎn)換。這一過程無需燃料，清潔無污染，且資源近乎無限。

（2）電能儲(chǔ)存

由于太陽光的間歇性，光伏電池產(chǎn)生的電能具有不穩(wěn)定性，因此需要通過電能儲(chǔ)存環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)。電能儲(chǔ)存主要通過電池組（如鋰離子電池、鉛酸電池等）實(shí)現(xiàn)，這些電池能夠在光照充足時(shí)儲(chǔ)存多余的電能，在光照不足或夜晚時(shí)釋放電能供負(fù)載使用。電能儲(chǔ)存系統(tǒng)的容量和效率直接影響到整個(gè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

（3）系統(tǒng)控制

系統(tǒng)控制是光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)策略調(diào)整系統(tǒng)的工作模式。控制系統(tǒng)通過采集光伏電池的輸出功率、電池組的充放電狀態(tài)、電網(wǎng)電壓和頻率等信息，自動(dòng)調(diào)整光伏電池的工作點(diǎn)、電池組的充放電策略以及逆變器的輸出參數(shù)，以確保系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行。同時(shí)，控制系統(tǒng)還具備故障檢測(cè)和保護(hù)功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理系統(tǒng)異常情況。

（4）逆變轉(zhuǎn)換

由于光伏電池產(chǎn)生的是直流電，而大多數(shù)用電設(shè)備需要交流電供電，因此逆變轉(zhuǎn)換是光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中不可或缺的環(huán)節(jié)。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并調(diào)整輸出電壓、頻率和相位，使其符合電網(wǎng)或負(fù)載的要求。高質(zhì)量的逆變器應(yīng)具備高效率、低諧波失真、寬輸入電壓范圍和快速響應(yīng)能力等特點(diǎn)，以保證電能轉(zhuǎn)換的可靠性和穩(wěn)定性。

圖5 光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖

三、光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的分類

（一）按照投資主體分類

按照投資主體不同，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)可分為商業(yè)和戶用兩大類。

（1）工商業(yè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)?

工商業(yè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工廠與商場(chǎng)、光儲(chǔ)充電站、微電網(wǎng)以及新型應(yīng)用場(chǎng)景，如數(shù)據(jù)中心、5G基站、換電重卡、港口岸電等?。工商業(yè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模較大，一般占地為120-160畝或更大，裝機(jī)量要求小于6MW。工商業(yè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景包括峰谷價(jià)差套利、參與虛擬電廠產(chǎn)品的相關(guān)交易或參與需求響應(yīng)事件，主要目的是降低企業(yè)用電成本。工商業(yè)光伏儲(chǔ)能市場(chǎng)的參與者包括傳統(tǒng)的發(fā)電和電網(wǎng)企業(yè)、終端用戶、分布式投資商、節(jié)能服務(wù)商等，是一個(gè)藍(lán)海市場(chǎng)，具有無限的創(chuàng)新空間。??

圖6 工商業(yè)光伏儲(chǔ)能示例圖

（2）戶用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)

通常安裝在家庭住宅的屋頂或院落等場(chǎng)所。這類系統(tǒng)的規(guī)模較小，占地面積大約20畝左右，裝機(jī)量一般不超過50kw。戶用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)模式包括自發(fā)自用和余電上網(wǎng)，旨在提高電力自發(fā)自用水平，利用峰谷電價(jià)差提升儲(chǔ)能度電收益，從而節(jié)省電費(fèi)支出。戶用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用不僅有助于環(huán)保、節(jié)能，還具有靈活性高的優(yōu)點(diǎn)。隨著光伏上網(wǎng)電價(jià)（FIT）和凈計(jì)量電價(jià)等家用光伏補(bǔ)貼政策的調(diào)整，戶用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性得到提高，進(jìn)一步推動(dòng)了家用儲(chǔ)能市場(chǎng)的增長(zhǎng)。

圖7 戶用光伏儲(chǔ)能示例圖

（二）按與電網(wǎng)的連接方式、能源管理和儲(chǔ)存方式的不同分類

（1）?并網(wǎng)系統(tǒng)?

這種系統(tǒng)是將光伏發(fā)電系統(tǒng)直接連接到公共電網(wǎng)中，利用電網(wǎng)來調(diào)節(jié)和管理電力供應(yīng)和需求。并網(wǎng)系統(tǒng)通常用于大型商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用，因?yàn)樗軌虺浞掷霉搽娋W(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

圖8 并網(wǎng)系統(tǒng)示意圖

（2）離網(wǎng)系統(tǒng)

離網(wǎng)系統(tǒng)則是不依賴公共電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的，適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)或無法接入公共電網(wǎng)的地方。這些系統(tǒng)通常包括儲(chǔ)能設(shè)備，以在無日照時(shí)期提供電力。

圖9 離網(wǎng)系統(tǒng)示意圖

（3）并離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)

這種系統(tǒng)結(jié)合了并網(wǎng)和離網(wǎng)的特點(diǎn)，具有儲(chǔ)能裝置，可以在沒有太陽照射時(shí)依靠?jī)?chǔ)能設(shè)備供電，同時(shí)在有太陽照射時(shí)可以將多余的電力反饋給電網(wǎng)。

圖10 并離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖

（4）微網(wǎng)系統(tǒng)

微網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)小型的發(fā)電和配電網(wǎng)絡(luò)，可以獨(dú)立運(yùn)行也可以連接到公共電網(wǎng)。它通常包括分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備、負(fù)荷管理等多個(gè)組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和自治管理，適用于需要獨(dú)立供電但又希望與外部電網(wǎng)保持一定聯(lián)系的場(chǎng)合。

圖11 光伏微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖

二、光伏儲(chǔ)能設(shè)計(jì)常用的計(jì)算公式

1.轉(zhuǎn)換效率

η= Pm（電池片的峰值功率）/A（電池片面積）×Pin（單位面積的入射光功率）

其中：Pin=1KW/㎡=100mW/cm2

2.充電電壓

Vmax=V額×1.43倍

3.電池組件串并聯(lián)

3.1電池組件并聯(lián)數(shù)=負(fù)載日平均用電量（Ah）/組件日平均發(fā)電量（Ah）

3.2電池組件串聯(lián)數(shù)=系統(tǒng)工作電壓（V）×系數(shù)1.43/組件峰值工作電壓（V）

4.蓄電池容量

蓄電池容量=負(fù)載日平均用電量（Ah）×連續(xù)陰雨天數(shù)/最大放電深度

5.平均放電率

平均放電率（h）=連續(xù)陰雨天數(shù)×負(fù)載工作時(shí)間/最大放電深度

6.負(fù)載工作時(shí)間

負(fù)載工作時(shí)間（h）=∑負(fù)載功率×負(fù)載工作時(shí)間/∑負(fù)載功率

7.蓄電池

7.1蓄電池容量=負(fù)載平均用電量（Ah）×連續(xù)陰雨天數(shù)×放電修正系數(shù)/最大放電深度×低溫修正系數(shù)

7.2蓄電池串聯(lián)數(shù)=系統(tǒng)工作電壓/蓄電池標(biāo)稱電壓

7.3蓄電池并聯(lián)數(shù)=蓄電池總?cè)萘?蓄電池標(biāo)稱容量

8.以峰值日照時(shí)數(shù)為依據(jù)的簡(jiǎn)易計(jì)算

8.1組件功率=(用電器功率×用電時(shí)間/當(dāng)?shù)胤逯等照諘r(shí)數(shù))×損耗系

損耗系數(shù)：取1.6～2.0根據(jù)當(dāng)?shù)匚廴境潭取⒕€路長(zhǎng)短、安裝角度等

8.2蓄電池容量=(用電器功率×用電時(shí)間/系統(tǒng)電壓)×連續(xù)陰雨天數(shù)×系統(tǒng)安全系數(shù)

系統(tǒng)安全系數(shù)：取1.6～2.0，根據(jù)蓄電池放電深度、冬季溫度、逆變器轉(zhuǎn)換效率等

9.以年輻射總量為依據(jù)的計(jì)算方式

組件（方陣）=K×（用電器工作電壓×用電器工作電流×用電時(shí)間）/當(dāng)?shù)啬贻椛淇偭?/p>

有人維護(hù)+一般使用時(shí)，K取230；無人維護(hù)+可靠使用時(shí)，K取251；無人維護(hù)+環(huán)境惡劣+要求非常可靠時(shí)，K取276。

10.以年輻射總量和斜面修正系數(shù)為依據(jù)的計(jì)算

10.1方陣功率=系數(shù)5618×安全系數(shù)×負(fù)載總用電量/斜面修正系數(shù)×水平面年平均輻射量

系數(shù)5618:根據(jù)充放電效率系數(shù)、組件衰減系數(shù)等：安全系數(shù)：根據(jù)使用環(huán)境、有無備用電源、是否有人值守等，取1.1～1.3。

10.2蓄電池容量=10×負(fù)載總用電量/系統(tǒng)工作電壓;10為無日照系數(shù)（對(duì)于連續(xù)陰雨不超過5天的均適用）。

11.以峰值日照時(shí)數(shù)為依據(jù)的多路負(fù)載計(jì)算 11.1.電流

組件電流=負(fù)載日耗電量（Wh）/系統(tǒng)直流電壓（V）×峰值日照時(shí)數(shù)（h）×系統(tǒng)效率系數(shù)

系統(tǒng)效率系數(shù)：含蓄電池充電效率0.9，逆變器轉(zhuǎn)換效率0.85，組件功率衰減+線路損耗+塵埃等0.9，具體根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

11.2 功率

組件總功率=組件發(fā)電電流×系統(tǒng)直流電壓×系數(shù)1.43

系數(shù)1.43：組件峰值工作電壓與系統(tǒng)工作電壓的比值。

11.3 蓄電池容量

蓄電池組容量=【負(fù)載日耗電量Wh/系統(tǒng)直流電壓V】×【連續(xù)陰雨天數(shù)/逆變器效率×蓄電池放電深度】

逆變器效率：根據(jù)設(shè)備選型約80%～93%之間：蓄電池放電深度：根據(jù)其性能參數(shù)和可靠性要求等,在50%～75%之間選擇。

12.以峰值日照時(shí)數(shù)和兩段陰雨天間隔天數(shù)為依據(jù)的計(jì)算方法 12.1系統(tǒng)蓄電池組容量的計(jì)算

蓄電池組容量(Ah)=安全次數(shù)×負(fù)載日平均耗電量(Ah)×最大連續(xù)陰雨天數(shù)×低溫修正系數(shù)/蓄電池最大放電深度系數(shù)

安全系數(shù):1.1-1.4之間:低溫修正系數(shù):0℃以上時(shí)取1.0，-10℃以上取1.1，-20℃以上取1.2：蓄電池最大放電深度系數(shù):淺循環(huán)取0.5，深度循環(huán)取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。

12.2 組件串聯(lián)數(shù)

組件串聯(lián)數(shù)=系統(tǒng)工作電壓（V）×系數(shù)1.43/選定組件峰值工作電壓（V）

12.3組件平均日發(fā)電量計(jì)算

組件日平均發(fā)電量=（Ah）=選定組件峰值工作電流（A）×峰值日照時(shí)數(shù)（h）×斜面修正系數(shù)×組件衰減損耗系數(shù)

峰值日照時(shí)數(shù)和傾斜面修正系數(shù)為系統(tǒng)安裝地的實(shí)際數(shù)據(jù)：組件衰減損耗修正系數(shù)主要指因組件組合、組件功率衰減、組件灰塵遮蓋、充電效率等的損失，一般取0.8。

12.4兩段連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)需要補(bǔ)充的蓄電池容量的計(jì)算

補(bǔ)充的蓄電池容量（Ah）=安全系數(shù)×負(fù)載日平均耗電量（Ah）×最大連續(xù)陰雨天數(shù)

組件并聯(lián)數(shù)的計(jì)算：

組件并聯(lián)數(shù)=【補(bǔ)充的蓄電池容量+負(fù)載日平均耗電量×最短間隔天數(shù)】/組件平均日發(fā)電量×最短間隔天數(shù)

負(fù)載日平均耗電量=負(fù)載功率/負(fù)載工作電壓×每天工作小時(shí)數(shù)

13.光伏方陣發(fā)電量的計(jì)算

年發(fā)電量=（kWh）=當(dāng)?shù)啬昕傒椛淠埽↘WH/㎡）×光伏方陣面積（㎡）×組件轉(zhuǎn)換效率×修正系數(shù)。P=H·A·η·K

修正系數(shù)K=K1·K2·K3·K4·K5

K1組件長(zhǎng)期運(yùn)行的衰減系數(shù)，取0.8；K2灰塵遮擋組件及溫度升高造成組件功率下降修正，取0.82；K3為線路修正，取0.95；K4為逆變器效率，取0.85或根據(jù)廠家數(shù)據(jù)；K5為光伏方陣朝向及傾斜角修正系數(shù)，取0.9左右。

14.根據(jù)負(fù)載耗電量計(jì)算光伏方陣的面積

光伏組件方陣面積=年耗電量/當(dāng)?shù)啬昕傒椛淠堋两M件轉(zhuǎn)換效率×修正系數(shù)A=P/H·η·K

15.太陽能輻射能量的轉(zhuǎn)換

1卡（cal）=4.1868焦(J)=1.16278毫瓦時(shí)(mWh)

1千瓦時(shí)(kWh)=3.6兆焦(MJ)

1千瓦時(shí)/㎡(KWh/㎡)=3.6兆焦/㎡(MJ/㎡)=0.36千焦/厘米(KJ/cm)

100毫瓦時(shí)/厘米(mWh/cm)=85.98卡/厘米(cal/cm)

1兆焦/米(MJ/m)=23.889卡/厘米(cal/cm)=27.8毫瓦時(shí)/厘米(mWh/cm)

當(dāng)輻射量的單位為卡/厘米：年峰值日照時(shí)數(shù)=輻射量×0.0116（換算系數(shù)）

當(dāng)輻射量的單位為兆焦/米：年峰值日照時(shí)數(shù)=輻射量÷3.6（換算系數(shù)）

當(dāng)輻射量單位為千瓦時(shí)/米：峰值日照小時(shí)數(shù)=輻射量÷365天

當(dāng)輻射量的單位為千焦/厘米，峰值日照小時(shí)數(shù)=輻射量÷0.36（換算系數(shù)）

16.蓄電池選型

蓄電池容量≥5h×逆變器功率/蓄電池組額定電壓

17.電價(jià)計(jì)算公式

發(fā)電成本價(jià)格=總成本÷總發(fā)電量

電站盈利=（買電價(jià)格-發(fā)電成本價(jià)格）×電站壽命范圍內(nèi)工作時(shí)間

發(fā)電成本價(jià)格=（總成本-總補(bǔ)貼）÷總發(fā)電量

電站盈利=（買電價(jià)格-發(fā)電成本價(jià)格2）×電站壽命范圍內(nèi)工作時(shí)間

電站盈利=（買電價(jià)格-發(fā)電成本價(jià)格2）×電站壽命范圍內(nèi)工作時(shí)間+非市場(chǎng)因素收益

18.投資回報(bào)率計(jì)算

無補(bǔ)貼：年發(fā)電量×電價(jià)÷投資總成本×100%=年回報(bào)率

有電站補(bǔ)貼：年發(fā)電量×電價(jià)÷（投資總成本-補(bǔ)貼總額）×100%=年回報(bào)率

有電價(jià)補(bǔ)貼及電站補(bǔ)貼：年發(fā)電量×（電價(jià)+補(bǔ)貼電價(jià)）÷（投資總成本-補(bǔ)貼總額）×100%=年回報(bào)率

19.光付方陣角角度和方位角角度19.1傾斜角

緯度 組件水平傾角

0°-25° 傾角=緯度

26°-40° 傾角=緯度+5°-10°（在我國(guó)大部分地區(qū)采取+7°）

41°-55° 傾角=緯度+10°-15°

緯度>55° 傾角=緯度+15°-20°

19.2方位角

方位角=【一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻(24h制)-12】×15+(經(jīng)度-116)

20.光伏方陣前后排間距：

D = 0.707H /tan [ acrsin ( 0.648cosΦ- 0.399sinΦ) ]

D：組件方陣前后間距

Φ：光伏系統(tǒng)所處緯度（北半球?yàn)檎?南半球?yàn)樨?fù)）

H：為后排光伏組件底邊至前排遮擋物上邊的垂直高度

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