用光輻射強度1000瓦/米2時的峰值功率作為光伏發電裝機功率的計算依據，沿用已久，但存在的問題也顯而易見。本文提出用加權平均法來進行計算，符合電站光照客觀條件，能較好地解決資源和設備利用，較準確地計算年發電量。

一、問題的提出

光伏發電作為新能源已經得到廣泛的應用，其能源來自太陽，在不同季節和天氣情況下都處于變化的狀態之中，因此，單位面積電池板的發電功率隨光輻射強度變化而變化，光輻射強度對光照時間的積分即為此時間段內電池板所吸收的光輻射能量。

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

這一設定，可用來評價電池板的性能（光電轉換效率），目前也被作為設計光伏電站的依據。設單塊電池板的峰值功率為Wp，N為方陣電池板塊數，則可根據電站裝機P（千瓦）要求，計算出需要安裝的電池板數量N=P/Wp，由此計算相應的占地面積；同樣，在一定用地面積下，計算可裝設電池板的數量，得出光伏發電的功率。一旦裝機功率確定后，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，形成光伏發電系統。

問題在于，用這種設定來設計光伏電站合理嗎？電池板在不同的光輻射強度下，相應地發出它的功率，1000瓦/米2不過是人為的設定點。由于這種設定沒有考慮實際的光輻射強度，即沒有考慮到電站所處的地理位置，將會帶來不準確的結果和影響。

（一）對資源和設備利用的影響

設想，名義上是1MW的光伏裝置，安裝在不同光資源地區，會帶來怎樣的結果？顯然，當光輻射強度大于1000瓦/米2時（大多出現在一、二類地區），電池板本可多發的功率由于逆變器等電氣設備的限制，被限定在1MW，損失了部分可利用的光能資源，同樣損失了發電量；而在小于1000瓦/米2時（大多出現在三、四類地區），電池板根本達不到1MW，影響電網裝機預期，逆變器等電氣設備容量則被冗置浪費，此類案例已屢見不鮮。據我公司頂樓的小型光伏裝置實測，上海松江地區最大光強在800瓦/米2左右，出現時間也很短暫。

（二）對年發電量計算的影響

年發電量是評估項目經濟效益的重要依據，為輸出功率和年發電小時的乘積。

目前對光伏年發電量是按下列公式計算的。

對應1000瓦/米2時的功率P=NWp，千瓦，電池板方陣面上單位面積年輻射量Q，

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

H=Q/3.6當Q為兆焦/米2(MJ/m2)

年發電量W=PH度（千瓦小時）

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

二、解決問題的途徑

由于光照資源的不穩定性，要用固定的方法加以計算發電功率是不可能的，用統計分析的方法，即常用的加權平均法就較符合實際。下面介紹以年為周期的加權平均值的計算方法，用同樣方法，可得到多年的加權平均值。這與水力資源的利用相類似，水能同樣受季節、氣候的影響，嚴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的設備，引入了多年水位加權平均值的概念，將此作為裝機設計的依據，以求得水資源與設備的合理利用。

（一）按如下方法來計算光輻射強度的年加權平均值

1在氣象監測系統內設有太陽輻射強度測量儀。

2定時測量輻射強度并做記錄。從清晨到傍晚，測得每日在各發電時段的輻射強度。一般可按1小時測量一次，時段分得越細，精確度越高。如某冬天，從上午7時到17時，按1小時測一次，共10個時段，10個數據；如按半小時測1次，就有20個時段，20個數據。由于季節和氣象的變化，每日獲取的發電時段數也不盡相同，如夏天從上午6時起到19時，按1小時測一次，可能出現有13個時段的記錄，匯綜成單日光強圖，在同一季節，由于出現多云和陰天，發電時段和輻射強度又可能都會減少。對這種隨機性，宜如實記錄，在分析時，除特殊情況另作處理外，其它均納入統計范圍。

3整理歸類。（1）以一定范圍內的輻射強度歸成一檔，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，計算精度越高。在0—1000及以上的范圍內，將可能出現數十個檔次。(2)計算該檔強度的平均值。（3）分門別類，在同一檔內，統計該檔出現的頻次，列表如下。

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

該檔強度的平均值A1A2A3…………...An

該檔強度出現的頻次F1F2F3……………Fn

(以小時或半小時計)

4計算加權平均值。如上表所列，光輻射強度的加權平均值E為:

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

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

將匯總結果繪成年光強頻譜圖。橫坐標為年各檔輻射強度的頻次（對應日照時間），縱坐標為對應的光輻射強度，其加權平均值為E，沿E劃出與橫坐標的平行線，即為功率限制線。按E既可計算光伏電池板的裝機功率，同時也可計算出光伏電池板的年發電量。

（二）年發電量的計算

因部分光輻射能量不能被利用，如光強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，顯然，可利用的光伏能量為KQ，年發電量將有所減少。在E光強下有效的年發電時間為：

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

年發電量W=PH=NWp0.0116QK或W=NWpQK/3.6

（三）結論

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

2計算光輻射強度的年加權平均值，需要積累數據（現有監控系統已可以自動記錄原始數據），需要做統計和分析，這正是目前相對薄弱的環節。在此基礎上還可做多年加權平均值的計算，這將為開發光伏資源提供較為全面和科學的依據。

3在采用光強加權平均值計算的同時，對年發電小時（年發電量）的計算，通過對未能被利用的光資源部分進行了修正，使之更加精確。是否要利用這部分能量，需要具體分析，可利用光強頻譜圖進行分析，即向上移動E線，視能增加的發電量，對發電收入增加和因逆變器等電氣設備容量增大而加大的投資；或不經擴容，利用設備短時過載能力的條件，進行經濟技術分析后再做決擇。