如何计算光伏电池组件的总发电量
最近有不少朋友在问：“我建一个光伏电站，到底能收入多少钱”？要回答这个问题确实比较复杂，不能简单地一概而论。要结合当地的实际情况进行全方位的测算，这是一个非常复杂的过程。为了给大家答疑解惑，下面我就尝试着用最简单最容易懂的方式给大家讲述，如何来计算总发电量。
可能有很多朋友就会有疑问了，为什么别人问你他能收入多少钱，而你却要计算总发电量呢？其实大家都应该知道我们修建光伏电站的收入主要就是通过电池组件所发的电来产生收益。当然这种收益有的是很直观可以看得见的，有的却是只能通过折算的方式来知道我们具体可以收入多少钱。
这还得从我们光伏电站的运行方式说起，光伏电站发的电我们一般有三种去处。第一种是自发自用，第二种是自发自用余量上网，第三种是全额上网。这三种方式中第一种自发自用它是不直接产生收益的，他的收益直接被我们的生产生活所消耗电能的成本所取代。
这种发电方式要想知道他的收益，就只能从我们安装光伏电站以后减少的电费支出中进行折算。第二种自发自用余量上网的方式也是部分发电量，不直接产生收益也需要通过同样的方式进行折算。第三种全额上网这种就是很直观的可以看到我们的实时收益数据。
当我们要进行折算收益的时候，就必须知道我们总共发了多少度电，又用了多少度电，还有多少度电上传给了国家电网。所以计算光伏组件的总发电量就显得非常有必要了，下面我就通过我所掌握的理论知识以及经验进行测算我们光伏电池组件的总发电量。
首先我们要测算光伏组件的总发电量之前，还应该明白一个概念。我们任何设备它都有一个使用寿命，这个使用寿命的时间就是这个设备的生命周期。
我们单晶硅和多晶硅光伏组件的使用寿命大概在30年左右，但按照行业惯例，我们只计算前25年所发的电量。原因是25年以后电池板由于各个部件的老化，发电可靠性已经逐渐降低，维护成本呈直线上升，有可能出现发收益不足以抵扣我们维护成本的尴尬情况，也就是我们常说的入不敷出，因此不再具有使用价值。
由于光伏组件长时间在户外受到风吹、雨淋、日晒，光伏组件不可避免地会出现老化的情况。具体表现为表面玻璃由于氧化和腐蚀的凹凸不平，不再是原来的光滑平整。当光线照射到玻璃上时，必然会产生闪散射和反射作用。
因此光伏组件表面的玻璃透光性降低，会阻挡一部分光线照射到电池片上，电池片接受的光照量减少，必然会减少发电量，影响发电效率。
1. 光伏组件发电效率
根据《光伏发电效率技术规范》GB/T 39857-2021的相关规定：
多晶硅光伏组件的初始发电效率不应低于17%，首年效率衰减率不应高于2.5%，后续年效率衰减率不应高于0.7%；
单晶硅光伏组件的初始发电效率不应低于17.8%，首年效率衰减率不应高于3%，后续年效率衰减率不应高于0.7%；
薄膜光伏组件的初始发电效率不应低于12%，首年效率衰减率不应高于5%，后续年效率衰减率不应高于0.4%；
目前市面上的多晶硅和单晶硅光伏组件发电效率已经做到20%以上，也就是在峰值日照条件下，每平方米的光伏电池发电功率不低于200瓦。有的厂家甚至声称已经将光伏电池的发电效率提升到了22%左右。
同样对光伏组件的衰减厂家也宣传承诺首年不超过2%，后续每年不超过0.4%，可以连续使用30年，到末期还具备原发电效率85%的发电效率。当然这里只是厂家的单方面的说辞，具体怎么样还有待时间验证。在后面的计算中我们还是保守地沿用原来的，只计算前25年发电量为总电量。在发电效率上可以参考厂家给定的效率参数。
2. 峰值日照时数
我们大多数人都会走入一个误区，估算发电量时直接用每天光照时长和电池的标称功率相乘就认为是每天的发电量了。实际上必须要用峰值日照时数和电池的标称功率相乘才是每天的发电量。
峰值日照时数也可以叫做标准日照时数。标准规定地面标准阳光光谱，采用总辐射的AM1.5标准阳光光谱，地面阳光的总辐射照度规定为1000瓦每平方米，标准温度规定为25℃。实际上我们的光照条件是随时都在发生变化，不可能一直存在稳定的辐照度为1千瓦每平方米每小时的情况。所以我们要得到峰值日照时数或者说标准日照时数时，就必须经过换算。
下面我就讲解一下该如何进行峰值日照时数换算。
①日照时数：当地直接太阳辐照度超为120W／㎡所有时间段的总和，单位为小时（h）。
②峰值日照时数：一段时间内的太阳辐照度累计总量，换算成辐照度为l000W/㎡的光源所持续照射的时长，其单位为小时（h）。
③太阳辐射照度为1000w/㎡的情况下才是峰值日照条件，这个条件是算出峰值日照时数的基础。
给定地点的峰值日照时数，是通过白天获得的太阳辐照度累计总量，再除以1000w/㎡得到的。举个例子。若某地某天的太阳辐照度在太阳辐照度超过120W／㎡的时长为l0h。已知这一天的太阳辐照度累计总量为6000Wh／㎡，则该地日照时数为10h，峰值日照时数为：6000Wh／㎡÷1000 W／㎡=6h。
组件规格书上标注的功率是在“1000W/㎡，25℃，AM 1.5”的STC测试条件测出的标准值，我们称之为标称功率。
在实际使用中，组件的功率并不是一个恒定值，它会随着照射在其表面的太阳能辐照度的变化而变化。
①组件输出功率和太阳能辐照度的关系可以简单理解为：太阳能辐照度越大，组件输出功率就越大。
②组件标称功率是在太阳能辐照度1000W/㎡测试条件下得出的；峰值日照时数也是在太阳能辐照度l000W/㎡下折算下来的。
③组件标称功率、峰值日照数都建立在“太阳能辐照度为l000W/㎡”的标准之上。所以峰值日照时数可以直观反映一段时间内当地的发电量水平，而日照时数却不能。
所以我们一定要走出用日照时数来测算总发电量的误区，那样测出来的数据不具有任何参考价值，会直接导致我们对投资产生收益的误判。
我们国家太阳能资源总体上呈现为，北方比南方丰富，西北、西南比东南丰富，四川盆地及其周边部分地区太阳能资源最为贫乏。
经过我的收集和整理，做了一份相对比较靠谱的，全国各个地市的峰值日照时数表，其中，遗憾的是未能收集到台湾地区的资料。表中的数据可以直接作为我们进行总发电量估算时的数据来源。但要进行项目项目精确测算时，还是需要到现场进行实地勘察和测算。
3. 影响总发电量的各种因素
我们在进行总发电量测算时，不能简单机械地只参参峰值日照时数。还应该考虑到我们具体环境的特点，也就是我们光伏组件使用环境的具体情况。
（1）安装方式对总发效率的影响
我们光伏组件的安装方式按支架的形式可以分为：双轴支架安装、单轴支架安装、固定支架安装。由于我们测算峰值日照时数时，采集光照数据方式为固定式，所以如果我们采用双轴支架安装方式或者单轴支架安装方式，它的发电效率肯定会高于我们测算的峰值日照时数的数据。
根据研究表明，如果我们采用双轴支架安装方式光伏组件的发电效率可以提高20%~30%左右，我们取个中间数25%；如果采用单轴安装方式，光伏组件的发电效率可以提高10%~20%，我们取个中间数15%。
同样我们安装方式中可以将光伏组件安装在地面，也可以将光伏组件安装在屋面上。安装在地面时，如果低于地平面两米，很容易被各种杂草树等杂物遮挡，肯定会影响我们的发电效率，因此我们在计算总发电量是对这类安装在地面高度不超过两米的场合，它的发电效率只能取标准功率的85%左右。
如果我们安装光伏组件的场所，相对比较平坦只有少数遮挡物，发电效率可以达到取于90%；如果我们的地势非常平坦，不会受到任何遮挡物的阻碍光照，发电效率取百分之115%；如果我们周围有大型建筑、大山或高层楼房会遮挡我们的光伏组件，发电效率取70%。
如果光伏组件安装在屋面，由于房屋方位的走向是固定的，所以屋面的环境并不一定是我们最理想的采光环境。平屋顶的采光条件不受房屋方位走向影响。如果斜屋顶房屋是南北走向，则北屋面无法安装光伏板，因为发电效率太低，不具备经济价值。东西走向的斜屋面的发电效率只有南屋面发电效率的60%~80%左右，取个中间数75%。
综上，根据安装方式不同对我们发电效率的影响，进行假定一个对应的发电效率参考系数。具体情况详见表1-2所示。
表1-2安装方式对发电效率的影响系数
（2）整个光伏运行系统损耗对发电效率的影响
太阳能光伏发电系统效率影响因素包括∶太阳电池老化效率，交、直流低压系统损耗及其他设备老化效率，逆变器效率，变压器及电网损耗效率；参考《光伏发电效率技术规范》GB/T 39857-2021中的相关规定。结合国内外相关工程实际发电情况和经验系数，各效率系数取值如下∶
①直流电缆损耗∶2%；
②防反二极管及线缆接头损耗∶1.5%；
③ 电池板不匹配造成的损耗：4%；
④灰尘遮挡损耗∶2%；
⑤交流线路损耗∶0.8%；
⑥逆变器损耗∶2%;
⑦不可利用的太阳辐射损耗∶1.2%；
⑧系统故障及维护损耗：1%；
⑨变压器损耗∶3%；
⑩温度影响损耗∶4%。
经计算分析，系统的综合效率为81%左右。当然这里所得出来的数值只是一个理论计算值，在实际运行中经过我们运维人员对系统的不断优化、行业技术的不断进步可能发电效率会得到一定程度的提升。由于市场上光伏系统各种设备质量参差不齐，保守起见我们还是沿用以前的系统效率经验值。
4. 光伏组件生命周期总发电量测算
由于各个地方的环境不一样，我们不能进行笼统的测算，只能具体到某一个地点进行测算，最少也要精确到各个地市行政单位区划内，这样得出来的数据才具有一定的参考价值。
以笔者所在的四川省为例，四川盆地是全国太阳能资源最贫乏的地方之一，尤其是成都市周边地区，几乎没有多大利用价值。至少在目前的光伏系统安装成本前提下，经济价值不大。
四川省地域辽阔，在四川的西北部、西部和西南部太阳能资源却非常丰富，在全国范围内都是比较靠前的。所以四川省可利用太阳能资源主要集中在三洲地区，三州即阿坝州、甘孜州、凉山州。所以如果我们仅仅精确到某一个省级行政区划嘛，对太阳能资源进行测算，是非常不科学的一种做法。
我们下面就以笔者所在的四川省阳能资源最丰富地区之一的阿坝州进行进行具体测算。阿坝州地处四川西部地区，通过查表可知：纬度31.9°、经度102.22°、 最佳仰角为35°。因为阿坝州是高山高原气候，雨、雪和雾霾天气比较少，光照时间长，太阳能资源非常丰富。非常适合建我们的光伏发电站。
通过查询《全国各省市峰值日照时数查询》表可知，阿坝州每日的平均峰值光照时数为4.42小时。
则有：全年峰值光照时数=每日平均峰值光照时数×365天=4.42×365=1613.3小时
如果一块电池板的生命周期为25年，那么它的整个生命周期的总峰值日照时时数为：
总峰值光照时数=年峰值光照时数×生命周期=1613.3小时×25年=40332.5小时
假如我们将光伏电站建在地势开阔，周围几乎没什么遮挡物的庭院内。安装光伏组件的方式采用固定式支架进行安装，安装光伏组件的环境也可以满足朝向南面、最佳仰角35°的条件。则影响光伏组件发电效率的安装方式系数为1，周围的环境系数为1.15，电池组件生命周期综合发电效率系数0.81。则可估算出光伏组件在整个生命周期内每瓦电池板的总发电量。
每瓦发电总量=总峰值光照时数×安装方式系数×环境系数×综合发电效率系数÷1000
每瓦发电总量=40332.5小时×1×1.15×0.81÷1000=37.57度（千瓦时）
假如我们的装机容量为20千瓦，则可以通过上面的方式计算出总的发电量。
总发电量=每瓦总发电量×装机容量
总发电量=37.57×20×1000=751400度（千瓦时）
当我们知道总发电量以后，就很容易求出我们总收益了。但由于各个地方的标杆上网电价不一样，各个地方的政府补贴也不一样，所以还是不能一概而论，需要具体问题具体分析。由于篇幅的问题，今天就不在这里展开讲了。我将在下一篇文章进行具体的讲述。
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