(西昌學(xué)院 四川 西昌 615000)

一、引言

為了有效的緩解能源危機以及所引發(fā)的環(huán)境問題，人們越來越認(rèn)識到發(fā)展清潔可再生能源的重要性。光伏發(fā)電技術(shù)是太陽能發(fā)電的方式之一[1]，光伏發(fā)電是一種將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其優(yōu)勢：第一安全清潔，取之不凈用之不竭；第二可安置在空閑的陽光充足地域，不影響人們的日常生活；第三大量的使用可以減輕電網(wǎng)壓力；第四太陽能電池板安裝完成即可發(fā)電，成本低且易于維護(hù)[2]。在農(nóng)村、部分偏遠(yuǎn)地區(qū)的空閑地方以及城市樓房屋頂大力發(fā)展光伏發(fā)電裝置對經(jīng)濟、環(huán)境保護(hù)都是意義十分重大的。

二、設(shè)計選址

本設(shè)計選擇了一個位于美國新墨西哥州的名為克萊頓的小城市(新墨西哥州聯(lián)合縣克萊頓，郵編88415)，克萊頓城市2014年每月的太陽輻射數(shù)據(jù)如下表1所示：

表1 克萊頓城2017年太陽總輻射值 單位：kWh/m2/month

由上表可得年太陽輻射均值為163.36 kWh/m2/month。

三、光伏系統(tǒng)

(一)光伏發(fā)電

2014年，美國住宅用戶的平均年用電量為10932 kWh，平均每月為911 kWh。其中路易斯安那州的年耗電量最高，為每戶居民15497 kWh，夏威夷最低，為每戶居民6077 kWh。

假設(shè)選擇的居民每年消耗12000kWh，以及光伏提供的10%的能源。則每年的光伏發(fā)電量為PPV=12000*10%=1200KWh。

(二)太陽能電池板型號

本設(shè)計選擇了兩種不同的太陽能電池板：SolarWorld SW27黑色單體太陽能電池板和Topoint JTM190-72M銀色單體太陽能電池板。兩種光伏板的部分參數(shù)規(guī)格如下表2所示。

表2 光伏板部分規(guī)格

其中SW27的模塊尺寸為156mm×156mm，JTM190-72M的模塊尺寸為125mm×125mm。一塊光伏板由60個模塊構(gòu)成。

(三)光伏板數(shù)量

假設(shè)光伏板每天發(fā)電10小時，每天的耗電量相同。因此，每個月光伏發(fā)電量為PPV=1200/12=100KWh/month。

光伏板面積(m2)：A= PPV/(GHI*模塊效率)；光伏板數(shù)量：n=A/Apannel。

計算可得，使用5塊 SW270型PV板或7塊JTM190-72M型PV板即可滿足設(shè)計需求。

(四)光伏板年發(fā)電量

SW270光伏陣列實際的能量為2513.7kWh/year，JTM190-72M光伏陣列實際的能量為2491.3kWh/year。

(五)光伏系統(tǒng)成本

光伏系統(tǒng)由光伏陣列、控制器、電池、逆變器和監(jiān)控軟件組成。光伏陣列和控制器將與光伏板一起提供。因此，應(yīng)該計算成本的四個部分：光伏電池板成本(PPC)、蓄電池成本(BC)、逆變器成本(IC)和軟件成本(SC)[3]。

1.SW270型PV板的光伏板成本為MYM1450，JTM190-72M型PV板光伏板成本為MYM1330。

2.太陽能電池板能產(chǎn)生的最大能量是10kWh/day。本設(shè)計為每個光伏板選擇了一個成本為MYM130的鉛酸蓄電池。

3.根據(jù)兩種型號太陽能電池板的額定功率，選擇了一個1500W的逆變器，成本為MYM186。

4.本設(shè)計選擇光伏監(jiān)測和控制的優(yōu)秀軟件Sun Sentry Monitoring，成本為MYM79。

5.資本成本為光伏電池板、蓄電池、逆變器和軟件的成本之和，所以SW270型號的光伏系統(tǒng)成本為MYM1845;TM190-72M型號的光伏系統(tǒng)成本為MYM1725。

6.年度資本成本ACC=CC*CRF，這里CRF=0.174，所以SW270的年度資本成本為MYM321.03;JTM190-72M的年度資本成本為MYM300.15。

7.因為運行維護(hù)成本O&M = MYM0.007 * 年發(fā)電量，所以SW270運行維護(hù)成本為MYM17.59；JTM190-72M運行維護(hù)成本為MYM17.44。

8.年平均化能源水平 LCOE=(ACC+O&M)/PPV[3]，所以LCOE(SW270)=0.135MYM/KWh；LCOE(JTM190-72M)=0.127MYM/KWh。

通過以上計算可以得知Topoint JTM190-72M的年平均化能源水平小于SolarWorld SW270。所以本設(shè)計會選擇7塊Topoint JTM190-72M太陽能電池板組成本設(shè)計的光伏系統(tǒng)。

四、總結(jié)

傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)是靠化石能源燃燒轉(zhuǎn)化為電能，在提供電能的同時會排放大量溫室氣體。已知燃煤的發(fā)電效率約為63.5%。那么本設(shè)計中若使用5塊SolarWorld SW270 PV 板，每年可以發(fā)電 2513.7kWh，一年可以節(jié)約燃0.635*2513.7=1596.2kg；若使用7塊Topoint JTM190-72M PV板每年可以發(fā)電2491.3kWh，每年可以節(jié)約燃煤0.635*2491.3=1582.0kg[3]。