(西昌学院 四川 西昌 615000)

一、引言

为了有效的缓解能源危机以及所引发的环境问题，人们越来越认识到发展清洁可再生能源的重要性。光伏发电技术是太阳能发电的方式之一[1]，光伏发电是一种将太阳能转换为电能的装置，其优势：第一安全清洁，取之不净用之不竭；第二可安置在空闲的阳光充足地域，不影响人们的日常生活；第三大量的使用可以减轻电网压力；第四太阳能电池板安装完成即可发电，成本低且易于维护[2]。在农村、部分偏远地区的空闲地方以及城市楼房屋顶大力发展光伏发电装置对经济、环境保护都是意义十分重大的。

二、设计选址

本设计选择了一个位于美国新墨西哥州的名为克莱顿的小城市(新墨西哥州联合县克莱顿，邮编88415)，克莱顿城市2014年每月的太阳辐射数据如下表1所示：

表1 克莱顿城2017年太阳总辐射值 单位：kWh/m2/month

由上表可得年太阳辐射均值为163.36 kWh/m2/month。

三、光伏系统

(一)光伏发电

2014年，美国住宅用户的平均年用电量为10932 kWh，平均每月为911 kWh。其中路易斯安那州的年耗电量最高，为每户居民15497 kWh，夏威夷最低，为每户居民6077 kWh。

假设选择的居民每年消耗12000kWh，以及光伏提供的10%的能源。则每年的光伏发电量为PPV=12000*10%=1200KWh。

(二)太阳能电池板型号

本设计选择了两种不同的太阳能电池板：SolarWorld SW27黑色单体太阳能电池板和Topoint JTM190-72M银色单体太阳能电池板。两种光伏板的部分参数规格如下表2所示。

表2 光伏板部分规格

其中SW27的模块尺寸为156mm×156mm，JTM190-72M的模块尺寸为125mm×125mm。一块光伏板由60个模块构成。

(三)光伏板数量

假设光伏板每天发电10小时，每天的耗电量相同。因此，每个月光伏发电量为PPV=1200/12=100KWh/month。

光伏板面积(m2)：A= PPV/(GHI*模块效率)；光伏板数量：n=A/Apannel。

计算可得，使用5块 SW270型PV板或7块JTM190-72M型PV板即可满足设计需求。

(四)光伏板年发电量

SW270光伏阵列实际的能量为2513.7kWh/year，JTM190-72M光伏阵列实际的能量为2491.3kWh/year。

(五)光伏系统成本

光伏系统由光伏阵列、控制器、电池、逆变器和监控软件组成。光伏阵列和控制器将与光伏板一起提供。因此，应该计算成本的四个部分：光伏电池板成本(PPC)、蓄电池成本(BC)、逆变器成本(IC)和软件成本(SC)[3]。

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

2.太阳能电池板能产生的最大能量是10kWh/day。本设计为每个光伏板选择了一个成本为MYM130的铅酸蓄电池。

3.根据两种型号太阳能电池板的额定功率，选择了一个1500W的逆变器，成本为MYM186。

4.本设计选择光伏监测和控制的优秀软件Sun Sentry Monitoring，成本为MYM79。

5.资本成本为光伏电池板、蓄电池、逆变器和软件的成本之和，所以SW270型号的光伏系统成本为MYM1845;TM190-72M型号的光伏系统成本为MYM1725。

6.年度资本成本ACC=CC*CRF，这里CRF=0.174，所以SW270的年度资本成本为MYM321.03;JTM190-72M的年度资本成本为MYM300.15。

7.因为运行维护成本O&M = MYM0.007 * 年发电量，所以SW270运行维护成本为MYM17.59；JTM190-72M运行维护成本为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。

通过以上计算可以得知Topoint JTM190-72M的年平均化能源水平小于SolarWorld SW270。所以本设计会选择7块Topoint JTM190-72M太阳能电池板组成本设计的光伏系统。

四、总结

传统的发电技术是靠化石能源燃烧转化为电能，在提供电能的同时会排放大量温室气体。已知燃煤的发电效率约为63.5%。那么本设计中若使用5块SolarWorld SW270 PV 板，每年可以发电 2513.7kWh，一年可以节约燃0.635*2513.7=1596.2kg；若使用7块Topoint JTM190-72M PV板每年可以发电2491.3kWh，每年可以节约燃煤0.635*2491.3=1582.0kg[3]。