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高原地区肯定比同纬度海拔低的地方辐射量大,因为空气稀薄散射小,比如南美科迪勒拉山脉的高原以及我国的青藏高原。不过有趣的是,中非、巴西和印尼的一些在赤道上的地方反而不如中东、北非、南非、澳大利亚等地区的辐射度大。这是因为这些赤道地区的热带雨林太茂盛了,空气中水分太多,阳光散射就多,反而不如热带的干旱、半干旱地区辐射量大,即便干旱半干旱地区的直射量少了一点点。欧洲的平均辐照度是1200kWh/m2/y,中东是1800-2300kWh/m2/y。
下面就说到我们可以利用的太阳能量了,这每平米1kW的太阳能我们是不可能都吸收的,我们一般会用所得能量除以辐射能量,得到的就是光伏的光电能量转化效率。比如单晶硅光伏板能量转化效率20%,那么每平米光伏板就能获得200W的能量。不同的技术,光电转化效率不同,下图就是不同公司不同技术的效率,资料来自IEA的《2014光伏技术路线图》。硅基光伏一般在15%-25%的效率,薄膜光伏一般在10%-15%的效率。
光伏发电装机容量的单位是瓦W,或者叫“峰瓦”Wp(watt-peak),与名义效率无关。名义效率是在标准工况(standardtestconditions,STC)下测得的发电容量(标准工况是25℃,1.5倍大气厚度,垂直入射,辐照度为1000W/m2)。例如标准工况下,1平米大的光伏板,在15%的效率下,发电容量是150W,在20%的效率下,容量是200W。而“峰瓦”是实际输出的功率,除了取决于光电转化效率外,还与光伏资源量、光伏板角度、光伏系统的综合效率(performanceratio,PR)有关。综合效率的相关因素很多,包括组件实际温度、组件匹配度、辐射条件、灰尘、电路阻抗、逆变器损耗等等。良好设计的光伏电站,年均PR可以达到80%-90%。所以我们计算光伏资源量不能只看光伏板的能量转化效率,还要看它安装在什么地方、角度如何、以及系统的综合效率如何。
例如,一个光伏发电系统年接受阳光辐照度1200kWh/m2,当PR是85%时,年发电量1020kWh/kW,也就是1020个年利用小时,或容量系数11.6%(1020/8760)。当阳光强烈达到2500kWh/m2时,同样的系统能发电2125kWh/kW,容量系数为24.3%。
当然,光伏板的角度也有很大关系,如果是可以跟踪太阳位置的光伏板,比如单轴或双轴的光伏系统,虽然造价高了,但实际的发电量也会提高。例如法国某地区的年辐照量只有1300kWh,但用了优秀的单轴和双轴跟踪系统后,可以将光伏板接受的辐照量提高到1500kWh。
所以要计算全球的光伏资源量,与光伏能量转化的技术、安装地点、板对太阳的角度、系统的综合效率都有关系,非常之复杂。但总体来说,太阳能资源非常丰富,即便只有1%的太阳能转化为了电能,那也是全球年耗能量的几十倍。
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