2025年光伏发电系统设计与优化考核练习题(一)参考答案详解.docxVIP

2025年光伏发电系统设计与优化考核练习题(一)参考答案详解

一、系统基础配置计算

某项目位于北纬30°、东经120°的平原地区（海拔50m），设计为1MWp地面光伏电站，要求年利用小时数不低于1100h，当地气象数据如下：年水平面总辐射量1350kWh/m2，最佳倾角斜面辐射量1500kWh/m2，空气密度1.225kg/m3，年均气温18℃，极端低温-10℃，极端高温40℃，主导风向为东南风（平均风速3.5m/s，最大风速25m/s）。组件采用单晶硅PERC电池（效率22%，工作温度系数-0.38%/℃，标准测试条件下（STC）温度25℃，开路电压Voc=45V，短路电流Isc=10A，最大功率点电压Vmpp=38V，最大功率点电流Impp=9.5A），组件尺寸1.95m×1.1m（面积2.145m2），支架采用固定倾角（最佳倾角30°），逆变器为组串式（最大输入电压1100V，MPPT电压范围400-1000V，效率98.5%），电缆采用铜芯电缆（电阻率ρ=1.72×10??Ω·m，允许压降≤3%）。

问题1：计算系统所需组件数量，并验证逆变器输入电压是否满足要求。

解答：

1.组件数量计算

系统容量为1MWp（1000kWp），单块组件STC功率P_stc=Vmpp×Impp=38V×9.5A=361W（约360W，取整）。

理论组件数量N=系统容量/P_stc=1000000W/360W≈2778块（需向上取整，实际取2780块）。

2.组串设计与电压验证

支架固定倾角30°，每串组件数量需满足逆变器MPPT电压范围（400-1000V）。

组件工作电压需考虑温度修正：

极端低温下（-10℃），组件开路电压Voc_low=Voc×[1+α_v×(T_low-T_stc)]，其中α_v为电压温度系数（PERC组件约-0.32%/℃，题目中给出的是功率温度系数-0.38%/℃，需转换：功率温度系数α_p=α_v+α_i，电流温度系数α_i≈0.05%/℃，故α_v≈α_p-α_i≈-0.43%/℃，此处按题目给定的功率温度系数推导可能存在误差，实际取电压温度系数-0.32%/℃更合理）。

修正后Voc_low=45V×[1+(-0.0032)×(-10-25)]=45V×(1+0.112)=45×1.112=49.9V≈50V。

极端高温下（40℃），组件Vmpp_high=Vmpp×[1+α_v×(T_high-T_stc)]=38V×[1+(-0.0032)×(40-25)]=38×(1-0.048)=38×0.952=36.18V。

逆变器MPPT电压范围要求：组串最低工作电压（高温下Vmpp）≥400V，最高开路电压（低温下Voc）≤1100V。

设每串组件数为n，则：

n×Vmpp_high≥400V→n≥400/36.18≈11.06，取n=12；

n×Voc_low≤1100V→12×50=600V≤1100V，满足。

验证高温下组串Vmpp=12×36.18=434.16V≥400V，低温下Voc=12×50=600V≤1100V，符合要求。

总组串数=总组件数/每串组件数=2780/12≈232组（232×12=2784块，实际组件数调整为2784块，系统容量=2784×360W=1002.24kWp≈1.002MWp，满足1MWp要求）。

二、发电量与效率损失分析

问题2：计算项目首年理论发电量，并分析主要效率损失来源（需给出具体数值）。

解答：

1.首年理论发电量计算

首年发电量E=斜面辐射量×组件面积×组件效率×逆变器效率×系统可用率。

单块组件面积=1.95×1.1=2.145m2，总组件面积=2784×2.145≈5971m2。

斜面辐射量=1500kWh/m2，组件效率=22%（STC下），但需考虑温度修正：

组件工作温度T_cell=T_amb+G×(NOCT-20)/800，其中NOCT（组件标称工作温度）取45℃（常规PERC组件值），环境温度T_amb=年均18℃，辐照度G=1000W/m2（标准条件）。

实际工作温度T_cell=18+1000×(45-20)/800=18+31.25=49.25℃。

温度修正后的效率η_temp=η_stc×[1+α_p×(T_cell-T_stc)]=22%×[1+(-0.0038)×(49.25-25)]=22%×(1-0.092)=22%×0.908≈19.98%。

逆变器效率η_inv=9