确定并网型系统的适当规模

确定并网型系统的大小是最容易的。要100%的满足您的需求，只要用日平均用电需求（以瓦时为单位）除以您那里平均每天的峰值日照小时数即可。第2章曾经讲过，峰值日照小时数可以根据太阳能地图和各种网站与表格来确定（还可以参见本章后面提到的“确定峰值日照小时数”）。

举个例子，假设您和您的家庭每年用电6000kW·h（或者说每月用500kW·h），这相当于每天约17kW·h。假设您住在肯塔基州的列克星敦市，那里每天的平均日照小时数为4.5。17除以4.5就得到阵列的大小（容量），即3.8kW。不过，可不要跑出去就按照这个数字订购一套系统。

这个计算得到的系统规模的含义是：系统的效率为100%，而且全年都不被遮挡。可遗憾的是，没有效率为100%的PV系统。所以，多数太阳能安装人员会把并网型PV系统的能力降额25%～30%。这部分损失是由电流流过导线时的压降、熔丝的电阻、断路器和连接件、阵列上的灰尘以及各种元件（如逆变器）的效率损失等因素造成的。所以，如果您的PV阵列没有被附近的树木或建筑物遮挡，那么您需要容量再大25%～30%的系统来提供每天17kW·h的电力。我们会采用30%这个数。考虑到效率损失的问题，把3.8除以0.70，算出您将需要的阵列大小，结果是5.4kW。再考虑安全裕度，将其归至5.5kW。于是，为了满足您的需求，您需要一套5.5kW的系统，但前提是这些太阳能阵列不被遮挡。

遮挡会急剧降低PV系统的出力。即使是模块上的一小块阴影，也会减少其出力——很显著。为了确定PV系统受到遮挡的量，专业的太阳能选址评估人员和太阳能安装人员经常使用一种太阳路径分析工具，比如图4-5中所示的Solar Path-finder。Solar Pathfinder以及类似的设备能确定被当地景观中永久性特征所阻挡的太阳能辐射，这些永久性特征包括树木、小山和建筑物。太阳能安装人员使用这些设备来选出一片地产上阳光最充足（遮挡最少）的地点，此外，如果有遮挡的话，再确定该地点全年中遮挡的量有多少。

Solar Pathfinder有一个透明的塑料圆顶，下面是一个格栅，可以指示在任何给定位置全年的太阳的位置（见图4-6）。Solar Pathfinder固定在三脚架上，放在PV阵列的推荐位置上，指向正南（真南），保持水平。固定好之后，会遮挡PV阵列的树木及其他物体的映像就在玻璃圆顶上显示出来。

图4-5 Solar Pathfinder。太阳能选址评估人员可以用这个设备来评估PV系统可能的选址的遮挡情况，有助于您在可能的地点选择最好的来安装阵列。

为了估计遮挡情况，操作人员可以在圆顶下方的太阳路径图表上跟踪显示在圆顶上面的映像，然后手工计算出每个月阳光的百分比。或者，操作人员可以用数码相机给圆顶上的映像拍照，然后把数字图像下载到附带的软件中——Solar Pathfinder助手，用这个软件计算出一年中每个月阳光的百分比。然后，推荐阵列上的阳光量用来校正阵列的大小（阳光的百分比也能用来预测阵列的发电量，阵列的大小取决于预算，例如某个人的钱只够安装2kW的阵列）。

为了计算阵列的实际发电量，Solar Pathfinder助手软件把数据合并到另一个叫做PV Watts的软件程序中。这个软件由科罗拉多州戈尔登市的国家可再生能源实验室（NREL）开发，用历史天气数据并根据云层遮挡情况计算阵列的发电量，可以在线免费下载（不过，这个软件本身并不补偿障碍物的遮挡，这就是为什么必须要用Solar Pathfinder助手软件或者其他类似的软件）。

图4-6 不论您何时使用Solar Pathfinder，它的圆顶都能显示出全年中遮挡的全部来源。这样，太阳能选址评估人员就能确定遮挡的发生量有多少，什么时候发生，于是就能够准确地估计阵列的发电量。

太阳能资源评价和遮挡计算工具

我们在文中描述了对Solar Pathfinder的使用，这是首选的太阳能资源评价和遮挡计算工具。自从它亮相以来，还有另外两个太阳能资源评估工具被引入市场，Wiley Electronics（www.wellc.com）生产的ASSET（Acme太阳能选址评价工具）以及Solmetric公司（www.solmetric.com）生产的Solmetric太阳眼。

ASSET和太阳眼是更为复杂的工具，自动化程度也更高，价钱也更贵。Solar Pathfinder大约250美元，ASSET大约600美元，而太阳眼大约1400美元。

ASSET有一个安装在三脚架上的数码相机（见图4-7）。架设的时候，把相机固定到铝制三脚架上，放平，然后朝向南方。在组件上，装有气泡水平尺和指南针。然后，拍7～9张照片，从东向西扫描可能的太阳能站址。照片下载到计算机中（PC或者Mac），通过电子技术被“缝合”到一起，得到一张全景照片。附带的软件再在上面叠加一个太阳路径网格，跟Solar Pathfinder中用到的类似。网格显示出全年中太阳在特定纬度上的路径，然后由软件自动计算出总的太阳遮挡情况。使用这个数据，算出可得到的日照率。

太阳眼是一种手持设备，如图4-8所示，包含惠普的PDA、软件、内置数码相机、气泡水平尺和指南针。相机拍下当地的全景照片，并立即叠加上太阳路径，并算出遮挡情况（实际上就是可得的阳光，称为太阳能射入）。它生成一张柱状图，给出每月的太阳能射入。这个信息可以再下载到计算机中，生成报告或者存档留作后用。与太阳眼并存的软件，比如ASSET，允许用户编辑遮挡阵列的那些外面的树木和其他物体，以便确定如果清除所选地址上可能阻挡阳光的树木或其他物体所得到的增益是多少。

(www.xing528.com)

图4-7 ASSET

图4-8 Solmetric太阳眼

要弄清楚这是怎么做的，我们来看一个例子。表4-7给出了一个5kW阵列的发电量，它所在位置（在肯塔基州的列克星敦市附近）的平均峰值日照小时数为4.5。这个数据来自NREL的PV Watts程序，可以在线获得。第1列列出了一年中的每个月，序号1代表1月。第2列列出了太阳能辐射，或者每个月的日平均日照小时数，单位为kW·h/m²/天。年平均值在该列的最下面。第3列给出了一个5kW的阵列每个月能够发出的电量，发电总量在该列的最下面给出。第4列给出了这些电力的价值，以当前的价格6.1美分/kW·h来计算。如该列底部所标明的，一个5kW的阵列每年发的电价值约为365美元。

表4-7 用PVWatts计算的5kW阵列的发电量，位于肯塔基州列克星敦市

（续）

DAN CHIRAS

然后，用Solar Pathfinder助手校正发电量。表4-8给出了基于遮挡情况的月发电量，其中第4列是Solar Pathfinder评定的阳光百分数，第5列是基于遮挡情况的阵列的交流发电量。

表4-8 基于遮挡情况的5kW阵列的发电量

DAN CHIRAS

如果一个家庭每年需要6000kW·h，阵列的大小就应当增加。为了校正阵列的大小，把6000（年耗电量）除以5632（6000/5632=1.06），再把结果（1.06）乘以5。在表4-8所示的案例中，房主需要5.3kW的PV阵列来满足其需求（1.06×7.5=7.95）。这套系统将花费大约53000美元，不含联邦税收抵扣（假定并网型系统的安装成本为10美元/W）。考虑到2009年开始针对住宅和办公场所实施的30%的联邦税收抵扣，费用将为37100美元。再砍掉一半的用电需求，不过这要花费约10000美元来提升用电效率，那么可把系统造价降低到18550美元。

太阳能安装人员也能根据预算（一个人有多少钱可以用于此）来确定PV系统的大小，因为并非每个人都能负担得起一套满足100%用电需求的PV系统。例如，假设一个办公场所有20000美元可以投入到PV系统中，考虑到30%的联邦税收抵扣，这些钱可以买到一套2.9kW的并网型PV系统（写本书时）。一套2.9kW的系统在日平均日照小时数为4.6且没有遮挡的地区每年可以发电3300kW·h。如果该公司每年使用20000kW·h，那么这套系统可以满足他们约16.5%的电能需求。

要达到最优的性能，PV系统通常要装在让阵列不被遮挡的地方，至少在太阳正午的两侧各能得到3h的日光。也就是说，从太阳时间的上午9点到下午3点。太阳能辐射窗口的这个部分占据了全天太阳辐射的75%～80%，具体数值有赖于季节。