欧洲户用光伏研究白皮书

前言 光伏技术的起源可追溯至1839年——当时贝克勒尔在液态电解质中首次发现光伏效应。1905年，爱因斯坦因完整阐释该现象机理荣获诺贝尔奖。1950年代，光伏电池最早应用于航天领域为人造卫星供能；但因成本高昂、转化效率偏低，直至1980年代地面光伏系统才真正起步。从早期仅供无电地区的独立系统，到2000年后市场重心转向并网系统：先屋顶光伏兴起，再发展到如今占装机总量主体的地面大型电站（详见下图）。 如今，推动光伏装置持续发展与推广的动因有两点：一是气候变化促使电力生产向低碳化转型，同时降低对化石燃料的依赖；二是全球电力消费量在过去十年间持续增长，且预计未来数年仍将保持这一趋势。 在区域层面，多国正积极寻求能源独立；而在用户终端，消费者也希望通过光伏应对不断上涨的电费支出。以法国为例，政府通过"S21"专项补贴与上网电价政策，激励户主安装光伏系统。 除政策红利外，自发自用电量在经济效益与环保价值方面同样具有显著优势。虽然安装光伏的收益明确，但项目方案模拟设计与落地实施仍存在技术门槛。本白皮书旨在梳理关键要点，为成功开展光伏项目研究提供系统性指引。 目录 05. 什么是光伏设计研究？ 如何开展户用光伏系统设计？ 精度与参数设置的重要性 29. 输出文件、交付成果与施工准备 光伏设计仿真软件的价值 光伏未来发展前景如何？ 32. 结论 什么是光伏设计研究? 光伏设计研究用于评估待建系统的发电能力，从估算太阳能资源（即太阳辐照量）开始，需要考虑可能产生遮挡的周围物体（建筑物、树木）以及太阳能发电单元（我们称之为光伏组件）的特性。还包括相关电气设备的方面，即直流电缆、交流电缆、逆变器选型，以及任何可能影响这些设备性能的因素。还需要一些更高级的参数，以充分考虑设备的老化和衰减、系统可用性以及温度影响等。 对于直接消耗自身发电的场地（称为“自发自用”），还需要进行用电负荷分析。除了评估系统的技术性能外，设计还可以关注经济性能，以确定其盈利能力，这是根据安装成本、节省的电费以及可能出售剩余电力产生的收入来计算的。 这可能听起来很复杂，但借助强大的光伏设计仿真软件，可以在几分钟内完成全面可靠的设计分析。对于光伏行业的销售或安装人员来说，进行光伏系统设计的原因有很多。 为什么要进行光伏设计仿真? 比较不同方案，优化项目 利用数字化工具节省时间 用精确数据提升方案可信度 通过3D建模直观说服客户 方便客户寻求融资 满足法规或保险要求 通过自动化文档简化行政工作 通过可验证的计算记录保护自身利益 通过简易工具可快速完成初步评估，基于项目地点、屋顶倾角、朝向等基础数据，结合平均成本估算初始投资、发电量及潜在盈利能力，从而判断是否有必要进一步开展前期研究。太阳能地图通过考虑周边遮挡提供了更高的精度。 除了详细的光伏设计外，还需考虑其他因素（以屋顶光伏为例）: 防水性能 结构安全性 并网连接 需研究与欧洲配电网运营商(如法国Enedis)的并网方案 根据项目规模，可能需要委托专业设计院开展相关研究,同时，还需确认城市规划方面的限制条件： PPLLUU 法国国家建筑师协会(ABF) 地方城市规划条例 包含对屋顶覆盖物的一般规定，可能还有针对光伏设备的特定要求。 如果光伏设备位于历史古迹500米范围内，必须征询其意见。 这些补充研究有助于更新投资估算和盈利能力计算。 项目确定实施后，需进一步深化研究以支撑施工工作：包括最终设备选型、详细的施工图纸、出具计算书等。 需要办理的行政手续 获取规划许可 既有建筑屋顶安装需提交预先申报（DP），新建建筑需申请建筑许可（PC）。 系统并网申请 向配电网运营商提交并网申请（可在线提交），并提供系统说明文件。 申请上网电价政策 在并网申请后，电网运营商会自动转交申请。 需向配电网运营商提交由技术监督机构出具的证明，确认系统符合安全法规要求。 如何进行住宅光伏设计？ 确定项目地点与气象数据选择 确定项目地点，进而获取当地的总体气象条件，尤其是日照情况。从PVGIS地图中可看出，太阳辐照量总体呈现“靠近赤道地区高、靠近两极地区低”的规律。 例如在法国，南北地区的年太阳能资源差异很大，大约在1000 kWh/m²到1600 kWh/m²之间（水平面数据）。这些辐照度可用于初步判断光伏潜力，但对于光伏设计，需要考虑的是组件表面上的总辐照量。 在专业软件（如archelios PRO）中，确定项目地点后，即可查看考虑远阴影遮挡（即周边地形对太阳辐照的影响）后的辐照量数据。例如，若项目场地东西两侧有山脉，会缩短每日日照时长，进而减少太阳能量输入，软件会自动计算这一影响。此外，软件还能自动计算并给出组件接收最大化总辐照量的最佳方位角和倾角。 archelios PRO提供的逐月太阳轨迹图,远阴影，辐照数值，最优倾角及方位角数据。 如何选择气象站点? 气象数据对光伏研究结果影响重大，因此选择基础气象数据时需格外谨慎。气象站点的数据与项目场地实际条件越接近，技术性能与经济性能分析结果就越准确。选择时需关注以下几点。 与项目地距离 距离越近越好 默认情况下，archelios PRO软件采用Meteonorm数据库的数据，该数据库以数据可靠性高而闻名。同时，软件支持通过API接口导入其他来源的气象数据，以满足不同场景需求，可导入的气象数据类型包括： 气象条件相似度 例如，海拔3000米的观测站与海拔400米山谷中的气象站，气象条件差异极大 数据时间跨度 数据覆盖周期越长、越新越好 数据源 地面气象站实测数据与卫星遥感生成数据 系统建模与附近阴影遮挡分析 虽然项目场地的3D建模并非强制要求，但却能带来多方面优势： 精准建模能准确计算近距离遮挡对发电量的影响，而遮挡可能会显著影响发电量与设备选型。例如，若光伏组件存在遮挡，可能需要将组串式逆变器改为微型逆变器，即使存在遮挡，微型逆变器也能保证系统高效发电。以archelios PRO软件为例，在保持逆变器类型不变的情况下，也可对比不同电缆连接方案的效果。 此外，3D模型能让客户直观看到光伏系统安装后的效果（无论是坡屋顶、平屋顶、车棚还是其他场景），更易做出购买决策。 若项目场地周边无遮挡物且屋顶结构简单，也可跳过3D建模，快速完成简易设计。此时，在archelios PRO软件中，选择简易项目类型，确定项目地点后，只需手动输入屋顶尺寸、组件朝向与倾角，即可进入设备选型阶段。 光伏组件布局设计 光伏系统组件布局是指在安装面上布置光伏组件，核心目标是根据客户需求，优化组件数量、安装朝向与位置，提供最优方案。 首先需明确布局目标，例如“在整个安装面积上实现最大装机功率”或“仅安装满足业主用电需求的组件规模”。根据目标，在安装面积允许的范围内确定组件数量，进而指导布局设计。同时，应尽量避开遮挡区域，以充分利用太阳辐照资源。 部分项目中，支架系统的选型也会影响布局设计，建议咨询供应商获取安装建议。archelios PRO软件与K2 Systems等部分支架制造商建立了数据对接，可确保项目在结构上的可行性。 选择支架系统时，需重点考虑组件间距与安装面之间的距离。合理的间距能促进组件背部空气流通，降低组件温度，从而减少热损耗。在archelios PRO软件中，可设置组件背部空气流通相关参数；而组件升温导致的损耗系数，可从光伏组件的技术参数库中查询。 光伏系统选型 光伏组件在屋顶布置完成后，需选择并配置一台或多台逆变器（或微型逆变器），用于管理不同组串，并将直流电转换为交流电。对于组串式逆变器，“组串”指的是多块组件串联形成的电路，每个组串连接至逆变器的一个最大功率点跟踪（MPPT）通道。而微型逆变器无“组串”概念，通常一块或两块组件配置一台微型逆变器。 组串式逆变器因成本低、效率高、安装灵活，是目前应用最广泛的类型。其每个MPPT通道可适配不同朝向的组件，且输入电压范围宽，支持逆变器的超配或欠配设计。 微型逆变器可单独控制一块或两块组件，特别适用于存在遮挡的场地——若某一块组件电流下降，不会影响其他组件（而传统组串式逆变器中，单块组件故障会影响整个组串）。此外，微型逆变器安装在组件附近，便于维护：可单独隔离、监控或更换单块组件，还能通过监控软件精准定位故障组件，无需排查整个组串。 逆变器选型需基于所连接光伏组件的峰值功率，通常用“逆变器功率/组件峰值总功率”的比值来衡量（比值为1时，二者功率相等）。需注意的是，该比值与中国国内常说的容配比：“直流/交流比”相反，国内的容配比概念指组件峰值总功率与逆变器功率的比值。 为使逆变器工作在最佳电压区间，同时减少“削峰损失”（即因逆变器容量不足导致的发电量损失），最优的“逆变器功率/组件峰值功率”比值通常在0.75-1.1之间。若要最大化年发电量，需合理设计以确保设备负载率适宜、运行参数在允许范围内，并提升电能转换效率。 在高纬度地区或组件安装朝向非最优的场景下，有时会采用超配设计（即“逆变器功率/组件峰值功率”比值小于1），这样能让逆变器更快达到启动电压。这种设计的优势在于：可降低设备成本，且系统在阴天、雨天及光照较弱时段也能运行。 但需注意，当光伏组件发电量超过逆变器容量时，会出现削峰现象（尽管这类时段通常较短）。逆变器超配是常见做法，但过度超配会缩短设备使用寿命。 以archelios PRO软件中的案例为例，某超配设计的逆变器因削峰功率导致年发电量损失0.53%。 光伏发电量简化计算公式: 年发电量（kWh /年）=组件安装面辐照量（kWh /平方米/年）×峰值功率（kW）×效率（PR:通常为80%-90%） 公式参数说明: ⚫年发电量（kWh/年）：光伏系统每年的总发电量（也称“预计发电量”）⚫组件安装面辐照量（kWh/平方米/年）：每平方米光伏组件接收的太阳能量⚫峰值功率（kW）：光伏系统的额定功率（通常以“千瓦峰”，即kWp为单位）⚫系统效率：系统总效率，需考虑温度损耗、电缆损耗、逆变器损耗、遮挡损耗等各类因素 上述简化计算可快速估算发电量，但无法准确反映光伏系统的实际运行情况。而专业的设计软件（如archelios PRO）能对每块组件在全年每小时的发电性能进行精准估算。 发电量计算与损耗分析 双面组件增益（组件背面额外产生的发电量） 近处与远处遮挡对组件正反两面的影响 环境因素（如温度、湿度、雪、灰尘等） 逆变器电气损耗：包括转换效率、功率削峰、电流限幅 直流与交流电缆损耗 设备老化、衰减、参数偏差和组件失配损耗 通过archelios PRO软件的强大计算能力，可对上述数千个影响因素进行模拟分析，实时估算发电量并分析损耗，为客户提供清晰、精准、可靠的方案。 绿电自发自用率计算 自发自用是指直接消耗自己生产的部分或全部电能。主要模式： ⚫完全自发自用:系统接入公网，消耗自己发的电，不足时从电网取电。⚫自发自用余电上网:系统接入公网，消耗部分自己发的电，剩余部分卖给电网，不足时从电网取电。 目前，自发自用的最大优势在于能大幅降低电费支出，且至少可部分满足自身用电需求。在法国，装机容量小于9kW的光伏系统已禁止全额上网，且余电上网电价较低（2025年5月约为0.04欧/kWh），因此业主更倾向于选择自发自用模式。 若要通过自发自用提升发电量价值与投资回报率，需围绕项目场地的用电负荷特征开展光伏研究。 用电负荷曲线（即用电特征）通常可从电力供应商处获取数字化数据，用户可通过个人账户下载。在法国，archelios PRO软件可直接通过API接口从Enedis（法国配电网运营商）获取智能电表数据，得到10分钟间隔的用电负荷曲线。 若无法获取完整的实际用电负荷曲线，archelios PRO软件提供了以下解决方案：: ⚫软件基于部分时段的用电数据，自动生成全年用电负荷曲线⚫软件提供法国Enedis与德国BDEW的标准负荷曲线，作为构建