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1、PR背景

近年來(lái),我國(guó)光伏電站年新增裝機(jī)容量都比往年有所提升,2014 年新增裝機(jī)在全球排列第一,而 國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)一片繁榮的同時(shí),全國(guó)性的、統(tǒng)一的、完善的光伏電站評(píng)價(jià)和標(biāo)準(zhǔn)體系還尚未真正跟上 步伐,原因一方面是由于國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)境資源數(shù)據(jù)采集的重視程度不夠,電站發(fā)電場(chǎng)所沒(méi)有配備精確采集 太陽(yáng)輻照資源、組件溫度、環(huán)境溫度等氣象指標(biāo)的監(jiān)控設(shè)施,另一方面缺乏對(duì)光伏電站發(fā)電性能的正 確和完整的評(píng)估方法,同時(shí)也缺乏多年長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的光伏發(fā)電數(shù)據(jù)。

光伏電站一般有著 25 年及 25 年以上的生命周期,電站監(jiān)控和運(yùn)維對(duì)于長(zhǎng)期的穩(wěn)定運(yùn)行來(lái)說(shuō)顯得至關(guān)重要,隨著基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的 電站智能化運(yùn)營(yíng)管理的到來(lái),意味著發(fā)電性能評(píng)價(jià)和大數(shù)據(jù)分析方面的工作在國(guó)內(nèi)電站的運(yùn)營(yíng)管理中 將起到舉足輕重的作用。

早些時(shí)候國(guó)內(nèi)開(kāi)展光伏電站數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控技術(shù)的研究單位有中科院電工研究所、合工大能源研 究所和北京計(jì)科公司等,相比之下,國(guó)外這方面的工作就做得比較早,研究則更為深入,國(guó)外眾多的 成功案例和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)都值得學(xué)習(xí)和借鑒。國(guó)際能源總署(IEA)在 1995 年啟動(dòng)了光伏發(fā)電項(xiàng)目(PVPS) Task-2 工作【1】,即光伏系統(tǒng)的性能、可靠性研究(Performance,Reliability and Analysis of Photovoltaic Systems),并組建了 Task-2 團(tuán)隊(duì),

全球相繼有 28 個(gè)國(guó)家先后加入(包括中國(guó)),他們對(duì) 全球不同氣候和地理環(huán)境的國(guó)家如中國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本、以色列、墨西哥、澳大利亞等多個(gè)不同 類(lèi)型的光伏發(fā)電系統(tǒng)(如建筑一體化 BIPV、屋頂電站 BAPV、大型集中式并網(wǎng)電站、離網(wǎng)系統(tǒng)、混合 系統(tǒng)等)展開(kāi)了長(zhǎng)達(dá)十多年的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集及發(fā)電性能方面的深入研究,多數(shù)數(shù)據(jù)是在不同的 IEA-PVPS 成員國(guó)的國(guó)家示范項(xiàng)目中進(jìn)行收集,并通過(guò)建立全球光伏電站發(fā)電運(yùn)行數(shù)據(jù)和技術(shù)數(shù)據(jù)的數(shù) 據(jù)庫(kù)(Performance Database),來(lái)作為光伏系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)、效能、可靠度及成本方面的研究。

截止目前已 擁有大大小小 461 多套光伏系統(tǒng)(總?cè)萘考s 15MW)的高質(zhì)量的運(yùn)行數(shù)據(jù),將用于不同的應(yīng)用,如電 能供給、家庭應(yīng)用、農(nóng)村電氣化和特殊應(yīng)用等等,相關(guān)的研究成果都是公開(kāi)共享的,可以在 IEA 官網(wǎng) 上進(jìn)行下載。研究人員通過(guò)深入研究電站性能的影響因素并建立了光伏電站性能評(píng)價(jià)相關(guān)指標(biāo)和定義, 如 1998 年正式發(fā)布的 IEC 61724 標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的指標(biāo)就來(lái)源于此。

IEC61724 中推薦的三個(gè)指標(biāo)分別是 Yr、Yf 和 PR,參考表 1,其中 Yr 是單位面積的光伏陣列傾斜面 總輻射量與光伏電池標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的標(biāo)準(zhǔn)輻射度之比,也稱(chēng)方陣峰值日照小時(shí)數(shù),反映了當(dāng)?shù)氐妮?照水平。Yf 表示一段時(shí)間內(nèi)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)最終并網(wǎng)的交流發(fā)電量與光伏系統(tǒng)的額定功率之比,它 是用光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量歸一化后的發(fā)電量,可用于不同裝機(jī)容量的光伏系統(tǒng)的比較,也稱(chēng)為發(fā)電能力(kWh/kW)。

Performance Ratio(PR)稱(chēng)為質(zhì)量因數(shù)或系統(tǒng)效率,是評(píng)價(jià)光伏電站效率最重要的指標(biāo) 之一,是電站實(shí)際輸出功率與理論輸出功率的比值,反映整個(gè)電站扣除所有損耗后(包括輻照損失、 線(xiàn)損、器件損耗、灰塵損失、熱損耗等)實(shí)際輸入到電網(wǎng)電能的一個(gè)比例關(guān)系【2】。電站的 PR 值越接 近 100%,說(shuō)明該電站的運(yùn)行效率就越高,但是現(xiàn)實(shí)情況下 PR 值達(dá)到 100%是不可能的,因?yàn)橛行p 耗是不可避免的。一般情況下,運(yùn)行較好的并網(wǎng)光伏電站 PR 值能夠達(dá)到 80%及 80%以上。


PR 的另一種公式表示方法來(lái)源于 SMA:PR=實(shí)際發(fā)電量/理論發(fā)電量,其中理論發(fā)電量=方陣斜面輻 射量*方陣所有組件總面積*組件轉(zhuǎn)換效率,經(jīng)過(guò)推導(dǎo)就會(huì)發(fā)現(xiàn),雖然表示方法不同,但結(jié)果實(shí)際上就 等于 Yf 和 Yr 的比值。

PR 指標(biāo)是目前常用的電站評(píng)價(jià)參數(shù),對(duì)于同一地區(qū)的各個(gè)電站,如果太陽(yáng)輻射資源和氣候情況比 較相似,那么我們可以通過(guò) PR、Yr 和 Yf 來(lái)進(jìn)行對(duì)比,但是對(duì)于不同地區(qū)的電站,由于輻射資源不同, 環(huán)境溫度也不同,直接使用該 PR 來(lái)對(duì)比是不準(zhǔn)確的。

因?yàn)?PR 公式并未考慮到溫度的影響,晶硅組件 的功率溫度系數(shù)是負(fù)溫度系數(shù),當(dāng)溫度升高時(shí),功率會(huì)降低,溫度降低時(shí),則相反,特別是在冬季低 溫、均勻輻照強(qiáng)度下,PR 計(jì)算值會(huì)偏高,而在夏季高溫、均勻輻照下,PR 值會(huì)偏低,而溫度差異造成 的 PR 偏低并不屬于電站本身的質(zhì)量問(wèn)題,容易給電站運(yùn)維人員帶來(lái)誤判斷。

因此后來(lái)業(yè)內(nèi)研究人員提 出了對(duì)原有 PR 計(jì)算公式進(jìn)行溫度修正的方法,稱(chēng)為 CPR(Temperature Corrected PR)。如圖 1 為某電 站 CPR 和 PR 的計(jì)算結(jié)果對(duì)比,當(dāng) PR 和 CPR 以年為分析周期進(jìn)行計(jì)算比較時(shí),其實(shí)結(jié)果相差不大,僅 1%左右,但是在冬季和夏季的各個(gè)月份,PR 就會(huì)出現(xiàn)明顯的偏高或偏低,但通過(guò)溫度修正后,CPR 可 以更加準(zhǔn)確地反映實(shí)際的運(yùn)行情況。經(jīng)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),公開(kāi)報(bào)導(dǎo)的關(guān)于對(duì)溫度系數(shù)的修正方法 至少有 3 種以上,其中重要的差異來(lái)源于電池片結(jié)溫的計(jì)算以及不同的修正方法。