近年来,我国光伏电站年新增装机容量都比往年有所提升,2014 年新增装机在全球排列第一,而 国内光伏市场一片繁荣的同时,全国性的、统一的、完善的光伏电站评价和标准体系还尚未真正跟上 步伐,原因一方面是由于国内对环境资源数据采集的重视程度不够,电站发电场所没有配备精确采集 太阳辐照资源、组件温度、环境温度等气象指标的监控设施,另一方面缺乏对光伏电站发电性能的正 确和完整的评估方法,同时也缺乏多年长期可靠运行的光伏发电 数据。
光伏电站一般有着 25 年及 25 年以上的生命周期,电站监控和运维对于长期的稳定运行来说显得至关重要,随着基于物联网技术的 电站智能化运营管理的到来,意味着发电性能评价和大数据分析方面的工作在国内电站的运营管理中 将起到举足轻重的作用。
早些时候国内开展光伏电站数据采集及监控技术的研究单位有中科院电工研究所、合工大能源研 究所和北京计科公司等,相比之下,国外这方面的工作就做得比较早,研究则更为深入,国外众多的 成功案例和运营经验都值得学习和借鉴。国际能源总署(IEA)在 1995 年启动了光伏发电项目(PVPS) Task-2 工作【1】,即光伏系统的性能、可靠性研究(Performance,Reliability and Analysis of Photovoltaic Systems),并组建了 Task-2 团队,
全球相继有 28 个国家先后加入(包括中国),他们对 全球不同气候和地理环境的国家如中国、德国、法国、日本、以色列、墨西哥、澳大利亚等多个不同 类型的光伏发电系统(如建筑一体化 BIPV、屋顶电站 BAPV、大型集中式并网电站、离网系统、混合 系统等)展开了长达十多年的系统监测、数据采集及发电性能方面的深入研究,多数数据是在不同的 IEA-PVPS 成员国的国家示范项目中进行收集,并通过建立全球光伏电站发电运行数据和技术数据的数 据库(Performance Database),来作为光伏系统运转、效能、可靠度及成本方面的研究。
截止目前已 拥有大大小小 461 多套光伏系统(总容量约 15MW)的高质量的运行数据,将用于不同的应用,如电 能供给、家庭应用、农村电气化和特殊应用等等,相关的研究成果都是公开共享的,可以在 IEA 官网 上进行下载。研究人员通过深入研究电站性能的影响因素并建立了光伏电站性能评价相关指标和定义, 如 1998 年正式发布的 IEC 61724 标准中所规定的指标就来源于此。
IEC61724 中推荐的三个指标分别是 Yr、Yf 和 PR,参考表 1,其中 Yr 是单位面积的光伏阵列倾斜面 总辐射量与光伏电池标准测试条件下的标准辐射度之比,也称方阵峰值日照小时数,反映了当地的辐 照水平。Yf 表示一段时间内并网光伏发电系统最终并网的交流发电量与光伏系统的额定功率之比,它 是用光伏系统装机容量归一化后的发电量,可用于不同装机容量的光伏系统的比较,也称为发电能力(kWh/kW)。
Performance Ratio(PR)称为质量因数或系统效率,是评价光伏电站效率最重要的指标 之一,是电站实际输出功率与理论输出功率的比值,反映整个电站扣除所有损耗后(包括辐照损失、 线损、器件损耗、灰尘损失、热损耗等)实际输入到电网电能的一个比例关系【2】。电站的 PR 值越接 近 100%,说明该电站的运行效率就越高,但是现实情况下 PR 值达到 100%是不可能的,因为有些损 耗是不可避免的。一般情况下,运行较好的并网光伏电站 PR 值能够达到 80%及 80%以上。
PR 的另一种公式表示方法来源于 SMA:PR=实际发电量/理论发电量,其中理论发电量=方阵斜面辐 射量*方阵所有组件总面积*组件转换效率,经过推导就会发现,虽然表示方法不同,但结果实际上就 等于 Yf 和 Yr 的比值。
PR 指标是目前常用的电站评价参数,对于同一地区的各个电站,如果太阳辐射资源和气候情况比 较相似,那么我们可以通过 PR、Yr 和 Yf 来进行对比,但是对于不同地区的电站,由于辐射资源不同, 环境温度也不同,直接使用该 PR 来对比是不准确的。
因为 PR 公式并未考虑到温度的影响,晶硅组件 的功率温度系数是负温度系数,当温度升高时,功率会降低,温度降低时,则相反,特别是在冬季低 温、均匀辐照强度下,PR 计算值会偏高,而在夏季高温、均匀辐照下,PR 值会偏低,而温度差异造成 的 PR 偏低并不属于电站本身的质量问题,容易给电站运维人员带来误判断。
因此后来业内研究人员提 出了对原有 PR 计算公式进行温度修正的方法,称为 CPR(Temperature Corrected PR)。如图 1 为某电 站 CPR 和 PR 的计算结果对比,当 PR 和 CPR 以年为分析周期进行计算比较时,其实结果相差不大,仅 1%左右,但是在冬季和夏季的各个月份,PR 就会出现明显的偏高或偏低,但通过温度修正后,CPR 可 以更加准确地反映实际的运行情况。经查阅国内外相关文献,公开报导的关于对温度系数的修正方法 至少有 3 种以上,其中重要的差异来源于电池片结温的计算以及不同的修正方法。
