光伏电站监控:气象数据在光伏电站性能评估中的重要性和作用

来源:pv-tech.cn发布时间:2016-01-12 11:41:24
1、总览

  由于天气状况直接影响光伏电站的发电量,所以光伏电站性能评估的核心参数离不开准确的气象数据。因此每个光伏电站监测系统都需要一组气象监测传感器以计算电站核心评估指标,例如场站效率和有效工作时间。数据的采样与处理方法、传感器的部署安装方式也会对评估结果产生部分影响。


2、光伏系统气象站常用的传感器 

  气象站只需要少量的传感器即可充分覆盖评估需求:

  辐照仪:电站需要使用辐照仪测量一系列的辐照强度,且该辐照仪的响应波段应覆盖组件可吸收光谱的波段。通常我们会同时使用多个辐照仪来监测不同安装方式下的辐照。

  水平安装辐照仪,用于监测全局水平辐照(该安装方法应尽量避免地面反射,因为地面反射可能会使测量结果增大20%);

  与阵列相同倾角及朝向安装的辐照仪,用于监测阵列平面所接收的辐照;

  定制的散射辐照仪,用于监测散射辐照,即全局水平辐照减去直接辐照(该辐照仪并不常用);

  基准电池组 :包含一个或多个光伏电池单元,可以同时测量辐照和电池片温度,基准电池组中电池片的材质应与阵列所用组件中电池片的材质相同;虽然基准电池组以其低廉的价格会被用作正规辐照仪的替代品,但是实际上并不能这么用。原因是很难找到与阵列所使用的组件具有相同光谱响应区间的基准电池组,而且其精度、灵敏度稳定性等都是没有经过认证的。

  组件背板温度传感器 :直接安装在光伏组件的背面以测量组件中电池片的温度。该测量方法利用一个热交换模型把组件背板温度换算到组件内部电池片的温度。换算过程还需要输入环境温度以及风速、风向进行修正。通常情况下,组件背板温度常常错误地被直接引用为电池片温度。

  环境温度传感器 :用于监测实际运行阵列周围的空气温度。

  湿度计,气压传感器,风速、风向传感器和雨量计 :这些要素与发电量有一定关联,但是在电站绩效评估中一般不使用这些要素。


3、气象传感器正确使用的重要性

  气象数据的准确性是电站绩效评估的关键。数据采集系统必须集成异常值(无效值)检测及剔除的算法,以保证最后存储的历史数据的可靠性。由于异常值会污染现有数据库,所以数据采集系统有必要检测这些数据的出现,并对其及时处理。另一种方法是识别出引起录入错误值的触发事件,设置采集器系统在该事件发生时停止采集,例如当辐照仪处于阴影中时采集器停止录入其数据。数据采集的各个环节都有可能导致异常值的出现,且传感器与通讯线缆是最容易导致数据异常的环节。一些策略可以大幅度减少异常值出现的概率,其中多数都与传感器和光伏电站监控系统的连接方法有关。

  加装冗余的传感器,是一种可以非常有效地保证测量数据准确的方法。如此以来,可以极大地提高数据采集质量的方案就是:

  如果一个传感器失效,直接获取备份数据;

  对不同传感器输出的相同时段的采集数据进行对比分析,以排除一些与统计趋势不符的异常值;

  气象传感器另一个非常重要的参数是数据采集周期。对于监测电站运行参数的行业经验是采用15分钟平均值。但是对于辐照强度这种随瞬时波动比较大的气象要素,进行15分钟步长的瞬时值采样是非常不明智的。所以采集器需要更快的采样频率(可能高达1s),同时输出在此采样频率获取的15分钟连续数据的平均值。该处理过程必须慎重考虑所有参与数据采集的仪器可能出现的异常值和时间戳的同步性。采样异常或者处理出错都会降低评估的质量。

  气象状况不仅瞬时波动大,而且大型电站场站内各局部区域的差异也非常明显。对于一个面积足够大的电站来说,站内特定区域的关键绩效指标必须使用临近的气象数据。根据相关技术绩效评估的计算文件声明,并不希望核心的气象监测数据在整个场站空间内剧烈波动,因为剧烈的波动会对长时间尺度下电站关键绩效的计算产生不利影响。假设遇到一些疏散云团飘过数兆瓦的阵列造成的局部遮挡的情景,虽然对阵列局部瞬时的影响非常显著,但是剧烈的波动会随当天的时长累计被平滑到对整个场站的稳定影响。由于评估的对象为整个场站,所以输入计算的气象数据需要使用场站气象数据的空间平均值,该数值只能通过汇总电站各局部区域测量数据加工取得。

  对于建设在地形起伏较大区域的光伏电站,例如光伏组件被安装在不同的斜坡上,还需要充分考虑斜坡的朝向、倾角以及安装在每个斜坡上的组件的标称功率对关键绩效指标计算的影响,以保证计算的准确性。对于使用差异显著的技术要求安装的阵列也有必要在绩效评估计算时进行相应的修正。在场站不同的区域部署多个气象监测系统可以有效降低传感器全部毁损的概率,例如自然灾害、盗窃和物理破坏。

  最后,高质量的气象传感器需要周期性地校准或者其本身使用寿命有限,例如辐照仪至少1年至2年需要校准1次,机械式风速仪的寿命只有半年至1年。预防性维护、校准以及换新对于支持电站的长久运行是至关重要的。


4、气象站应用

  光伏电站气象监控系统应对气象传感器的安装方式有明确的定义,原因如下:

  冗余气象传感器的应用;

  在计算方位敏感的关键绩效时,需要使用指定安装方式的传感器测量数据;

  气象站的概念是对一个气象传感器与它安装位置关系的最佳阐释。气象站集成了一组气象传感器及其备件、支架、供电设备、本地的数采集器用于处理及存储测量的数据。这些传感器以指定方式安装,并且电站监控系统可以读取这些它们的坐标和配置。气象站并非新鲜概念,全球所有的气象服务都以其作为气象监测系统的基础。气象站安装便利且安装开销低廉,因此相比于单买各个气象传感器,有理由购买稍贵的集成系统。

  自从气象站概念被定义以来,气象站配置标准化和对场站特征进行气象站配额是非常实用的实施策略。加之实践中一般使用额定输出功率、物理面积和斜坡的数量来定义电站内局部区域的典型特征。二者相辅相成不仅可以同步排线与供电设计,也简化了监测系统的设计、场站的建设以及电站全生命周期仪表校准的实施。



5、辐照测量案例

  为了计算最重要的电站绩效,我们需要获取精确可靠的主要气象数据,所以各种类型辐照测量仪表的评估是其中至关重要的一步。现阶段主流的光伏用辐照测量仪表有两种,辐照仪与基准电池组。

  基于辐照监测系统从各种类型的仪表采集到的真实辐照数据,比较研究之后的结果显示出各仪表间的显著差异。该实验数据取自某1.7兆瓦光伏电站,其中安装了各类型的气象传感器,明细如下:

  2只WMO二级标准辐照仪;

  7只WMO二等标准辐照仪;

  2个基准电池组;

  选择的观测时段是适宜进行仪表比对实验的10月中没有故障或重大问题发生的两周。在本次实验开始之前,该光伏电站已经投运一年有余。

  辐照数据的采集频率是1秒,且以15分钟的步长把已记录数据求平均值。所有用于采样的辐照模拟信号电流区间为4-20mA,原因如下:

  更好的故障检测;

  更好的抗噪声性能;

  为了消除早晚阴影的影响,过滤掉了辐照值低于200 W žm-2的数据。同样,在计算系统效率时也不会使用辐照值低于200W žm-2的数据。

  二级标准辐照仪的数据作为基准数据。二级标准辐照仪的技术要求是最高规格,而且根据相关要求需要对其进行独立校准。相关要求还规定了小时累计与日累计精确的不确定性水平。为了保证两只部署在不同区域的二级标准辐照仪都满足规范要求,它们的时序不确定性水平测试结果都需要在规定值以内,明细如图:

  图1、2显示,数个二等标准辐照仪的百分比误差在+-10%,极大误差达到了20%。这种程度的误差确实非常有争议,也许这些辐照数据已经不适合使用。另外,各二等标准辐照仪之间也有显著的差异。结果表明需要后续测试、维护甚至是对这些二等标准辐照仪进行校准以维持其数据质量水平。

  图3表明,基准电池组的测量值不仅维持负百分比误差,甚至在早晨还会出现极大的波动。

  当使用辐照数据计算系统效率时,使用准确辐照数据的重要性就显而易见了。带入不同的辐照数据计算系统效率的结果比较详见下图4:

  a) 二级标准辐照仪的平均值

  b) 二等标准辐照仪的平均值

  c) 基准电池组的平均值

  系统效率的计算差异非常明显。而且使用基准电池组测得的辐照数据计算所得系统效率大于100%,这显然无法接受。

  带入纯辐射测量值计算的日系统效率差异也十分显著,如下图6:

  除了需要关注传感器的质量,采样的准确性和辐照的可信值也依赖于仪表的安装方式。该变量也可能对数据可信度产生显著影响。如果辐照仪的朝向相对于阵列组件朝向向东偏了3°,那么测量的倾角入射辐照已经与阵列所接收的辐照存在显著差异,所以该辐照仪的辐照数据也会变得不可靠。一个典型的案例如下图所示:


 

图7中曲线的差异揭示了组件与辐照仪的朝向的差异。在该案例中,辐照仪的朝向相对于组件偏东。所以错误的辐照信息会使系统效率的计算完全不可靠。

图8展示了上述辐照仪朝向错误的情况所得的当天系统效率波动曲线。由于异常值会引起错误报警,所以早晚的低值与高值都是不可接受的:

6、总结

在光伏电站监测系统中气象传感器发挥重要作用,精确的气象实测数据是跟踪、评估和控制光伏电站性能参数的关键。因此正确安装足够数量的气象传感器及相关设备,顺利采集到与光伏电站相关的合适数据,才能保证无法避免的误差不会导致错误的假设和结果。只有合理利用冗余的传感器,采样频率,数据清洗及校验,根据电站特征进行修正,才能得到最好的性能分析结果。

众所周知二级标准辐照仪价格不菲,并不是所有电站都具备文中实施的条件。在工程实施阶段如何才能解决这些问题呢,译者总结全文的主要思想之后,认为在使用高精度仪表代价过于昂贵的情况下,退而求其次则需要使用就近多实测数据对比,远景能源的五层数据分析,就近高标准站机器学习拟合,卫星及模式数据趋势判断等方法。当下作为大数据的时代,充分挖掘核心数据价值,提升社会效率也是大势所趋。

(阿波罗武定胜翻译编辑并参与此文评论)
责任编辑:yuyaoxiang
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
底价1.96元/W!华润新能源出售光伏电站来源:索比光伏网 发布时间:2026-11-03 09:37:55

华润新能源近期挂牌转让其下属华润新能源(阜新)风能有限公司持有的“平安光伏项目”在建工程及相关资产。该项目位于辽宁省阜新县押京河南、东山弯子地块,总装机容量9.5兆瓦,挂牌底价为1860.95万元,折合单价约1.96元/瓦。项目用地采用租赁方式,围栏内占地241.336亩,围栏外配套用地45.7亩;土地租期自2016年11月20日起至2044年11月19日止,合计28年,总租金约802.67万元。此次交易标的为尚未建成投产的光伏项目资产,属于企业对在建新能源项目的阶段性资产处置行为。

故障毫秒级关断,火源不传导:阳光智能组件守牢园区“生命线”来源:投稿 发布时间:2026-10-28 08:46:19

广东佛山某产业园2MW屋顶光伏电站应用阳光智能组件的实践案例。面对金属加工企业聚集、火灾风险高、运维压力大的园区环境,该组件通过毫秒级故障关断与25秒内全站电压降至安全水平等技术,从源头防控电气火灾,筑牢能源安全防线。同时,其远程监控、主动预警及自清洁功能显著降低运维成本;依托“电子护照”实现全生命周期数据存档,支撑企业碳足迹核算与绿电凭证获取,助力产品出海与园区绿色招商。业主方评价其在安全、效率与资产增值三方面带来超出预期的综合价值,并计划在后续园区项目中全面推广。

兴中能源:收购33MW光伏电站!来源:智汇光伏 发布时间:2026-10-26 09:27:48

中山兴中能源发展股份有限公司(中山市国资委控股地方国企)于10月23日发布公告,拟以1238万元收购四川汇木光沅新能源有限公司90%股权,从而获得其全资持有的两家子公司所运营的合计32.64MW工商业分布式光伏电站资产。本次收购标的公司注册资本为500万元,交易对应其450万元实缴资本;交易完成后,兴中能源还将主导对标的公司增资,将其注册资本由500万元增至1290万元,并按90%持股比例实缴出资1161万元。目前,四川汇木光沅新能源有限公司仍由汇木新能源全资持有,尚未完成股权变更。该交易旨在拓展兴中能源在光伏新能源领域的资产布局与运营规模。(199字)

一束阳光 三笔绿账 生态城生物医药产业园光伏电站并网发电来源:北方网 发布时间:2026-10-26 09:20:10

生态城生物医药产业园分布式光伏电站近日并网发电,建成总装机容量2兆瓦的屋顶光伏系统及光储充一体化微电网,年发电量约240万千瓦时,年减排二氧化碳约2000吨。文章围绕“三笔绿账”展开:用电账体现就地消纳与余电上网带来的电费节省(年约60万元)和售电收益(年约35万元),并依托储能保障生物医药企业高可靠性供电;减碳账突出碳排放可量化、可核查、可交易,通过CCER机制转化碳资产,并实施“五步降碳法”系统推进零碳建设;金融账创新引入绿色信贷挂钩机制,由北京绿色交易所核验减排成效,北京银行据此动态下调贷款利率,获中新绿色金融合作重点支持。三重效益叠加,助力园区降本增效与产业绿色升级。(199字)

屋顶生绿电!天津生态城生物医药产业园光伏电站并网发电来源:北方网 发布时间:2026-10-23 14:27:25

天津生态城生物医药产业园近日建成并网一座分布式光伏电站,同步投用光储充一体化微电网系统。该系统由生态城绿色建筑研究院与协鑫锦天新能源联合建设,光伏装机容量2兆瓦,年发电量约240万千瓦时。系统通过屋顶光伏板白天发电,优先供园区企业就地使用;富余电力一部分储存于配套储能设备,一部分上网;在光照不足或用电高峰时,储能系统放电补供,保障供电稳定。系统具备实时监测功能,可追踪发电量、储能状态及碳排放数据,实现能源与碳排放的精细化管理。项目预计每年减少二氧化碳排放约2000吨,为园区提供清洁、可靠、低碳的绿电支撑。(198字)

甘肃200MW光伏项目招商引资!来源:张掖市人民政府 发布时间:2026-10-22 09:58:07

甘肃张掖市人民政府于10月16日发布招商引资公告,面向社会公开引进投资方参与“甘肃河西硅业200兆瓦光伏发电绿电直连项目”。该项目拟建设一座装机容量为200兆瓦的光伏电站,所发电力将通过绿色电力直连方式,专项供应河西硅业二期硅基新材料生产线,实现源网荷协同。项目总投资约7.09亿元,目前实施方案已上报,正根据审核意见补充完善相关印证材料。建成后,预计年均可节约标准煤9.6万吨,减少二氧化碳排放18.25万吨,兼具能源保障、产业配套与节能减排效益。

乌拉圭签署史上最大投资!拟开发500MW光伏供电数据中心来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-22 09:01:37

乌拉圭与西班牙可再生能源企业Solaria Energía y Medio Ambiente签署总额57亿美元的投资协议,拟建设该国史上最大规模的光伏供电数据中心园区。项目总容量达500MW,分两期实施:一期在卡内洛内斯省建设200MW数据中心及350MW光伏电站,预计2029或2030年投运,将创造超3000个就业岗位;二期在圣何塞省新增300MW数据中心容量,并可能扩展光伏发电。光伏设施集中于佛罗里达省,由国家电力机构UTE提供土地并签订40年购电协议,Solaria负责开发运营、电网接入(500kV)及“通电土地”服务。该项目契合乌拉圭2030年新增500–600MW光伏的目标,亦响应其打造数字枢纽与绿色能源中心的国家战略。

天合跟踪Buildex安装机器人启运欧洲,以自动化重塑光伏电站施工模式来源:天合光能 发布时间:2026-10-20 09:55:43

天合跟踪Buildex光伏安装机器人首批设备启运葡萄牙,落地示范电站。该机器人具备坡面自适应调平、毫米级精度安装、柔性抓取防损及全维度安全防护,效率提升3-4倍,成本降22.2%。携手ESI Robotics构建中欧协同交付体系,加速欧洲地面光伏自动化进程。

突尼斯启动50MW光储及600MWh独立储能招标来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-20 09:03:22

突尼斯国家电力和天然气公司(STEG)近期启动两项大型可再生能源储能项目招标:一是位于泰塔温省贝尼米拉的50MW AC光伏电站,配套10MW/20MWh电池储能系统,由欧洲复兴开发银行(EBRD)资助,涵盖设计、建设、并网及18个月运维;二是覆盖全国北部、中部和南部共10个中压变电站的300MW/600MWh独立电池储能系统(BESS),分三个区域标段实施,要求符合国际性能与安全标准。两项招标分别于2026年9月底和10月12日发布,投标截止日为10月29日和12月10日。此举是突尼斯推进能源转型的关键步骤,配合此前已启动的多个光储项目,旨在实现2027年太阳能占比达14%、2030年可再生能源发电占比达30%的国家目标。

中核汇能150MW光伏项目重新报批!来源:黔西南州生态环境局 发布时间:2026-10-19 07:07:28

本文介绍了贵州省望谟县两个农业光伏电站项目因建设方案调整而进行环评重新报批的情况。其中,乐业农业光伏电站原于2024年3月获环评批复、5月开工,但因实际地形限制,部分原定地块不适宜布设光伏方阵,故优化调整了方阵位置,并在条件更适宜区域扩大了建设面积,构成“重大变动”,需重新履行环评审批程序;截至2026年9月,原批复范围已完工,新增用地尚未开工,正开展前期准备。同日,桑郎农业光伏电站也因类似原因发布重大变动环评文件。两项目均由望谟汇新能源有限公司建设,该公司为中核汇能贵州能源开发有限公司全资子公司,最终实控方为中核汇能有限公司。项目总装机150MW,总投资约7.21亿元,占地超320万平方米。

从34GW走向中东!时代数字首个市场化海外项目落地沙特MAS光伏电站来源:投稿 发布时间:2026-10-18 12:10:19

协鑫新能源运营科技公司成功中标沙特1.2GW MAS光伏项目调试及运行技术服务,系时代数字海外首个市场化标杆项目。团队已赴现场,11月启动并网调试,严格遵循IEC与沙特电网标准,助力NREP第五轮建设及沙特“2030愿景”。