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数据告诉您光伏电站的系统效率到底是多少

电站年发电量计算公式如下:

L = W×H×η


式中:

L —— 并网光伏电站年发电量

W —— 并网光伏电站装机容量

H —— 年峰值日照小时数

η—— 光伏电站系统总效率


峰值小时数H

峰值小时数采用如下公式计算:

H= Ih / I0


Ih ——倾斜面年总太阳辐射量,kWh/㎡

I0 ——标准太阳辐射强度

1000W/㎡ ——电池组件标准测试条件


在装机容量一定的前提下,想要提高发电量只能通过提高年峰值日照小时数和光伏电站系统总效率。


今天就让我们看看光伏电站系统效率对发电量的影响以及通过实测数据分析光伏电站系统效率对发电量的影响到底有多大。


 

 系统效率的组成



在我们了解了系统效率的基本构成之后,下面我们来详细的分析下各个系统效率对整个并网光伏系统影响的成因以及造成损失的大小取值。


1. 温度对组件的影响


不同的项目所在地的温度决定了其对光伏组件实际功率的影响大小。

 

我们从组件的技术参数特性表中可以看到,单体太阳能电池的开路电压随温度的升高而降低,电压温度系数为-0.33%/℃,即温度每升高1℃,60片组件的单体太阳能电池开路电压将会降低120~125mv。

 

太阳能电池的峰值功率随温度的升高而降低(直接影响到效率),即温度每升高1℃,太阳能电池的峰值功率损失率约为0.41%。


例如:工作在20℃的多晶硅太阳能电池,其输出功率要比工作在70℃的高约20%。

 

 如何计算光伏组串温升损失?

光伏组串温升损失=(25度结温组串最大功率–未修正结温组串最大功率)/25度结温组串最大功率×100%;

 

但在实际过程中,由于每个项目所在地实际温度的随机性,我们很难准确的预测光伏电站的温度损失的多少。然而对于已建成电站来说,可以通过组件或组串的功率测试计算组件的温升功率损失。

 

以下是某项目工程提供的针对其中25个组串的温升损失测试结果:


 

可见,温度对组件实际输出功率的影响不可忽略,项目所在地的平均温度,风速等其他气候因素均会影响组件工作结温。项目所在地的平均温度越低,温度温升损失相对越小。针对此项目区域,我们可以通过看出其温升损失大约在3%-9%之间,除去随机性较大的数值,平均值约5%。


2. 光伏组件匹配造成的损失


光伏组件的匹配造成的损失即是处在同一阵列或者同一MPPT控制区域下的光伏组件,由于其本身个体差异,造成输出电压为各个组件之和而输出电流为各个组件中的最小值,导致其总的输出功率小于各个组件标称功率之和。

 

 如何计算光伏组件失配损失?

失配损失:光伏组件串联失配损失=(各组件修正最大功率之和 - 组串修正最大功率值)/各组件修正最大功率值之和×100%

 

以下是我国西南地区某项目的实测结果如下:




通过上述实测数据可以明显看出,除了3.7%的数据偏离整体区间以外,其它数值均在1.5%左右。


所以光伏项目在设计以及采购时,可通过优化设计,采购高质量的、一致性更好的组件,使组件失配的损失在实际工程中降到最低。


3. 灰尘等遮挡造成的损失


为保证电池发电效率,将定期、及时对组件进行清洗,但组件上的灰尘、鸟粪造成的污染仍会对发电量造成影响。由于每个电站所在地自然环境以及气候差异较大,灰尘所在成的损失也相应存在较大的差异。

 

下表为我国南方少霾地区实测数据,抽取样品组件数量为20个,具体测试数据如下:

 


具体分布如下:


 

可见此电站的实测数据灰尘遮挡造成的损失仅为0.76%。但是由于此类损失收到随机性影响较大,仅仅凭借某地区一次的实测数据不足以真实评估灰尘遮挡等造成的实际影响。


在实际项目中,应根据具体工程运维经验,合理的制定组件的清洗方案,已达到经济效益的最大化。


4. 不可利用的太阳能辐射损失


 为什么会产生不可利用的太阳能辐射?

我们用于发电量计算的总辐射,其中包括直接辐射、散射辐射以及反射辐射等,当辐照度过低时,组件往往实际工作点远偏离最佳工作点,造成实际输出功率大幅降低。


如果组件输出的直流电压无法达到逆变器的启动电压或正常工作电压范围,则逆变器也无法启动,即整体电站处于未工作状态。


而此时的辐射量确已经计算在了总辐射里面,所以这部分已经被计入总辐射量但并未对项目发电做出贡献辐射被称为不可利用的太阳能辐射。

 

以下是某项目电站典型日实际输出功率曲线,而该项目在8点至9点之间的某一时间点往后才有实际功率输出,所以在此之前的辐射则没有对实际功率输出做出贡献。



5. 逆变器直流/交流转换效率损失


相信大家在对逆变器选型的时候都会在逆变器的产品规格书中看到如下几条产品参数:最大效率、欧洲效率、中国效率等。


那么是什么是最大效率、欧洲效率、中国效率呢?

 

 最大效率:

光伏逆变器实际输出功率和输入电压不同时,转换效率均不同。理论上,每条输出功率、输入电压与效率曲线都有一个最大值,即为逆变器的最大转换效率。

 

 欧洲效率:

正是由于光伏逆变器的转换效率不是一成不变的,为了更加客观的反映光伏逆变器在不同输出功率情况下的转换效率,欧美等国家根据实际运行地气候、日照条件等的影响,在光伏逆变器不同输出功率条件下配以相应的加权系数来模拟真实使用条件,定义了光伏逆变器的欧洲效率。

 

欧洲效率选取德国慕尼黑地区一年的日照强度数据,统计其不同区间的年累计发电量,在此基础上计算出每段功率分档水平上的年总发电量的权重占比:


欧洲效率

=0.03×a+0.06×b+0.13×c+0.1×d+0.48×e+0.2×f



 中国效率:

根据欧洲效率以及CEC效率模型进行分析,结合中国地区太阳能资源区条件,我国在2012年开始成立了起草小组并于2013年针对中国光伏发电建设及运行环境的特点在国内率先提出了“中国效率”的概念。

 

我国太阳能资源区分为四类,在每一类地区中选取代表性区域分析不同功率区间的年累计发电量,按照欧洲效率以及CEC效率取点的原则,在此基础上选取相对稳定且能覆盖全功率范围的统计区间,并计算出每段功率分档上的年发电量的权重占比。


 

所以在实际工程项目中我们可根据不同的逆变器效率对直流转交流的损失做为参考。


6. 直流/交流线路损失设备故障


 线损:

光伏组件产生电能输送至汇流箱、直流配电柜、逆变器时,存在直流电路的线损,通常山地光伏电站在进行平面布置时,也应考虑单独方阵接线情况,避免出现直流线损过大的情况,一般工程经验可按2%计取。


另外,电能由逆变器输出至箱变,再送至升压站,会存在交流线损,一般工程经验可按1%计取。

 

 故障:

虽然光伏电站整体的故障率极低,但关键设备的定期检修及电网故障仍会造成损失。下图为SUNEDISON提供的光伏电站不部分的故障率以及造成的发电损失柱状图:



 从上图可见,交流侧极小的故障率却能造成很大的发电损失,之后是逆变器的损失,逆变器故障率在光伏重要设备中故障率最高。

 

以上光伏系统效率的分析,相信大家看完这篇文章也对此有所了解,所以当我们在设计光伏电站的时候,应该主要从提高斜面辐射量和系统效率的角度综合考虑,全方位的提升电站整体发电水平,才能让您的电站物超所值,收益源源不断!


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