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基于光伏組件衰減的多年發(fā)電量計(jì)算常見(jiàn)問(wèn)題及探討

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在光伏電站設(shè)計(jì)及決策中都需要計(jì)算光伏電站壽命期內(nèi)各年的發(fā)電量，該計(jì)算均基于組件的衰減系數(shù)進(jìn)行。但在實(shí)際計(jì)算中，常因?qū)λp系數(shù)定義的理解偏差等原因?qū)е虏捎缅e(cuò)誤的方法。本文針對(duì)計(jì)算中的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了整理及對(duì)比，并在計(jì)算中新增部分影響因素，以提高多年發(fā)電量，尤其是首年發(fā)電量的計(jì)算結(jié)果精確程度，為光伏電站的投資決策提供更科學(xué)準(zhǔn)確的參考。

光伏電站；發(fā)電量計(jì)算；衰減系數(shù)

0　引言

由于光伏組件本身的特性，在光伏電站建成后，組件的光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)逐年遞減。在可行性研究階段，一般會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐拇砟贻椛浼肮夥娬颈旧硐到y(tǒng)情況計(jì)算出首年發(fā)電量，再根據(jù)首年發(fā)電量及廠家提供的組件衰減系數(shù)，計(jì)算出光伏電站25年設(shè)計(jì)壽命中每年的發(fā)電量。然而，由于對(duì)衰減系數(shù)的錯(cuò)誤理解和計(jì)算，會(huì)影響最終的發(fā)電量計(jì)算結(jié)果。

1　常見(jiàn)錯(cuò)誤

關(guān)于光伏電站歷年發(fā)電量的錯(cuò)誤計(jì)算主要源于兩個(gè)方面，一是對(duì)首年發(fā)電量的計(jì)算，二是對(duì)于衰減系數(shù)定義理解的偏差。

1)對(duì)首年發(fā)電量的計(jì)算，GB 50797-2012《光伏電站設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中給出了發(fā)電量計(jì)算公式，公式計(jì)算中，綜合效率系數(shù)K中的光伏組件轉(zhuǎn)換效率修正系數(shù)要求考慮組件衰減率；在采用PVsyst計(jì)算發(fā)電量時(shí)，如未設(shè)置，則不會(huì)考慮組件的衰減[2]。因此，在計(jì)算歷年發(fā)電量時(shí)，首先應(yīng)明確所采用的發(fā)電量計(jì)算方法及折減系數(shù)的選擇是否考慮了首年衰減；若已考慮，則計(jì)算出的發(fā)電量即可作為首年發(fā)電量；若未考慮，則需要增加首年衰減率造成的折減。常見(jiàn)錯(cuò)誤有，未考慮首年衰減，而從第2年開(kāi)始考慮衰減，如假設(shè)計(jì)算出的年發(fā)電量為100 kWh(未含首年衰減)，因漏考慮首年衰減而直接認(rèn)為第1年發(fā)電量為100 kWh、第2年發(fā)電量為97.5 kWh。

2)對(duì)于衰減系數(shù)的理解，應(yīng)是光伏組件功率的衰減，而非發(fā)電量的衰減。如多晶硅光伏組件首年衰減2.5％，此后每年遞增0.7％，應(yīng)理解為光伏組件初始功率為100％，第1年末(第2年初)功率為97.5％，第2年末(第3年初)功率為96.8％，此后每年末功率遞減0.7％。按此功率衰減系數(shù)計(jì)算，若以不考慮組件衰減的發(fā)電量計(jì)算結(jié)果為100％，將每年年內(nèi)的衰減簡(jiǎn)化為線性考慮，如圖1所示，面積為發(fā)電量，以年發(fā)電量100 kW為例，若不考慮衰減，年發(fā)電量為S1；考慮首年線性衰減后，年末功率降低2.5％，則年發(fā)電量為S2，S2/S1=98.75％，則第1年發(fā)電量為不考慮組件衰減的發(fā)電量的98.75％，第2年為97.15％，第3年為96.45％，此后每年遞減0.7％，見(jiàn)表1。常見(jiàn)的錯(cuò)誤為混淆了衰減中的功率和發(fā)電量的概念，將功率衰減理解為發(fā)電量衰減。如假設(shè)計(jì)算出的年發(fā)電量為100 kWh(未含首年衰減折減)，以功率的衰減系數(shù)錯(cuò)誤地對(duì)發(fā)電量進(jìn)行折減，得到第1年發(fā)電量為97.5 kWh、第2年發(fā)電量為96.8 kWh、第3年發(fā)電量為96.1 kWh，此后每年遞減0.7 kWh的結(jié)果。

圖1　首年電量計(jì)算示意圖

表1　考慮衰減后各年發(fā)電量比率

2　發(fā)電量計(jì)算探討

在明確首年發(fā)電量計(jì)算方法及衰減系數(shù)定義后，嘗試進(jìn)一步探討對(duì)于光伏電站壽命期內(nèi)歷年發(fā)電量，尤其是首年發(fā)電量更準(zhǔn)確的計(jì)算方法。主要從以下3方面考慮：

1)采用年總量計(jì)算和各月總量計(jì)算的區(qū)別。在計(jì)算衰減時(shí)常使用年總發(fā)電量，這等同于在計(jì)算中默認(rèn)了年內(nèi)各月的發(fā)電量相等，而實(shí)際光伏電站中各月的發(fā)電量均不相等。

2)衰減起始時(shí)間的確定。在實(shí)際工程中，從光伏組件安裝到實(shí)際并網(wǎng)發(fā)電期間已經(jīng)歷數(shù)月時(shí)間，即光伏組件在實(shí)際開(kāi)始工作時(shí)，其功率已有一定程度衰減。

3)調(diào)試期的影響。光伏電站在投運(yùn)初期，由于還處于調(diào)試運(yùn)行階段，其無(wú)法達(dá)到最佳工作狀態(tài)，發(fā)電量一般較低，這種狀態(tài)一般會(huì)持續(xù)2～3個(gè)月。

3　案例對(duì)比

本文以某50 MWp光伏電站工程為例，對(duì)比并分析采用各種方法的計(jì)算結(jié)果。根據(jù)該工程代表年輻射計(jì)算得到的發(fā)電量(不考慮衰減)如表2所示，年總發(fā)電量為80499.007 MWh[3]。

表2　代表年發(fā)電量（不考慮衰減）

基于80499.007 MWh的發(fā)電量，通過(guò)考慮多種衰減方式計(jì)算得到光伏電站各年發(fā)電量、平均發(fā)電量及等效小時(shí)數(shù)，如表3所示。其中，方法1為正確計(jì)算方法，方法2為漏考慮首年發(fā)電量衰減且混淆功率衰減和發(fā)電量衰減的錯(cuò)誤情況，方法3為混淆功率衰減和發(fā)電量衰減的錯(cuò)誤情況，方法4為重復(fù)計(jì)算首年衰減的錯(cuò)誤情況。

由表3的計(jì)算結(jié)果可知，錯(cuò)誤的方法導(dǎo)致的偏差在0.4％～1.2％之間，本案例中表現(xiàn)為6～18 h的等效小時(shí)數(shù)偏差。

方法1為基于年總發(fā)電量的計(jì)算，將衰減細(xì)化到各月，即首年第1個(gè)月組件功率為100％，從第2個(gè)月至第12個(gè)月，每月比前1個(gè)月功率衰減增加約0.21％，次年起每個(gè)月比前1個(gè)月功率衰減增加約0.06％。根據(jù)此功率衰減值換算為各月的發(fā)電量折減，計(jì)算發(fā)電量得到方法5。再進(jìn)一步考慮組件實(shí)際并網(wǎng)發(fā)電前已經(jīng)過(guò)了3個(gè)月的衰減，同時(shí)在發(fā)電后的前2個(gè)月，由于處于調(diào)試運(yùn)行階段，發(fā)電能力僅達(dá)到60％，因此得到方法6，如表4所示。

表3　常見(jiàn)錯(cuò)誤方法與正確方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表4　幾種優(yōu)化方法的計(jì)算結(jié)果對(duì)比

從表4可以看出，方法5和方法1計(jì)算結(jié)果非常接近，說(shuō)明雖然各月發(fā)電量不同，但按年總發(fā)電量計(jì)算衰減和按各月發(fā)電量計(jì)算衰減并無(wú)太大差異。但在按各月發(fā)電量計(jì)算的同時(shí)考慮并網(wǎng)前衰減和并網(wǎng)后的前數(shù)月非最佳狀況運(yùn)行的情況后，方法6的計(jì)算結(jié)果與方法1相比，等效小時(shí)數(shù)相差7 h，偏差約0.5％，偏差不大；但其首年發(fā)電量偏差約為7％，偏差較大。

4　結(jié)論

1)采用按年總發(fā)電量計(jì)算衰減，錯(cuò)誤的計(jì)算方法會(huì)導(dǎo)致1％左右的偏差，影響較大。

2)采用按各月發(fā)電量計(jì)算衰減與按年總發(fā)電量計(jì)算衰減并無(wú)太大差異。但在按月發(fā)電量計(jì)算衰減的基礎(chǔ)上，考慮組件并網(wǎng)發(fā)電前的衰減及并網(wǎng)初期調(diào)試運(yùn)行發(fā)電量低的情況后，首年發(fā)電量產(chǎn)生約7％的偏差。說(shuō)明并網(wǎng)前的組件衰減和調(diào)試運(yùn)行期的低發(fā)電量會(huì)對(duì)光伏電站首年

發(fā)電量產(chǎn)生影響較大，應(yīng)在計(jì)算中予以關(guān)注。

3)準(zhǔn)確地計(jì)算組件的衰減，除在前期發(fā)電量估算及投資決策中產(chǎn)生影響外，對(duì)于光伏電站運(yùn)行期間準(zhǔn)確的評(píng)估組件的衰減狀況也有一定的參考作用。

4)本文中的發(fā)電量均基于代表年輻射數(shù)據(jù)計(jì)算，僅考慮組件衰減，未考慮各年太陽(yáng)輻射量的差異及運(yùn)維影響等因素。

[1] GB 50797-2012, 光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 羅赟. 基于PVsyst的獨(dú)立光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 信息通信, 2015, (5): 53-55.

[3] 王志民,劉莉敏,許蘭剛, 等. 光伏電站發(fā)電量測(cè)算[A]. 第13屆中國(guó)光伏大會(huì)[C],北京, 2013.

2016-03-02

楊威(1985—)，男，工學(xué)碩士、工程師，主要從事新能源發(fā)電站設(shè)計(jì)工作。yangwei3057@ncpe.com.cn