程曉行

【摘要】近幾年，隨著在國(guó)家政策大力扶持下，光伏產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，得到了井噴式的發(fā)展。光伏發(fā)電現(xiàn)狀日益成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。本文根據(jù)對(duì)浙江省紹興地區(qū)2016年以來(lái)分布式光伏居民用戶與非居用戶的發(fā)電量數(shù)據(jù)，來(lái)分析季節(jié)、天氣、溫度等對(duì)光伏發(fā)電效率的影響，不同地區(qū)、不同裝機(jī)容量的發(fā)電效益，以及常見(jiàn)發(fā)電異常情況分析判斷，從而為本地區(qū)分布式光伏發(fā)電量預(yù)測(cè)、光伏工程選址、光伏運(yùn)維管理提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電 發(fā)電效益 異常分析

一、引言

近年來(lái)，隨著新能源穿透功率的不斷增大，特別是2013年光伏發(fā)電政策補(bǔ)貼的加大，光伏產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟(jì)逐漸顯現(xiàn)。大規(guī)模光伏發(fā)電逐漸并網(wǎng)，分布式光伏用戶急劇增多，光伏裝機(jī)容量已躍居全球首位。2018年上半年，全國(guó)分布式光伏裝機(jī)容量達(dá)到12GW，同比增長(zhǎng)近70%[1]。但隨著行業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整，光伏去補(bǔ)貼政策出臺(tái)，其發(fā)展也從重規(guī)模轉(zhuǎn)到提質(zhì)增效上。但光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率由于受到一些客觀因素的制約，如季度、陰晴、晝夜和積灰程度等，導(dǎo)致發(fā)電效率具有隨機(jī)性和間歇性。再考慮到當(dāng)前的光伏轉(zhuǎn)換效率和儲(chǔ)能技術(shù)還不成熟，光伏行業(yè)形勢(shì)日益嚴(yán)峻，盈利趨勢(shì)不容可觀。同時(shí)隨著光伏發(fā)電特別是分布式光伏用戶增多，給光伏發(fā)電、消納、并網(wǎng)、運(yùn)維管理帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

本文通過(guò)紹興地區(qū)2016年-2018年分布式光伏發(fā)電量存量數(shù)據(jù)，從季節(jié)、天氣、溫度等因素對(duì)本地區(qū)光伏發(fā)電效率影響進(jìn)行分析，按照不同地區(qū)、不同裝機(jī)容量的維度進(jìn)行發(fā)電效益分析，以及常見(jiàn)分布式發(fā)電異常情況分析判斷，從而為分布式光伏發(fā)電量預(yù)測(cè)、光伏工程選址、光伏運(yùn)維管理提供依據(jù)。

二、全市光伏發(fā)電總體情況

紹興市自2016年以來(lái)分布式光伏發(fā)電發(fā)展迅速，截止2017年12月，全地區(qū)分布式光伏居民10828戶，分布式光伏非居333戶，分布式光伏用戶較上年增長(zhǎng)506.25%，2017年全地區(qū)發(fā)電量405487796kwh，較上年增長(zhǎng)315.75%。各單位分布式用戶情況如表1所示。

三、光伏發(fā)電影響因素分析

光伏發(fā)電從光到電能量的傳遞路線如圖1所示[2]。

影響光伏電站的功率輸出的因素很多，綜合國(guó)內(nèi)外的參考文獻(xiàn)，歸納主要有以下因素：①季節(jié)性因素;②太陽(yáng)輻照強(qiáng)度（光照強(qiáng)度）;③光伏組件溫度和大氣溫度;④太陽(yáng)能光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。

3.1季節(jié)影響

通過(guò)紹興全地區(qū)的光伏2016、2017全年發(fā)電趨勢(shì)的比較，如圖2、圖3所示。從圖中可以看出：5、6、8、9月份的單位容量發(fā)電量明顯較其他月份高，尤其8月份是本年度發(fā)電量最高;而10、11、12、1處于低迷期，發(fā)電效益欠佳;春秋季處于平均水平。2017年總體發(fā)電效益較2016年提高44%，每小時(shí)單位容量發(fā)電量為0.5834kwh，比2016年單位容量發(fā)電量偏高20.3%。經(jīng)查氣象資料，2017年全市全年降水日數(shù)較2106年偏少，2017年平均總?cè)照諘r(shí)數(shù)為1822.7小時(shí)，比2016年偏多1成多，側(cè)面反映出由于氣象因素對(duì)光伏發(fā)電影響較大。同時(shí)由于氣象預(yù)測(cè)的難度很大導(dǎo)致遠(yuǎn)期光伏發(fā)電量預(yù)測(cè)難度較大。

3.2天氣影響

由于光伏發(fā)電的出力會(huì)隨著太陽(yáng)輻照度（光照強(qiáng)度）的變化而變化，是影響光伏發(fā)電出力的主要影響因子。其他如大氣透明度、大氣質(zhì)量、云量厚度等也一定程度上會(huì)影響光伏發(fā)電，大氣透明度越低，入射到地表的光照量就減少;云層越厚，云量越大，入射到地表的光照量就越少[3]。

圖4為同區(qū)域內(nèi)分布式光伏居民2018年2月、8月在不同天氣條件下，單位容量日均發(fā)電量，從圖中可以看出2月份單位容量平均日發(fā)電量，晴天是雨天的27.9倍，8月份為3.5倍。2月份雨天因溫度偏低并光照不夠，光伏板基本不發(fā)電。2月份晴天平均日發(fā)電量是多云天氣的2倍，8月份為2.4倍。圖5為某區(qū)域分布式光伏用戶8月份，在不同天氣相同氣溫條件（36oC＼32oC）下，單位容量日均發(fā)電量，從圖中可以看出8月份單位容量日發(fā)電量晴天高于陰雨天，約高36%。單位容量日發(fā)電量多云高于雨天，約高50%。因此，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度對(duì)光伏發(fā)電影響是最大。

3.3溫度影響

由于太陽(yáng)能電池板溫度、大氣溫度等對(duì)光伏發(fā)電也有影響。不同的大氣溫度會(huì)影響光伏電池板溫度[4]。當(dāng)大氣溫度在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，光伏電池板的功率轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換效率隨大氣溫度上升而調(diào)高。

通過(guò)對(duì)同區(qū)域內(nèi)同一批分布式光伏用戶數(shù)據(jù)抽樣分析，如圖6所示，在不同氣溫相同天氣條件（晴轉(zhuǎn)多云）下，光伏發(fā)電效率增加，單位容量日發(fā)電量溫度折減系數(shù)約在10%左右。結(jié)合圖5分析，可以看出基準(zhǔn)溫度不同，折算效率波動(dòng)較大，在4%-23%波動(dòng)。

四、光伏發(fā)電的效益分析

發(fā)電平均設(shè)備利用小時(shí)數(shù)是一定時(shí)期內(nèi)一個(gè)地區(qū)平均發(fā)電設(shè)備容量在滿負(fù)荷運(yùn)行條件下地運(yùn)行小時(shí)數(shù)，是反映發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備利用程度的指標(biāo)。針對(duì)光伏發(fā)電，特別是屋頂分布式光伏發(fā)電，其所發(fā)電量都能被電網(wǎng)消納。

根據(jù)2017年分布式光伏用戶發(fā)電滿12個(gè)月的用戶統(tǒng)計(jì)，全市發(fā)電平均設(shè)備利用小時(shí)數(shù)1031小時(shí)。通過(guò)對(duì)偏離平均發(fā)電小時(shí)用戶群體情況分布分析，如圖7和表2所示，分布式光伏用戶整體發(fā)電效益較好，大于平均發(fā)電效益水平的用戶占多數(shù)，大部分用戶的發(fā)電效益是比較可觀的;發(fā)電大于40%或是小于-40%極少數(shù)的，說(shuō)明用戶之間差距較大。

4.1從安裝規(guī)模（裝機(jī)容量）上看

紹興地區(qū)分布式光伏居民用戶一般裝機(jī)容量基本在1-30kVA之間，主要安裝在房屋屋頂上，設(shè)備安裝受限制較大。分布式光伏非居用戶裝機(jī)容量在100到31500kVA不等，大都成片安裝在大型建筑物露面、山坡、坪地、水面上。

通過(guò)對(duì)2016年、2017年全地區(qū)分布式光伏居民用戶和非居用戶單位容量發(fā)電量對(duì)比分析，如圖8所示。分布式光伏非居用戶單位容量發(fā)電量無(wú)論是單月還是全年都較分布式光伏居民用戶發(fā)電效益要低。主要其原因?yàn)榉植际焦夥蔷佑脩艄夥惭b占地較大，容易受外部遮擋，設(shè)備故障影響較大，同時(shí)光伏設(shè)備自身?yè)p耗占比更大，設(shè)備運(yùn)維專業(yè)要求更高。裝機(jī)容量大的只在溫度高和光照時(shí)間條件好的情況，如夏天，其發(fā)電效益較可觀。

4.2從不同地區(qū)來(lái)看

以2017年8月所有用戶單位容量發(fā)電量來(lái)分析市區(qū)、柯橋、袍江、諸暨、上虞、嵊州、新昌七個(gè)地區(qū)的發(fā)電效益，剔除部分極端數(shù)據(jù)，如圖9所示。

從圖中可以看出新昌與嵊州的發(fā)電效益明顯高于其他地區(qū)，尤其新昌，大部分用戶處于平均值的20%-50%的區(qū)間，但其他地區(qū)的大部分用戶處于0-20%。新昌和嵊州四面環(huán)山，丘陵山地面積占了總面積的50%以上，因此從發(fā)電效益來(lái)看，嵊州和新昌更有優(yōu)勢(shì)。

五、光伏發(fā)電異常情況分析

通過(guò)對(duì)發(fā)電平均設(shè)備利用小時(shí)數(shù)分析，可以為分布式光伏發(fā)電異常情況提供判斷依據(jù)。通過(guò)對(duì)偏離平均發(fā)電小時(shí)用戶群體分析，最高發(fā)電平均設(shè)備利用小時(shí)數(shù)是平均發(fā)電小時(shí)數(shù)的3.34倍，最低發(fā)電平均設(shè)備利用小時(shí)數(shù)只有平均發(fā)電小時(shí)數(shù)的9%。針對(duì)發(fā)電平均設(shè)備利用小時(shí)數(shù)特別大、特別小的用戶進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)核查分析。

5.1發(fā)電量少甚至沒(méi)有情況分析

如王鐵軍用戶，該用戶2015年7月3日并網(wǎng)，發(fā)電模式是自發(fā)自用余電上網(wǎng)，但一直都沒(méi)有發(fā)電量。經(jīng)計(jì)量部門核查，因計(jì)量故障而沒(méi)有計(jì)量。分布式屋頂光伏用戶徐佳楠因逆變器故障導(dǎo)致一段時(shí)間內(nèi)發(fā)電量計(jì)量為0。

遇到此類發(fā)電量較低的問(wèn)題，特別是突然變低，在排除天氣影響的條件下，很有可能是設(shè)備故障原因或是光伏組件被遮擋。首先，可以通過(guò)采集系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)合分析，排除設(shè)備故障的可能性;第二，排除外在因素影響。我們都知道，居民光伏一般建在屋頂，所以發(fā)電量的原因可能是光伏板上有外來(lái)遮擋物，無(wú)法接收光照。針對(duì)發(fā)電量較同期安裝用戶明顯偏小的情況，可考慮光伏板上累積較多灰塵或鳥(niǎo)糞，需要及時(shí)進(jìn)行光伏板清潔處理。

5.2單位容量發(fā)電量明顯過(guò)大情況分析

通過(guò)偏離平均發(fā)電小時(shí)利用數(shù)的用戶群體覆蓋度，對(duì)年發(fā)電平均小時(shí)明顯過(guò)大（>100%）的用戶分析，如用戶史福良，該用戶2017年發(fā)電平均小時(shí)達(dá)到3276.23小時(shí)，發(fā)電量是去年同期的4倍。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)存在用戶業(yè)務(wù)報(bào)裝不規(guī)范情況。

針對(duì)光伏用戶單位容量或年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)過(guò)大在排除一般設(shè)備故障后，還需核查用戶是否擅自增容或先建后報(bào)裝等違規(guī)操作。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)本地區(qū)2016年-2018年分布式光伏存量發(fā)電量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，光伏發(fā)電受氣象因素影響很大，其輸出功率不穩(wěn)定和不可控，長(zhǎng)期發(fā)電量預(yù)測(cè)困難。由于不同地區(qū)（區(qū)縣級(jí)范圍）發(fā)電效益仍存在差異，光伏工程選址好壞影響其發(fā)電效益。通過(guò)發(fā)電效益用戶群體分布情況分析，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)光伏設(shè)備、計(jì)量設(shè)備的運(yùn)行異常情況，幫助運(yùn)維人員處理，提高光伏設(shè)備運(yùn)維能力，減少發(fā)電收益。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勃華.光伏行業(yè)上半年回顧與下半年展望.中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)網(wǎng).2018.7.26.

[2]龔鶯飛，魯宗相，喬穎，王強(qiáng).光伏功率預(yù)測(cè)技術(shù).電力系統(tǒng)自動(dòng)化[J].2016年第2期.

[3]高陽(yáng).功率預(yù)測(cè)技術(shù)在光伏發(fā)電中的應(yīng)用研究.電器與能效管理技術(shù)[J].2017.10.

[4] 潘進(jìn)軍，申彥波，邊澤強(qiáng)，王香云.氣象要素對(duì)太陽(yáng)能電池板溫度的影響.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)[J].2014年第2期.