王瑞進，陳思銘

（1.華潤風電（海原）有限公司，寧夏 中衛(wèi) 755100；2.廣東華矩檢測技術有限公司，廣東 佛山 528300）

并網光伏電站的系統(tǒng)效率（Performance Ratio，即PR）［1-2］是表征光伏電站運行性能的關鍵指標，也是光伏行業(yè)內通用的系統(tǒng)性能評價的核心指標。在電站裝機容量和太陽輻照量一致的情況下，系統(tǒng)效率越高則代表發(fā)電量越大，系統(tǒng)性能越好。

在新能源領域，無論是光伏還是光熱系統(tǒng)，精確與可靠的太陽輻射數(shù)據(jù)變得越來越重要，是各種天氣條件下光伏發(fā)電功率預測及系統(tǒng)發(fā)電能效評估的重要依據(jù)。由于各地的微氣候存在差異，相隔僅數(shù)百公里的地方，其太陽輻射小時數(shù)可能相差幾百個小時。

目前，獲取太陽輻射數(shù)據(jù)的途徑主要有三種，衛(wèi)星掃描數(shù)據(jù)、當?shù)貧庀缶钟^測數(shù)據(jù)、安裝于電站現(xiàn)場的氣象監(jiān)測站采集的數(shù)據(jù)。一般而言，實地監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠根據(jù)實際地點定位測量太陽輻射量，有效范圍及數(shù)據(jù)精度都比衛(wèi)星數(shù)據(jù)要好；安裝于電站現(xiàn)場的氣象監(jiān)測站采集到的太陽輻照數(shù)據(jù)更能真實準確地反映電站現(xiàn)場的太陽輻照情況，但數(shù)據(jù)的準確性則取決于所采用的輻照傳感器及數(shù)據(jù)采集器的精度與穩(wěn)定性［3-4］。衛(wèi)星掃描數(shù)據(jù)一般利用美國國家航空航天局（NASA）實驗室數(shù)據(jù)庫提供的太陽輻射數(shù)據(jù)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)覆蓋范圍較大，記錄時間較長，能夠獲得十年以上衛(wèi)星掃描數(shù)據(jù)，但精度較低，有效范圍約幾百公里。對于項目地無太陽輻射觀測站點的情況，除了選擇衛(wèi)星掃描數(shù)據(jù)之外，也可選擇最近的有太陽輻射觀測的站點作為參考，依據(jù)經驗公式對月太陽總輻射量進行插值計算。另外，光伏發(fā)電系統(tǒng)設計軟件PVsyst 中也集成了NASA 及Meteonorm［5］數(shù)據(jù)；Meteonorm 是一個基于實測和衛(wèi)星模型組合的數(shù)據(jù)庫。

值得注意的是，由于各個數(shù)據(jù)庫的準確度有所不同，因此，不同途徑獲取的氣象數(shù)據(jù)的準確性和可靠性也有所不同。

光伏電站項目開發(fā)前期，通常利用歷史太陽輻射數(shù)據(jù)對項目進行發(fā)電量預估，從而確定該地區(qū)是否適合開發(fā)、建設光伏電站，以及對項目收益及投資情況進行預判。電站運行期間，通常利用現(xiàn)場太陽輻照情況對電站系統(tǒng)發(fā)電性能進行分析。因此，太陽輻射測量的準確性對光伏發(fā)電系統(tǒng)的前期開發(fā)投資及后期的系統(tǒng)性能評估都有較大的影響。

1 研究方法

以國內某10 MW 并網光伏電站為研究對象，電站基本概況如表1 所示，該電站于2017 年1 月正式并網運行。光伏組件沿屋頂彩鋼瓦排布，坡度3 度，東西朝向。發(fā)電量監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于逆變器；現(xiàn)場配置有一套氣象站，監(jiān)測現(xiàn)場太陽輻照及其他氣象參數(shù)。

在對該電站歷史數(shù)據(jù)分析時發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場采集到的太陽輻射數(shù)據(jù)主要存在數(shù)據(jù)采集不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)缺失嚴重兩大問題。因此，難以利用該輻照數(shù)據(jù)對現(xiàn)場太陽輻照情況及系統(tǒng)發(fā)電性能進行準確評定。通過現(xiàn)場安裝采集精度高、并經專業(yè)機構計量過的參考輻照計，持續(xù)監(jiān)測一段時間的方式，獲取準確的電站現(xiàn)場太陽輻照情況，從而達到對該電站系統(tǒng)發(fā)電性能準確評定的目的。另外通過參考輻照計與該電站原有氣象監(jiān)測站輻照計采集數(shù)據(jù)的對比分析，推算出對該電站原有輻照計監(jiān)測數(shù)據(jù)的修正計算方法。

表1 電站基本信息

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 電站現(xiàn)場輻照分析

采用的太陽輻照數(shù)據(jù)來源為：該電站原有氣象站輻照計A采集的太陽輻照數(shù)據(jù)，參考輻照計B采集的太陽輻照數(shù)據(jù)以及從Meteonorm 資源庫中獲取的當?shù)氐湫蜌庀竽辏═MY）數(shù)據(jù)。輻照計A為國產設備，參考輻照計B為經專業(yè)機構計量校準的荷蘭Kipp&Zonen CMP11 輻照表；兩種輻照計均為熱電堆型輻射表；測量數(shù)據(jù)均為水平面輻照。

以50 W/m2為一個檔位，對現(xiàn)場太陽輻照分布情況進行分析。圖1 為2019 年11 月現(xiàn)場采集得到的輻照計A，參考輻照計B在不同檔位下的太陽輻照分布情況，TMY 為該地區(qū)典型氣象年11 月不同檔位下的太陽輻照分布情況。

圖1 不同檔位下的太陽輻照分布

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，11 月份整體輻照水平較低，輻照分布在0～50 W/m2區(qū)間占比最大。A輻照計測量峰值輻照為548 W/m2，0～50 W/m2區(qū)間占比為68.01%；B輻照計測量峰值輻照為698 W/m2，0～50 W/m2區(qū)間占比為66.85%；與參考輻照計B相比，A輻照計測量結果相對偏低，平均相對偏差為-22.23%。因此，B輻照計現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)將作為對電站性能評估分析的基準輻照數(shù)據(jù)。

此外，以參考輻照計B為基準，對輻照計A與B測量數(shù)據(jù)進行相關性分析，結果顯示二者具有線性相關性，如圖2，相關系數(shù)為0.975 6。因此通過該計算公式，可對該電站現(xiàn)有輻照計A測量數(shù)據(jù)進行一定的修正，從而得到與現(xiàn)場輻照情況較為一致的修正值，A輻照數(shù)據(jù)修正值與B輻照數(shù)據(jù)相對偏差為3.03%。

圖2 A，B 輻照數(shù)據(jù)的相關性分析

2.2 系統(tǒng)性能分析

光伏發(fā)電系統(tǒng)性能比，是國內外評價并網光伏發(fā)電系統(tǒng)效率的一個十分重要的指標，考慮了太陽輻射的不完全利用（光譜影響）、光伏陣列的溫升損失、遮擋損失、光伏組件和陣列的失配損失、關鍵器件的性能衰減和失效、線路損耗等因素，在一定程度上表現(xiàn)了光伏電站的綜合性能和質量，能夠客觀地反映光伏系統(tǒng)的建設質量和運行情況，而且排除了地區(qū)和太陽能資源差異的影響。根據(jù)IEC 61724［6］中定義，PR為光伏發(fā)電系統(tǒng)的等效發(fā)電小時數(shù)Yf與標準等效輻照小時數(shù)Yr之比。

通過PR計算公式可以發(fā)現(xiàn)，影響PR計算結果的兩個重要參數(shù)分別為等效發(fā)電小時數(shù)與標準等效輻照小時數(shù)。等效發(fā)電小時數(shù)可通過系統(tǒng)發(fā)電量及裝機容量進行計算，而等效輻照小時數(shù)則需要通過測量電站所在地的太陽輻射量來計算。

本文分別對以電站原有輻照計A及參考輻照計B監(jiān)測到的太陽輻照數(shù)據(jù)及對A輻照數(shù)據(jù)修正后的值分別計算系統(tǒng)11 月日均PR值，如圖3 所示。黑色代表A輻照數(shù)據(jù)計算出的系統(tǒng)PR，紅色代表B輻照數(shù)據(jù)計算出的系統(tǒng)PR，藍色代表A輻照數(shù)據(jù)經修正后計算出的系統(tǒng)PR，其中11 月5，6，8，22～24 日，系統(tǒng)發(fā)電數(shù)據(jù)采集故障，故未計算這幾天的PR。

從圖3 可以明顯看出，A，B輻照計算出的日均PR變化趨勢基本一致，由A輻照數(shù)據(jù)計算出的系統(tǒng)PR偏大，11 月日均PR為94.53%，由B輻照數(shù)據(jù)計算出的系統(tǒng)PR為73.27%，PR日均相對偏差為28.92%。以A輻照數(shù)據(jù)修正值計算出的日均PR為71.07%，與B輻照數(shù)據(jù)計算PR相比，日均相對偏差為-2.39%。修正后的A輻照數(shù)據(jù)計算出的系統(tǒng)PR與B輻照計算出的系統(tǒng)PR，相對差異減小。

圖3 日PR 變化

3 結論

本文通過對該電站不同太陽輻照計監(jiān)測數(shù)據(jù)對比以及計算出的系統(tǒng)PR分析發(fā)現(xiàn)：

1）不同的太陽輻照計測量結果可能存在較大偏差，太陽輻照的精準測量對于評估光伏電站發(fā)電性能的優(yōu)劣至關重要；建議電站現(xiàn)場配備采集精度高、運行穩(wěn)定的太陽輻照監(jiān)測設備。

2）現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)比較分析發(fā)現(xiàn)，該電站在11 月太陽輻照總體情況偏低，電站原有輻照計A測量數(shù)據(jù)比參考輻照輻照計B測量數(shù)據(jù)平均低約22.23%；輻照計A與參考輻照計B 測量數(shù)據(jù)之間存在線性相關性，相關系數(shù)為0.975 6；通過兩者之間的相關性，得到對A輻照數(shù)據(jù)的修正計算公式，計算出與實際情況較為符合的輻照參數(shù)。經修正后的A輻照數(shù)據(jù)與參考輻照數(shù)據(jù)B相對偏差為3.03%。

3）以參考輻照數(shù)據(jù)B計算出的系統(tǒng)11 月日均PR為73.27%，修正前后的輻照數(shù)據(jù)A計算出的系統(tǒng)PR分別為94.53%、71.07%。與參考輻照數(shù)據(jù)B計算出的PR日均相對差異分別為28.92%、-2.39%。因此，該電站若繼續(xù)使用原有輻照計，則需對輻照數(shù)據(jù)進行修正后，才能計算出較為可靠的系統(tǒng)PR。