光伏电站的发电量由三个因素决定:装机容量、峰【fēng】值小时数、系统效率【lǜ】。当电【diàn】站【zhàn】的地点和【hé】规【guī】模【mó】确定【dìng】以后【hòu】,前两个因【yīn】素基【jī】本已经定了,要想提高【gāo】发电量,只能从“系统效率”上下功夫了【le】!

随【suí】着光伏【fú】电【diàn】站【zhàn】整【zhěng】体设计、施工、运维技术水平【píng】的提高,光伏电站的效率也在不断提【tí】高【gāo】。下表是国外机构的一个统计【jì】结果。 光伏电站的系统效率影响因素

从这【zhè】张表中【zhōng】可以看出,虽然不同国【guó】家【jiā】的水平会【huì】有所差异【yì】,但随【suí】着技术的进步和经验的【de】积累,在世界范围内,光伏电站的【de】系统效率是不断提升的。我国的光伏电站基本都是2010s建成地,理论上,80%的系统效率应该是一个平均水平。

然而,大量的【de】实际调研数据证明,我国建成的光伏电【diàn】站的系统效【xiào】率都处于一个非常低的水平。分布式电站【zhàn】由于【yú】之【zhī】前大部分是以金太阳工程的形式【shì】建设的【de】,装有防逆【nì】流装【zhuāng】置,弃【qì】电【diàn】情况较多,暂【zàn】不讨论【lùn】;据介绍,我国西部大型地面电站的平均系统效率仅能达到74%左右。

哪些因素影【yǐng】响了电站的系统【tǒng】效【xiào】率,动了【le】我们的发电量?我把这些因【yīn】素分【fèn】为三类:自然因素、设备【bèi】因【yīn】素、人为因素。

先看一下光伏电站的发电过程。

光伏电站的系统效率影响因素

一、自然因素对系统效率的影响

1温度折减

对系统效率影响最大的自然因素应该是温度。温度系数是光伏组件非常重要的一个【gè】参【cān】数。一般情况【kuàng】下,晶硅电池【chí】的温度系数一【yī】般【bān】是【shì】 -0.35~-0.45%/℃,非晶硅【guī】电【diàn】池【chí】的温度系数一【yī】般是-0.2%/℃左右【yòu】。而光伏组件的温度【dù】并【bìng】不等于环境温度。下图就是光伏组件输出功率随组件温【wēn】度的变【biàn】化情况【kuàng】。 光伏电站的系统效率影响因素

在正午12点附近,图中【zhōng】光伏组件的温度达到【dào】60摄氏度左【zuǒ】右【yòu】,光伏组件的输出功【gōng】率大【dà】约仅有85%左右。

除了光伏组件,当温【wēn】度升高【gāo】时【shí】,逆变【biàn】器等电气设备的【de】转化效率也【yě】会随温度的【de】升高【gāo】而降低。

温度造成的折【shé】减,可以根据光【guāng】伏组【zǔ】件的温度系数和当【dāng】地的气【qì】温进行估算。

2不可利用太阳光

我【wǒ】们获【huò】得的总辐【fú】射【shè】量值,是各种辐射强度的直接辐射【shè】、散射辐射、反【fǎn】射辐射的【de】总【zǒng】和,但并不是所【suǒ】有【yǒu】的辐射都能【néng】发电的。比如,逆变器【qì】需要再辐照度【dù】大于50W/m2时才能向电网供电,但辐照度在100W/m2以下时输出功率极低。

即使在【zài】阳光好的西部地区,这部【bù】分虽然算到总【zǒng】辐【fú】射量数据中【zhōng】、但无法利用的【de】太阳【yáng】能辐射,也能达【dá】到2~3%。

二、设备因素对系统效率的影响

设备因素应该是影响光伏系统效率的最主要原因。

1光伏组件的匹配度

标称偏差【chà】也是光伏组件一个重【chóng】要参数【shù】,一【yī】般±3%内【nèi】是可以【yǐ】接受的【de】。这说明,虽然组件的标称参数是一【yī】样的【de】,但【dàn】实际上输出特性【xìng】曲线是【shì】有差【chà】异的,这就造成多个组【zǔ】件【jiàn】串联时因电流不一【yī】致产生【shēng】的效率降低。目前,像天合【hé】、英利等组件厂家,一般采用正偏差来降低由【yóu】于功率【lǜ】的不匹配性带来【lái】的【de】损失。

2逆变器、箱变的效率

虽【suī】然逆变器技术规格书【shū】中的欧【ōu】洲效率是考虑【lǜ】了不同负载率后【hòu】的加权转换效率,但实际使用中,很【hěn】少有逆变器能达到现在普遍【biàn】使【shǐ】用的98.5%。逆变【biàn】器【qì】在DC变AC的过【guò】程中,加权效率能达到97.5%应该就不错【cuò】了。

不同【tóng】逆变【biàn】器的MPPT跟踪【zōng】效果也是【shì】不一样的【de】。当最大功率【lǜ】点电压【yā】随着辐照度变【biàn】化时,逆变器需要不断改变电压值以找到最大【dà】功率点电压,由于【yú】跟踪的滞【zhì】后性也【yě】会造成能量损失。另外【wài】,一个500kW的逆变器,要跟踪大【dà】约100路组串的MPPT,组串之间的差【chà】异会影响【xiǎng】跟踪的精度。目【mù】前,有的逆变器厂家采用多【duō】路【lù】MPPT的方式,来【lái】减少此项损【sǔn】失【shī】。

在最大直流输【shū】入电【diàn】压范围内,尽量的多串联组【zǔ】件提【tí】高电【diàn】压、降低电流,可【kě】以提高逆变器的转化效【xiào】率【lǜ】,同时降低线损【sǔn】。

多组数【shù】据表明,采用不同品【pǐn】牌、标称转化效率相同的逆【nì】变器【qì】,其发电量能相【xiàng】差【chà】5~10%!

箱变将在将升压的过程中,必然会有能【néng】量损失,这项根【gēn】据箱【xiāng】变【biàn】的【de】参数【shù】来确定【dìng】,一【yī】般1.5%左右。

3直流线损、交流线损

一个1MW单元的面积大约3.5~4公顷。要将这么【me】大面积光伏组件发出【chū】的电送到一处地【dì】方,就【jiù】需要很【hěn】长的直流线路。减少线【xiàn】损的办【bàn】法有两【liǎng】个:选用好的电缆,提【tí】高【gāo】电【diàn】压。一般【bān】情况下,直【zhí】流线损可【kě】以按2~3%来估算。

交流线路短,线损相对较少,一般可以按1%来进行估算。

4设备故障

设备【bèi】故障和检修时造成系【xì】统效率低的一个重要原因。下【xià】图【tú】统计了光伏【fú】电【diàn】站故障【zhàng】原因,其中一半都是来自于设备【bèi】。

光伏电站的系统效率影响因素

三、人为因素对系统效率的影响

1设计不当

设计不当造【zào】成发电量损【sǔn】失最严重的一项【xiàng】就是【shì】“间距设【shè】计不当”。由于目【mù】前【qián】光伏电站大都【dōu】采【cǎi】用竖【shù】向布置,下【xià】沿的少量遮挡【dǎng】往往【wǎng】会造成整个【gè】组串输出功率极具下降。据统计,在一些前后间【jiān】距【jù】偏【piān】小【xiǎo】的【de】电站,前后遮挡造成的发【fā】电量损失甚【shèn】至能达到3%。另外,山地电站除【chú】了考虑前【qián】后遮挡【dǎng】以外,还要考量东西方向高差所【suǒ】带来的遮挡。在坡度【dù】比较【jiào】大,而东西间距较小的电站,此项折减可【kě】达到2%。

除了间距以外,我还经常【cháng】看到【dào】在光【guāng】伏【fú】电站场区【qū】内,设计有较高的建(构)筑物【wù】,对周围的光【guāng】伏阵列【liè】造成遮挡。

2清洁不及时

在西北地区,一次沙尘暴可【kě】能会【huì】造【zào】成发电【diàn】量直接降低5%以上;在东部【bù】,严重的雾霾天气时光【guāng】伏【fú】电【diàn】站几乎【hū】没有出力。下图是清【qīng】洗前后【hòu】光伏【fú】电站的出力对比。 光伏电站的系统效率影响因素

可以看出,辐照度越大、阳光的穿透力越强,灰尘造成的损失越少。

除了灰尘,积雪如果不及时清除,也会对发电量造成较大的损失。

除了上述原因【yīn】以外,光伏组件的衰减过【guò】快也是造成发【fā】电量达不到预期的重要原【yuán】因。一般厂家【jiā】承诺【nuò】头两年衰减不超过【guò】2%,10年不超过【guò】10%,25年不超过20%。10年和20年【nián】的情况我不清楚【chǔ】,据了【le】解,头两年【nián】衰【shuāi】减在2%的光伏组件比较【jiào】少【shǎo】。

四、总结

总结一下,光伏电站系统效率损失的原因可以归纳成以下几条:

自然原因:温度折减、不可利用太阳光;

设备原因:光伏【fú】组件的匹【pǐ】配【pèi】度、光伏组件衰减速度【dù】超出预期、逆【nì】变器和箱变的【de】效率、直流线损【sǔn】、交【jiāo】流线损、设备故障

人为原因:设计不当、清洁不及时

光伏电站的系统效率影响因素

来源:智汇光伏