光伏系统综合量化评价体系探讨

目【mù】前，国内外还没有业内普遍【biàn】认同的和完整【zhěng】的光伏系统【tǒng】评价【jià】体系【xì】。我国自2015年开始【shǐ】实施【shī】的光伏【fú】“领跑者计划”则【zé】提【tí】出【chū】了4项评价指标，如表1所示。

表1 光伏“领跑者计划”的评价指标

注：后3项为基【jī】本准入要求；第【dì】3项指【zhǐ】标来自【zì】工【gōng】信部《光伏制造行业规范条【tiáo】件【jiàn】-2015》

毫【háo】无疑问，上【shàng】述4项评【píng】价指标非常重要【yào】，但是还不够全面，有些指标在验【yàn】收测试【shì】时还存【cún】在参考基【jī】准缺失【shī】和准【zhǔn】确数据不易获得的困难。

本【běn】文基于“领跑【pǎo】者计【jì】划”和【hé】国【guó】际上流行的评【píng】价指标提【tí】出基于现场测试【shì】的光伏发电系统综合量化评价体系，供大家讨【tǎo】论。

2.1 评价周期

建议【yì】自光伏系统【tǒng】建成【chéng】1年后，对系统进行【háng】评价，这是因为1年是沙尘、雨季、高低温【wēn】等【děng】气【qì】候变化和【hé】太阳运行【háng】轨迹的完整周【zhōu】期，也有利于【yú】客观判断光伏组件、逆变【biàn】器和太阳跟【gēn】踪器等部件【jiàn】的质量和运【yùn】行特【tè】性。若【ruò】评价【jià】周期过短，比如系统建成【chéng】后1~3个月，则会在组件效率衰降、遮挡损失、温【wēn】度损失、太阳跟踪器的【de】跟【gēn】踪效果、逆变【biàn】器的负荷条【tiáo】件等多个技术【shù】指标【biāo】的【de】测试【shì】上出现较大偏差。

2.2 光伏部件的评价指标

2.2.1 光伏组件额定功率和组件效率

光伏组【zǔ】件的额定功率和【hé】组件【jiàn】效率是“领跑者【zhě】计划”中对光伏组件最重要的考核指标，这【zhè】一指标必【bì】须【xū】在光伏系【xì】统建成后立即抽查，以评【píng】价【jià】开发商选用的光伏组件【jiàn】是否达到【dào】了【le】投标【biāo】时承诺的效率水平。抽查要【yào】求生产厂家提供至少3块同型号组件的出厂测试【shì】技【jì】术【shù】参数，以提高【gāo】可信度【dù】和【hé】冗【rǒng】余度，并将抽【chōu】查组件的技术参数备案【àn】，作为【wéi】1年后测试和评价光伏组【zǔ】件衰降率时的参考基准。

为了保证参【cān】考基准组件【jiàn】参【cān】数的准确【què】性，应当对基准组件进行【háng】现场测试，测试结果与出厂技术参数【shù】的差异不应【yīng】超【chāo】过2%。如果偏【piān】差大于2%，则应【yīng】查找原因【yīn】，排【pái】除【chú】问题，务必使基准组件【jiàn】参数可【kě】信，从【cóng】而才能保证1年后组件衰降率的测试结【jié】果【guǒ】可信。

现场抽检可【kě】以在【zài】组【zǔ】件检测【cè】车中的标【biāo】准条【tiáo】件（STC）下进行，依据标准为GB/T 6495.1-1996《光伏器件 第1部分：光伏电流－电压【yā】特性的测量》；也可以在现场室外进行，依【yī】据标【biāo】准为IEC 61829-1995《晶体【tǐ】硅光【guāng】伏方【fāng】阵 I-V特性现场测量》。

2.2.2 光伏组件功率衰降率

功率衰降率是“领跑者计划”对于光伏组件的重要考核指标。

对于设备停机【jī】或非正【zhèng】常工作状态，需要区【qū】分是由外【wài】部原【yuán】因导致还是由设备本身原因导致。外部【bù】原【yuán】因导致的【de】停机时间不应算作故障时间【jiān】，一般【bān】包括：

全年正常工【gōng】作【zuò】时【shí】间= 3650－20－60－30 = 3540 h

设备故障停机时间= 24 + 30 + 6 = 60 h

逆变器正常【cháng】运行【háng】率= 3540/(3540+60)= 98.33%

在计算正常运行率时需要注意：

1）正【zhèng】常运行率原则上仅适用于光伏系统的逆变器、太阳跟踪器、变压器等电气设备，而不适用【yòng】于光伏【fú】组件。因【yīn】为【wéi】非正常【cháng】运【yùn】行状态是以停机或偏离设计精度【dù】（针对【duì】太阳跟踪器【qì】）为准，而【ér】光伏组件没有或很少有【yǒu】停【tíng】机状态，功率偏离也没有参照【zhào】标准。而且，既然【rán】光伏组【zǔ】件已【yǐ】经【jīng】有功率衰降率【lǜ】的测试和评价，没有必要再【zài】用正【zhèng】常运行率【lǜ】对光【guāng】伏组件进【jìn】行评价【jià】。

2）正常【cháng】运【yùn】行率【lǜ】可【kě】以是【shì】基【jī】于时间（h）的，也可【kě】以是基于发电量（kWh）的（参照IEC 61724-3），建议采用基于【yú】“时间（小时）”的【de】正常【cháng】运行率。若【ruò】采用基【jī】于【yú】发电量的【de】正常【cháng】运行率，不但需要【yào】记录正常运行【háng】时间，还需要实时记录发电功率的变化，较【jiào】为复杂。基于时【shí】间的【de】正常运行率完【wán】全【quán】可以反映设备的【de】可靠性，没必要计【jì】算能量利用率【lǜ】，能量【liàng】评价用PR即可。

3）当前，风力发电【diàn】的【de】正常运行率的【de】公式采用【yòng】“正常工作小时除以全年小时数（即【jí】8760 h）”。由于光伏【fú】系统【tǒng】和设备【bèi】夜【yè】晚不【bú】工作【zuò】，所以不建议沿用风电的【de】计算公式【shì】，建议采用IEC标准给出的计算公式【shì】。当【dāng】然【rán】，这对于数据采集系统【tǒng】提出了更高的要求。

2.2.5 太阳跟踪器的正常运行率

太阳跟【gēn】踪器正常运行率的【de】定义和计算公式与逆变【biàn】器的正常运行率一致，差别【bié】在于太阳跟踪器有【yǒu】跟踪精度的要求，因【yīn】此对于【yú】太阳【yáng】跟踪器的【de】非正常工作时间除了故障停【tíng】机，还应【yīng】包括跟踪【zōng】轴的跟踪偏差超过设计【jì】值【zhí】的时间段；同时也要求【qiú】数据【jù】采集系统能够准确判【pàn】断这【zhè】一故障现象，并准【zhǔn】确【què】记【jì】录故【gù】障时间。

2.3 光伏系统的评价指标

光伏系【xì】统【tǒng】的【de】评价指标【biāo】应至少包括【kuò】系统的电气质量、系统设计的先进【jìn】性、系统占地和系统的经【jīng】济【jì】性。

2.3.1 光伏系统能效比

能效比（Performance Ratio，PR）是国际通【tōng】用的光伏系【xì】统质【zhì】量评价指标，这一【yī】指标代表了光伏系统【tǒng】评价【jià】时【shí】段内的可【kě】靠性和综合效【xiào】率的高低，但【dàn】不代【dài】表项目的经济【jì】性，也不代表设计的先进性。IEC 61724-1给出【chū】能效比的【de】定义为【wéi】：

PR评价指标排除了【le】地【dì】区之间的太阳能【néng】资源差异和同一【yī】地【dì】点【diǎn】年度太阳【yáng】能资源的差异，客观评价了光伏系统的【de】质【zhì】量。比如太阳能资源好【hǎo】的地方，发【fā】电量【liàng】多【duō】，分子大，但当地辐射【shè】量也高，分【fèn】母也大，所以PR结【jié】果【guǒ】并【bìng】不【bú】一定就高。此外【wài】，很多项目业主要求建设单位担保发电【diàn】量，由于太【tài】阳能资源的年际差异，这一要求并【bìng】不科学【xué】，科学的担保【bǎo】指标【biāo】应当是PR值。PR值是系统的能量效率指【zhǐ】标，代表了【le】系【xì】统和部件的【de】可靠性和效率水平的【de】高低，可【kě】以分解成表2中的14个分项，PR值【zhí】是这14个效【xiào】率【lǜ】项的乘积。

表2 PR的14个影响因素和判定指标

关于PR值需要注意以下几点：

1）PR值可以是整个光伏系统，也可以是特定的逆变单元；

2）具体分【fèn】析PR值高或低的原因时，需要分别【bié】检【jiǎn】测表2中【zhōng】的【de】14个分项；

3）表2给出【chū】的PR值是在满足【zú】14个效率项的基本合格指标【biāo】要求【qiú】下的结果，实际情况应该可以做得更好

图1为IEA PVPS依【yī】据TUV的测【cè】试数据给出的【de】世【shì】界各国大约【yuē】400个电站的PR统计【jì】数据。可以看出，1998~2004年，绝大【dà】部分项目的PR值在0.7~0.8之间。对于光伏系【xì】统PR的分级标准【zhǔn】建议指【zhǐ】标如表3所示。

图1 IEA PVPS 给出的PR统计值

表3 光伏系统PR的分级标准

PR虽然排除了不同地区之间太阳能资【zī】源条件的差异，但并没有排除不同地区间环境温度的差异【yì】，而不同地【dì】区环【huán】境温度的差异会直【zhí】接影响到【dào】PR值。对于晶体硅光【guāng】伏组件而言，如果【guǒ】环境温【wēn】度相差20 ℃，由温【wēn】度损失【shī】造成【chéng】的PR差【chà】异会【huì】高【gāo】达【dá】8%以上。因此，在比【bǐ】较不同地区【qū】光伏电站的质量时，应对PR值进行温度修正。

PRSTC不但排【pái】除了【le】不同【tóng】地区太阳能【néng】资【zī】源的差异，而且还【hái】排除了环【huán】境温度的差异，对不同地区的光伏项目更加【jiā】公平。而【ér】对【duì】于同【tóng】一地区的光伏【fú】项目，没有必要一定要修正【zhèng】到PRSTC，普通PR即【jí】可比较不同项目间质量的高【gāo】低。

2.3.2 光伏系统功率比

PR虽然普遍用于【yú】评价光伏系统的质量【liàng】，但很多情况【kuàng】下【xià】PR值并【bìng】不容易获取【qǔ】。例如：对于户用光伏系统和屋顶光伏系统而【ér】言，没有安【ān】装辐照度【dù】测试仪，没有光伏方【fāng】阵【zhèn】面的辐射量数据，这样就无法计算PR值；再【zài】有，很多光【guāng】伏【fú】电站虽然安装【zhuāng】了【le】小型气象站，但【dàn】是只有【yǒu】水平面【miàn】辐射量的测量，而PR值的计算需要【yào】光伏方阵面【miàn】的辐射量数【shù】据；另外，还有一【yī】些光伏电【diàn】站，虽然【rán】安装了【le】光伏方阵面的辐射量测试仪器，但由于准确度不高或维护【hù】不【bú】当，得到【dào】的数据【jù】不准确，也无法准确得到PR值。在这些情况【kuàng】下，我们可以采用“功【gōng】率【lǜ】比”代替PR，也能够基本判定光伏【fú】系统质【zhì】量好坏，而【ér】采【cǎi】用功率【lǜ】比最大的【de】优点是在现场可【kě】以准确测量。

IEC 61724-4《光伏系统性能 第四部分：衰降率评价方【fāng】法》给出了功【gōng】率比的计算公【gōng】式和修正公式【shì】。功率【lǜ】比【bǐ】，即【jí】功率转【zhuǎn】换率（Responsivity，简写【xiě】为R），为安装的光伏组件【jiàn】总【zǒng】功率转换成【chéng】交流并网点的交流【liú】功率的比例【lì】。

功率比的计算公式为：

在实【shí】际测试中，到【dào】现【xiàn】场只需要带1个【gè】修整过【guò】的辐照度仪、1个测【cè】试背板温度【dù】的温度传感器即可。如果不测背板温【wēn】度，知道环境【jìng】温度也行，晶体硅【guī】光伏组【zǔ】件结温可进行简单估【gū】算，为“背板温度+2 ℃”或【huò】“环【huán】境温度+25 ℃”。同时，读取并网点的交流功【gōng】率和方阵面【miàn】上的【de】太【tài】阳辐照度，确【què】定所有【yǒu】对应【yīng】组件的额定功率之和，即【jí】可通过式【shì】（6）、式（7）计算出准确的功率比R。

测【cè】试过程10 min之内即【jí】可搞定，尤其便于快速判断没【méi】有辐射【shè】量【liàng】数据的户用光伏和屋顶光伏的【de】质量。

功率比R比较的【de】是瞬时功【gōng】率，因此不包含【hán】受【shòu】时间【jiān】影【yǐng】响的遮挡损失、反射损【sǔn】失（阳光入射角小于45°），逆【nì】变器的早晚“死【sǐ】区”损【sǔn】失等，积尘【chén】损失也只是随机【jī】值；由于【yú】进行了温度修【xiū】正，所以也不包括温升损失。但功率【lǜ】比R包含了【le】绝大部分【fèn】PR的效率项，具体【tǐ】如表4所示。

表4 功率比R的9个影响因素和判定指标

关于功率比需要注意以下几点：

1）功率比【bǐ】的指标可以针对整个光伏【fú】系统【tǒng】，也可以针对特定【dìng】的逆【nì】变单元；

2）由【yóu】于需要进行【háng】辐照度修正，因此测试【shì】必须在辐【fú】照【zhào】度≥700 W/m2时进行，只有在【zài】这【zhè】样的辐照度【dù】条件下，才允许进行线【xiàn】性修正【zhèng】；

3）当要具体分析功率比【bǐ】的【de】指标【biāo】高或低的原因时，需要分【fèn】别检测【cè】表4中的【de】9个分项；

4）功【gōng】率【lǜ】比对于光伏系统的输出功率进【jìn】行了辐照度和温度修正，其结果不受资源条件和【hé】环境温度【dù】差异的影响，比没有排【pái】除【chú】温度【dù】影响的普通PR更加公平；由于排除了温【wēn】度的影响，功率比【bǐ】的判定【dìng】指标【biāo】要比PR相【xiàng】对【duì】提高很【hěn】多。

5）表5列出的判定指标是基本要求，应该可以做得更好。

表5 光伏系统功率比R的分级标准

2.3.3 年等效利用小时数

年等效利用【yòng】小时数是国内比较不同发电方式时【shí】的【de】参照条【tiáo】件，例【lì】如燃煤火电典型的年等效利用小时数为5000 h，风电的典【diǎn】型值【zhí】是2000 h，光【guāng】伏发电的【de】典型值是1500 h等。而国际上采【cǎi】用【yòng】年kW发电量（Yield）作【zuò】为比【bǐ】较不同【tóng】发电方式【shì】时的【de】参照条件，二者数值相同，意义相同【tóng】，但单位【wèi】不同【tóng】，Yield的单位【wèi】是kWh/kW，而年等效利用小时数的【de】单位是【shì】h（其实是将【jiāng】分子【zǐ】和分母的kW约分约掉【diào】了）。

年【nián】等效利用小【xiǎo】时数（kW发电量），对于【yú】不同地域的项【xiàng】目，代表了资【zī】源【yuán】条【tiáo】件的好坏；对于同一地域的项目，则代【dài】表了资源利用率【lǜ】和设计【jì】方【fāng】案的先进性，值越【yuè】高越好，因为在同样【yàng】的资【zī】源条件下，kW发电量越高，说【shuō】明对【duì】于资源的利用率也越高【gāo】。提高年等效利【lì】用小时数的有效方【fāng】法通【tōng】常有提【tí】高PR（减【jiǎn】少遮【zhē】挡、减少组件【jiàn】衰降、提高各个【gè】环节效【xiào】率、减少积尘损【sǔn】失等）、增加【jiā】光伏/逆变器的容配【pèi】比、采用太阳跟踪器等【děng】。

年等效利用小时数的计算公式为：

关于年等效利用小时数，需要注意的是：

1）一定要【yào】用并网点的交【jiāo】流额定功率，而不能用直流侧的光伏组【zǔ】件功率，否【fǒu】则就体【tǐ】现不出增【zēng】加容配比的优势【shì】；

2）增加容【róng】配比和采【cǎi】用【yòng】太阳跟【gēn】踪器可以大幅提高kW发电量，改【gǎi】善项目的收益，但并不改善PR值。

2.3.4 土地利用率

国际上常用土【tǔ】地【dì】占用率（Ground Cover Rate，GCR），而国内常【cháng】用kW占地作为【wéi】土地利用率的【de】指标。无论是GCR还【hái】是kW占地，都是辅【fǔ】助性指标，在PR或等效利用【yòng】小时数【shù】相同的条件下，占地越【yuè】少越好【hǎo】。

关于土地利用率，需要注意的是：

1）计算【suàn】土地利用率应该用【yòng】额【é】定交流【liú】功率计【jì】算，便于比较不同光伏/逆【nì】变【biàn】器容配比条【tiáo】件下的占地差【chà】异；

2）土地利【lì】用【yòng】率虽【suī】然【rán】仅是一【yī】个辅助【zhù】性指标，但必须有，因为计算度电成本时还会用到。

2.3.5 光伏项目的度电成本

度电成本（LCOE）是国际上通【tōng】用的【de】比较不同发【fā】电【diàn】方式度电成本的指标，是客【kè】观评价【jià】光伏项目经济【jì】性的重【chóng】要指标，能够间接评价项目的收益水平，更能直接判【pàn】断【duàn】项【xiàng】目是亏损还是盈利【lì】。但【dàn】LCOE并不【bú】是具体项目经济性评价指标，并【bìng】不包含电价【jià】、收【shōu】益、贷【dài】款利息、贷款周期、贷【dài】款比例等因素。低的【de】LCOE是光伏项【xiàng】目最终追求的目标【biāo】，越低【dī】越【yuè】好。

LCOE虽然【rán】包含贴【tiē】现率一项，但贴现率不【bú】同于贷款【kuǎn】利息，这二【èr】者【zhě】最【zuì】大不【bú】同在于贷款利息每一个项【xiàng】目都不相同，而贴现率对【duì】于同一种【zhǒng】货币是【shì】一【yī】样的。如【rú】果比较国【guó】内的项目，由于(1+r)t对于所有的项【xiàng】目都一样，在【zài】比较时【shí】就相互【hù】约分约掉【diào】了，因此，对于国内【nèi】同期建设的项目，可以【yǐ】不必考虑贴现率（实际上，我们在比【bǐ】较不同期建设的电【diàn】站投资【zī】时，都是【shì】以实际投【tóu】资【zī】为比【bǐ】较基准，也从未折算贴现率后再进行比较）。

因此，公式（11）可简化为

表6 不同条件下光伏系统LCOE比较

关于表6中的数据，需要说明的是：

1）虽然【rán】在【zài】同【tóng】一地点【diǎn】，项目【mù】2的初投资【zī】低，但PR值也低【dī】，初始衰降率又高，造成LCOE偏高；

2）西藏资源超好，因此虽然初投资高，但LCOE仍然是最低的；

3）采用【yòng】太【tài】阳跟踪器，虽【suī】然初投资【zī】、占地和运维费用都相【xiàng】应增高，但由于提【tí】升了20%的发电量，因此LCOE依然低于固定式安装【zhuāng】；

4）为【wéi】了准确计算LCOE，根据首年的【de】PR值、首年的组件衰降率、首年的运【yùn】行【háng】维护成【chéng】本及【jí】首年【nián】的发电量，合理推算【suàn】20年的发电量和【hé】成【chéng】本十分重要【yào】；

5）再次强调，LCOE是用于比较不同发电项【xiàng】目之间度【dù】电成本的一个指标【biāo】，并不是【shì】具体项目的【de】经济性指标。对于具体【tǐ】项目【mù】的经济性评价通常采用IRR（资金内部【bù】收【shōu】益率），IRR中不但包括【kuò】了初投资、运行【háng】维护【hù】费用、发电【diàn】量，还包括【kuò】贷款【kuǎn】利息、贷款【kuǎn】比例【lì】、贷款年【nián】限、电价、收益水平、税收、折旧等诸多因素【sù】。

2.3.6 系统（交流）效率

IEC 61724-1《光伏系统性能-第【dì】1部分：监测系统【tǒng】》中，提出了系统【tǒng】效率（System (AC) efficiency）的概【gài】念【niàn】：

如果【guǒ】把方【fāng】阵效率【lǜ】看成光伏组件效率【lǜ】，那么这里系统效【xiào】率就等于光伏组件效率与光【guāng】伏系统【tǒng】PR的【de】乘积，其【qí】物理【lǐ】意义是【shì】方阵【zhèn】面辐【fú】射量转换成并网【wǎng】发电量的比值。例如：假设方【fāng】阵（组件）效率=18%，PR=80%，则系【xì】统【tǒng】效率=14.4%。由于组件【jiàn】效率是光伏部【bù】件的【de】评价指【zhǐ】标，而PR是光伏系统的评价指标，二者的【de】乘积其意义相互干扰，因【yīn】此建议仅作为辅助性评价【jià】指【zhǐ】标【biāo】。由于本文的评价指【zhǐ】标已经包含【hán】了光伏组【zǔ】件效率和PR的测试，如果需要，将这2个指【zhǐ】标相乘即【jí】可得到【dào】系统【tǒng】效率。

2.4 光伏系统综合测试项目和判定指标

在2.2和2.3节，本文分【fèn】别介绍了5项光伏部件评价指标和6项光【guāng】伏系【xì】统评价指标，其中一【yī】些指【zhǐ】标，如PR和【hé】功率比，还可以分解【jiě】成【chéng】多【duō】个子【zǐ】项进【jìn】行测试，从而【ér】能够定量化地评价光【guāng】伏【fú】发电系【xì】统【tǒng】的电气性能和质量。

除了【le】系【xì】统自身的电气【qì】性能和质量，光伏【fú】系统的并网特性和安全【quán】性也非【fēi】常重要，而且也能够通【tōng】过测试进【jìn】行【háng】量化【huà】评【píng】价。表7给【gěi】出了【le】20个光伏系统电气性能【néng】、安全性和并网特性的测【cè】试项目及其判定的依据，表8给出了10个【gè】光伏【fú】系统评【píng】价【jià】指标，供【gòng】大家参考和讨论。

表7 光伏电站验收测试项目和判定标准

表8 光伏系统评价指标

来源：索比光伏网