光伏電站系統(tǒng)效率分析

1、系統(tǒng)效率分析運(yùn)行期光伏電站的生產(chǎn)工藝流程為：通過太陽輻照，經(jīng)直流發(fā)電單元（將太 陽能轉(zhuǎn)化成直流電能，再經(jīng)逆變產(chǎn)生交流電），出口電壓為AC0.5/0.52kV,再經(jīng) 35kV升壓箱變，將電壓升至35kV后，由35kV集電線路匯集至電站35kV匯集站，再 經(jīng)llOkV匯集站，電壓升至llOkV后，然后輸送至220kV升壓站，經(jīng)220kV主變壓器 二次升壓后，通過220kV架空線路送入系統(tǒng)電網(wǎng)。其發(fā)電工藝流程如下：圖運(yùn)行期光伏電站的生產(chǎn)工藝流程圖結(jié)合光伏電站的運(yùn)行特點(diǎn)其系統(tǒng)損耗主要為以下幾方面組成：（1）入射角造成的不可利用的太陽輻射損耗；（2）灰塵、植被等遮擋損耗（3）溫度影響損耗（4）光伏組件不

2、匹配造成的損耗（5）直流線路損耗（6）逆變器損耗（7）交流線路損耗（8）變壓器損耗（9）系統(tǒng)故障及維護(hù)損耗結(jié)合XX項(xiàng)目實(shí)施的實(shí)際情況，參考XX光伏發(fā)電項(xiàng)目招商文件中評分 標(biāo)準(zhǔn)的要求，技術(shù)方案中系統(tǒng)能力先進(jìn)性（5分），81%得1分，系統(tǒng)效率最高值 得5分；因此系統(tǒng)效率即使是重要的招商得分項(xiàng)，同時該參數(shù)乂直接影響發(fā)電量 和效益測評即投標(biāo)申報(bào)電價(jià)，為科學(xué)合理的控制和了解本項(xiàng)目地的系統(tǒng)效率水平, 使其盡可能向可操作、可實(shí)現(xiàn)的最高效率努力，系統(tǒng)效率基本取值分析如下：（1）不可利用的太陽輻射損耗根據(jù)項(xiàng)目地的地理位置、氣候氣象和太陽輻射數(shù)據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀蠛吞栞椛涮?點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目地太陽入射角的分析計(jì)算，并兼顧山

3、地的地形條件在冬至日真太陽 時9:0015:00的陣列布置原則而確定的日照利用邊界，經(jīng)分析，本次由于入射 角造成的不可利用的太陽輻射損耗取值為4. 3%o（2）灰塵、植被等遮擋損耗項(xiàng)目當(dāng)?shù)靥幓牟莸亍⒒纳?、宜林地等環(huán)境，必然會地表植被和自然揚(yáng)塵的灰 塵以及陣列內(nèi)部設(shè)備的彼此遮擋的問題，對此參照西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 基于科研實(shí)驗(yàn)電站的集團(tuán)科研項(xiàng)目環(huán)境因素對光伏工程發(fā)電量影響研究研究成 果報(bào)告和本公司項(xiàng)目投資運(yùn)維公司的運(yùn)維測試的統(tǒng)計(jì)成果：灰塵的覆蓋對光伏 組件的發(fā)電量影響較大，灰塵密度越大，發(fā)電量下降多越多，隨著時間的推移灰 塵在靜態(tài)下密度達(dá)到12.64g/m3時，對造成發(fā)電量階段性下降高達(dá)2

4、0版且風(fēng)向和 風(fēng)速對灰塵的在電站的部均勻分布對發(fā)電也會產(chǎn)生直接影響。結(jié)合陽泉項(xiàng)目場址 周邊地貌，在電站總體布置中應(yīng)用三維模擬分析進(jìn)行量化陰影控制，再者考慮到 土地綜合利用與未來運(yùn)維智能和定期組件清洗相結(jié)合，科學(xué)利用、多措共舉下， 本次對灰塵、植被等遮擋損耗取值為2. 20%。(3)溫度影響損耗光伏組件工作溫度可以由以下計(jì)算公式：Tc=(Ta+(219+832Kt)X (NOTC-20) /800NOCT=45 C, Kt晴朗指數(shù)0.7, Tc為光伏組件溫度，Ta為環(huán)境溫度?t=(Tc-25)義。，。為光伏組件的溫度功率衰減因子；結(jié)合農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖的模式和當(dāng)?shù)貧夂颉鉁貤l件，根據(jù)光伏組件的溫度效率系

5、 數(shù)2-0.39%/的技術(shù)指標(biāo)要求，利用收集到的典型月輻照度和溫度數(shù)據(jù)，采用 上述公式結(jié)合光伏組件的串并聯(lián)等方案，進(jìn)行不同輻射量和溫度下的分析計(jì)算后, 本次由溫度引起的發(fā)電量損失取值為1. 85%O(4)光伏組件不匹配造成的損耗考慮到本次采用的均為高效光伏組件，組件電流、電壓的差異，以及組件申 聯(lián)因?yàn)殡娏鞑灰恢庐a(chǎn)生的效率降低現(xiàn)象會優(yōu)于常規(guī)組件，由于我公司采用組件電 流分檔技術(shù)提高組件輸出一致性，故本次該損耗取值1. 3%o(5)逆變器損耗結(jié)合陽泉基地項(xiàng)目的光照資源、地形差異的特點(diǎn)和光伏組串在位置、接線、 匹配性的實(shí)際運(yùn)行狀況，就設(shè)備實(shí)際運(yùn)行工況下自身綜合效率而言，會有一定提 升，這種提升綜合了

6、前端高效設(shè)備和優(yōu)化集成設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，兼顧了資源、地形的 突出劣勢和發(fā)揮自身設(shè)備的高效因素情況下，推薦工程應(yīng)用中的本設(shè)備項(xiàng)損耗， 考慮取值2. 0% (考慮到本次招商文件要求的逆變器中國效率達(dá)到或超過98. 2%的 要求)。(6)直流、交流線路損耗交直流損耗計(jì)算：交流線路有功功率損失：？P = 3/2r直流線路有功功率損失：？P = 12r式中？?P有功功率損失，W：R線路電阻，Q；I電流，A：暫以275Wp光伏組件為例，峰值功率電流8. 69A,交流損耗不 含35kV集電線路，根據(jù)上述公式和項(xiàng)目地典型子方陣布置方案，各方案功 率損耗理論計(jì)算結(jié)果見下表：表各典型方案功率算好理論計(jì)算表典型子 陣 方

7、案電纜型號電纜長度 (km)電阻 (Q/km)損耗百分比1MW 組串式GF-WDZCEES*1800V-2 X 4mm二3.384. 61直流線損0. 235%GF-WDZCEES*1800V-2 X 6mm二5. 013.08ZR-YJY：3-0. 6/lkV-3X 1660. 481. 15交流線損1. 131%ZR-YJY：3-0. 6/lkV-3X150mm:0. 330. 1241. 6MW 組串式GF-WDZCEESMT800V - 2 X 4mm二5. 524. 61直流線損0. 236%GF-WDZCEESMT800V - 2 X 6mm：8.23.08ZR-YJY：3-0.

8、6/lkV-3X16mm:0. 761. 15交流線損1. 186%ZR-YJY：3-0. 6/lkV-3X150mm:0. 580. 1241MW 集中式GF-WDZCEESR：廠1800V-2 X 4mm二3. 1184.61直流線損0. 659%GF-WDZCEESR：廠1800V-2 X 6mm二5. 9683.08ZR-YJY：3-0. 6/lkV-2X50mm:0. 2650. 387ZR-YJY：3-0. 6/lkV-2X70mm：0. 260. 268YJY-0. 6/lkV-3X185 mm30. 020. 033交流線損0. 333%1MW 集散式GF-TOZCEESR：3

9、-1800V-2 X 4mm二3. 1184. 61直流線損0. 660%GF-TOZCEESR：3-1800V-2 X 6mm二5. 9683.08ZR-YJY：3-0. 6/lkV-2X35mm:0. 2650. 524ZR-YJY：3-0. 6/lkV-2X50mm:0. 260. 387YJY-0. 6/lkV-3X185 mm30. 020. 033交流線損0. 244%2MW 集散式GF-WDZCEESXl800V - 2 X 4mm：6.94.61直流線損0. 726%GF-WDZCEESXl800V - 2 X 6mm12.83.08ZR-YJY：3-0. 6/lkV-2X35

10、mm:0. 550. 524ZR-YJY：3-0. 6/lkV-2X50nun:0.950. 387YK-0. 6/lkV-3X185 mm30. 020. 033交流線損0. 244%結(jié)合上述計(jì)算分析，本次對直流電纜損耗取值為2.0%,交流線路損耗取值為 1. 0%o(7)變壓器損耗計(jì)算本文采用均方根電流系數(shù)計(jì)算法，根據(jù)目前電網(wǎng)公司在計(jì)算變壓器損耗時普 遍使用的功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法和廣東省變壓器損耗及功率因數(shù)計(jì)算方法 和查對表中，變壓器的運(yùn)行能耗=額定鐵損X時間+額定銅耗X時間xK2x%2,計(jì)算公式為：Pt = P0 xT + P.xTxK2x22o由于廣東省變壓器損耗及功率因數(shù)計(jì)算方法和查

11、對表中計(jì)算電度分別以 用戶設(shè)備利用率(即負(fù)載率0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0分段取值計(jì)算)，使用相 應(yīng)典型負(fù)教率曲線進(jìn)行積分后，全年日可利用發(fā)電時長為12h,丸取0.3,所得 均方根電流系數(shù)如下表：表均方根電流系數(shù)計(jì)算表序號負(fù)載率K備注10.12.062031.5030.51.2040.71.0751.01.00結(jié)合上述公式和參數(shù)，對不同變壓器的損耗進(jìn)行測算，見下表:表不同變壓器的損耗計(jì)算表%序 號變壓器容量 (kVA)空載損耗 (kW)負(fù)載損耗 (kW)損耗閭使用數(shù)量 (臺)平均損耗 (%)116001.6916.62. 13%202. 09%220001.9919. 72.

12、01%9結(jié)合上述計(jì)算分析，本項(xiàng)目采用箱變?yōu)?600kVA及2000kVA容量變壓器，變壓器損耗取值為2. 09%o(8)系統(tǒng)故障及維護(hù)損耗結(jié)合我方參與設(shè)計(jì)的青海、新疆等西部區(qū)域的電站的實(shí)際電站運(yùn)維中出現(xiàn)的 逆變器、箱變等設(shè)備的故障率和維護(hù)現(xiàn)狀，本次對系統(tǒng)故障及維護(hù)損耗取值為1%。根據(jù)以上各部分的效率和損耗計(jì)算，在不考慮棄光限電的情況下，系統(tǒng)綜合效率系數(shù)K為83. 09%。具體各系數(shù)取值見下表:表系統(tǒng)效率計(jì)算序號項(xiàng)目推薦投標(biāo) 指標(biāo)備注1不可利用的太陽輻射損耗4. 30%通過高效單晶硅光伏組件弱光 效益、固定可調(diào)支架三維設(shè)計(jì) 精細(xì)化設(shè)計(jì)2灰塵、雪等遮擋損耗2. 20%組件防塵涂膜、逆變器的動態(tài) 組

13、串監(jiān)測、智能化主動化運(yùn)維， 結(jié)合當(dāng)?shù)胤N養(yǎng)殖的模式優(yōu)勢和 人力成本優(yōu)勢，加強(qiáng)清洗與解 決勞動力從業(yè)需求相結(jié)合：3溫度影響損耗1.85%由于底層空間的利用，地表溫 度上升有一定抑制：項(xiàng)目區(qū)域 的自身氣溫條件良好4光伏組件不匹配造成的損耗1. 35%領(lǐng)跑者技術(shù)甚至更高效設(shè)備的 應(yīng)用5直流電纜損耗2. 00%6逆變器損耗2. 50%多路MPPT逆變器的適配性優(yōu) 勢；在上述優(yōu)化的直流系統(tǒng)下 實(shí)際工作工況下逆變器綜合性 能較高7交流線路損耗1.00%8變壓器損耗2. 09%9系統(tǒng)故障及維護(hù)損耗1.00%10系統(tǒng)綜合效率系數(shù)83. 09%發(fā)電量的分析計(jì)算（1）取值依據(jù)依據(jù)國能新能【2015】194號關(guān)于促進(jìn)

14、先進(jìn)光伏技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級 的意見，領(lǐng)跑者先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到以下指標(biāo)：多晶硅、單晶硅和薄膜光伏組 件自項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行之日起，一年內(nèi)衰減率分別不高于2. 5%、3%和5%,之后每年衰 減率不高于0.7%,項(xiàng)目全生命周期內(nèi)衰減率不高于20%。根據(jù)低衰減高功率PERC優(yōu)質(zhì)單晶組件的介紹，PERC電池的長波效應(yīng)優(yōu)勢保證 了 PERC組件更好發(fā)電能力量子效率體現(xiàn)了電池將光轉(zhuǎn)換為電的能力，量子效率越 高，電池效率越前PERC單晶電池與傳統(tǒng)單晶電池的量子效率比較三種電池組件 在高輻照度條件下相對效率相差不大；在低輻照度條件下，PERC單晶組件弱光響 應(yīng)優(yōu)于常規(guī)單晶組件，常規(guī)單晶組件弱光響應(yīng)優(yōu)于常規(guī)多品組件

15、；PERC單晶和常 規(guī)單晶光譜范圍更廣，從而具有更好的弱光發(fā)電能力，這一優(yōu)勢在陰雨天更為突 出；在標(biāo)準(zhǔn)相同輻照條件下，每千瓦單晶系統(tǒng)的年總發(fā)電量高于多晶系統(tǒng)約3% 左右。美國NREL （國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室）在2012年6月出具的一份報(bào)告，uPhotovoltaic Degradation Rates- An Analytical Review”，回顧了近40 年所有期刊文獻(xiàn)中關(guān)于單個組件衰減和系統(tǒng)功率衰減分析的數(shù)據(jù)。對于單晶組件 （mono-Si） , 2000年以前安裝的：年衰減平均0. 47%, 2000年以后安裝的:年衰 減平均0. 36%o（2）衰減系數(shù)的確定結(jié)合以上PERC優(yōu)質(zhì)單晶

16、組件長期衰減參數(shù)，本階段采用的單晶組件年衰減率 暫取0.55%,首年衰減取2%。組件25年衰減結(jié)果如下：表組件系統(tǒng)效率衰減表年份組件衰減系數(shù)年份組件衰減系數(shù)第1年98. 0%第14年91.2%第2年97. 5%第15年90. 7%第3年96.9%第16年90. 2%第4年96. 4%第17年89. 7%第5年95. 9%第18年89. 2%第6年95. 3%第19年88. 7%第7年94.8%第20年88. 3%第8年94.3%第21年87. 8%第9年93. 8%第22年87. 3%第10年93. 3%第23年86. 8%第11年92. 7%第24年86. 3%第12年92. 2%第25年8

17、5. 9%第13年91.7%結(jié)合系統(tǒng)效率及組件衰減以及本工程不同運(yùn)行方式的裝機(jī)容量，初步計(jì)算出 不同運(yùn)行方式下運(yùn)行期各年的年峰值利用小時數(shù)和本項(xiàng)目平均利用小時數(shù)。具體 數(shù)值見下表。表 本工程逐年發(fā)電量及年利用小時數(shù)年份固定式運(yùn)行方式固定可調(diào)式運(yùn)行方式本項(xiàng)目綜合水平年總發(fā)電量（萬kWh）年利用小 時數(shù)（h）年總發(fā)電量 （萬 kW h）年利用小 時數(shù)（h）年總發(fā)電量 （萬kWh）年利用小 時數(shù)（h）第1年5038.821259.701315.521315.526354.341270.87第2年5011.111252.781308.281308.286319391263.88第3年4983.5412

18、45.891301.091301.096284.631256.93第4年4956.141239.031293.931293.936250.071250.01第5年4928.881232.221286.821286.826215.691243.14第6年4901.771225.441279.741279.746181.511236.30第7年4874.811218.701272.701272.706147.511229.50第8年4848.001212.001265.701265.706113.701222.74第9年4821.331205.331258.741258.746080.071216.01第10年4794.821198.701251.821251.826046.631209.33第11年4768.441192.111244.931244.936013371202.67第12年4742.221185.551238.081238.085980.301196.06第13年4716.141179.031231.271231