1-光伏系統(tǒng)的能量效率

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的(中國)能量效率

2012-10-30

2012-11-22

于培諾郭文龍

北京太陽能電力研究院北京鑒衡認(rèn)證

中國電子第十八研究所

摘要:

歐美國家對(duì)并網(wǎng)電站評(píng)估用PR，即AC能量與理想DC能量之比來判斷其水平（國內(nèi)電站用實(shí)測功率外推至STC時(shí)的功率來評(píng)估其裝機(jī)容量）；本文用中國能量效率，即用實(shí)測組件的日，月和年發(fā)電能量kWh與同時(shí)測組件表面上的太陽輻射量kWh/m2×組件面積m2之比，進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)有代表性的歐美國家定義的各種PR進(jìn)行了評(píng)論。

容易混淆的幾個(gè)概念功率Power(W),MPP功率(W)；STC功率(W)；功率效率PowerEff.(W/W);能量Energy(Wh),產(chǎn)能Yield(Wh);能量效率EnergyEff.(Wh/Wh);輻照度Irradiance(W/m2);輻射量Irradiation(Wh/m2)光伏系統(tǒng)的評(píng)估方法PR—?dú)W美國家PR的定義1.PR=ACGridinjectedEnergy/PVSystemEnergyinSTC;2.PR=ActualYieldAC/TargetYieldDC;3.SMA:

PR=ActualReadingofPlantOutputinkWh/CalculatedNominalPlantinkWh.

(TheIrradiationmeasuredbySunnySensorBox)

4.NREL:

(Measured)NetEnergyOutput=E,(Nominal)NameplateDCPowerofPV=Po,

FinalPVSystemYield=Yf,*Yf=E/Po:［h］;

(Measured)Totalin-planeirradiance=H,(Nominal)Referenceirradianceof

PV=G(1kW/m2),

ReferenceYield=Yr,Yr=H/G:［h］

;

PR=Yf/Yr=E/［H×Po/G］5.PHOTON:

ModulePR=［E/H］/［Po/G］:［%］/［%］

=E/［H×Po/G］

實(shí)際上PR是能量效率，即輸出

能量(kWh)

/DC標(biāo)稱能量(kWh)

*Yf:是1W組件

能發(fā)出的能量Wh

案例：廣東100kW電站

1.電站的構(gòu)成電站用組件—

標(biāo)稱240W，面積1.636m2,共484塊，總組件面積791.8m2;

裝機(jī)容量116160W電站用逆變器—100kW逆變器配有和組件共平面光伏式總輻射表，并有

DC側(cè)功率(W)顯示和AC側(cè)能量（kWh）顯示；2.廣東100kW電站的實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)測2012-8-1日輻射量（輻照度的積分）5.909kWh/m2;

組件溫度28℃-59.2℃實(shí)測DC側(cè)方陣

日發(fā)電能量（功率的積分）564.47kWh實(shí)測逆變后AC側(cè)日發(fā)電能量525.4kWh

3.廣東電站PR的計(jì)算PR=進(jìn)入電網(wǎng)AC能量kWh/組件平面上的太陽輻

射量kWh/m2×組件面積m2×STC組件功率效

率%；

組件STC標(biāo)稱功率效率=240W/1kW/m2×1.636m2

=14.6%，

實(shí)測太陽在組件方陣平面上日輻射能量

=5.909kWh/m2×791.8m2=4678.7kWh,

方陣的標(biāo)稱理想日發(fā)電能量

=4678.7kWh×14.6%=683kWh

系統(tǒng)的PR=525.4/683=0.77評(píng)論(歐美)系統(tǒng)的PR是上網(wǎng)AC能量kWh和方陣的理想DC發(fā)電能量kWh—太陽輻射量kWh/m2乘以方陣面積m2再乘組件STC標(biāo)稱功率效率（W/W）之比，

即PR=AC-kWh/DC-kWh；實(shí)際上，理想DC發(fā)電能量由于用的是STC功率效率（見解釋），所以計(jì)算出的能量是理想的，永遠(yuǎn)也達(dá)不到的；應(yīng)該用方陣中有代表性組件的實(shí)際發(fā)電能量，這樣計(jì)算出的總DC能量除以進(jìn)入逆變器的DC能量得到的組件串并聯(lián)（含逆變器MPPT跟蹤誤差）損失才有實(shí)際意義。

在中國見到的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有用離電站最近的氣象臺(tái)數(shù)據(jù)，有用NASA宏觀數(shù)據(jù)去預(yù)計(jì)太陽輻射量并算出發(fā)電能量，但驗(yàn)收時(shí)通常在現(xiàn)場測試方陣功率，經(jīng)輻照度和溫度修正最后外推到STC功率W,即電站裝機(jī)容kW。新的定義：系統(tǒng)的(中國)能量效率［系統(tǒng)的能量效率］=［組件發(fā)電能量×組件數(shù)/組件平面輻射量×組件總面積］×［組件進(jìn)入逆變器DC能量/總組件發(fā)電能量］×［逆變器輸出AC能量/組件進(jìn)入逆變器DC能量］;

即系統(tǒng)能效=組件能效×組件串并損失×逆變能效；

這里最重要的是組件能效組件的能量效率［組件能量效率］=［總組件發(fā)電能量］/

［總組件表面上輻射能量］組件發(fā)電能量kWh和組件表面太陽輻射量kWh/m2用自行設(shè)計(jì)和標(biāo)定的”測試組件”和專門儀器現(xiàn)場可方便測出

：

采用推薦的技術(shù)之天津案例：

天津在2012-7-2測出日輻射量5.99kWh/m2,用（和廣東規(guī)格基本

相同）標(biāo)稱235W常州天合組件當(dāng)日發(fā)電能量1.15kWh/組件,

組件能量效率

ηE=1.15/5.99×1.636=11.7%（見下頁）

它的STC標(biāo)稱功率效率

ηS=235W/1kW/m2×1.636m2=14.3%

它的PHOTONPR=0.818；各種氣象條件下235W組件(天津)能量效率日

期2012-8-1太

陽

輻

射

量0.347kWh/m2（陰雨天）組件發(fā)電能量65.146Wh

組件能量效率11.5%2012-7-310.506kWh/m2（陰雨天）101.4Wh12.2%2012-7-261.687kWh/m2(陰天)337.9Wh12.2%2012-8-52.83kWh/m2（晴轉(zhuǎn)陰）574.2Wh12.4%2012-7-133.65kWh/㎡(陰轉(zhuǎn)晴)725.9Wh12.1%2012-8-204.08kWh/m2(晴轉(zhuǎn)陰)804.4Wh

12.1%2012-7-235.808kWh/m2(晴天)1141.3Wh12.0%2012-7-25.99kWh/m2（晴天）1150.7Wh11.7%2012-9-36.63kWh/m2（少見晴天）1306.0

Wh12.0%2012-9-286.77kWh/m2（少見晴天）

1424,3Wh12.9%多晶硅和非晶硅組件能量效率與季節(jié)的關(guān)系

從2007年12月至2010年5月；晶硅能效峰值（紅）在冬季而非晶硅能效峰值（藍(lán)）在夏季按新定義：廣東的能量效率按上式，100kW電站(廣東)的能量效率:

ηE=525.4kWh(AC)/<683kWh(DC)>0.77;

PR=525.4/683=0.77組件串并聯(lián)能量損失率=進(jìn)入逆變器的

日DC能量（實(shí)測功率的積分）

/同時(shí)間間隔組件方陣日發(fā)電能量=564.47/<683>0.82

(組件方陣的標(biāo)稱理想日發(fā)電能量=4678.7kWh×14.6%=683kWh要大于實(shí)

際發(fā)電能量，

因現(xiàn)場無實(shí)測組件方陣的當(dāng)天發(fā)電能量數(shù)據(jù))

逆變器的能量效率=525.4kWh(AC)/564.47kWh(DC)=0.93注意：方陣DC標(biāo)稱理想能量>組件實(shí)際發(fā)電能量>進(jìn)入逆變器的DC能量

組件實(shí)際發(fā)電能量kWh用本技術(shù)可容易解決。

說明*1.儀器直接顯示發(fā)電能量或從電腦中讀出發(fā)電能量kWh,

*2.在方陣中選出有代表性的組件經(jīng)過標(biāo)定做［測試組

件］，用它測發(fā)電能量同時(shí)可測出太陽輻射量kWh/m2

方法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

說明評(píng)論1.功率法實(shí)測直流側(cè)功率并外推到STC電站可相互比較STC裝機(jī)容量功率與能量無直接聯(lián)系國內(nèi)普遍采用2.歐美PR法用標(biāo)稱組件STC功率效率和實(shí)測輻射量計(jì)算DC側(cè)理想發(fā)電能量可得到系統(tǒng)標(biāo)稱能量效率把功率效率和能量效率等同歐美普遍采用3.能量效率法：用專門設(shè)計(jì)標(biāo)定的能量儀和”組件”現(xiàn)場實(shí)測發(fā)電能量和輻射量可得到系統(tǒng)實(shí)際能量效率用［測試組件］法直觀*，方便*總結(jié)：三種評(píng)估方法的比較結(jié)束語1.國內(nèi)系統(tǒng)評(píng)估的大多數(shù)是裝機(jī)容量kW;2.NREL