淺析光伏電站發(fā)電量與光伏組件衰減的關(guān)系

摘 要：在光伏電站建設(shè)前期的項目可行性評估中，對光伏電站的發(fā)電量進行估算具有非常重要的意義，因為這將直接影響到項目的收益預期。目前系統(tǒng)設(shè)計人員常用軟件來模擬第一年的發(fā)電量，本文將基于第一年估算的發(fā)電量，并試圖計算隨后24年發(fā)電量。 　　1、前言 　　由于全球的能源危機問題，風能、太陽能等資源豐富的新能源逐漸占有重要的地位。世界太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在近幾年里保持持續(xù)高速增長，到2012年世界光伏發(fā)電累積裝機容量已經(jīng)達到102GW，并且成為增長速度最快的發(fā)電技術(shù)，光伏發(fā)電在20多個國家實現(xiàn)平價上網(wǎng)。 　　隨著核心器件光伏組件的技術(shù)不斷突破，效率不斷提升，光伏發(fā)電系統(tǒng)的度電成本會逐漸的逼近傳統(tǒng)的火力發(fā)電成本，同時隨著儲能技術(shù)的不斷發(fā)展，屆時，光伏發(fā)電系統(tǒng)由于它的系統(tǒng)規(guī)模隨意、安裝要求門檻低等優(yōu)點將會在世界各地更普遍的應用開來。 　　在整個光伏系統(tǒng)應用市場里，目前并網(wǎng)光伏系統(tǒng)占有絕對主導的地位，皆依賴于并網(wǎng)光伏技術(shù)的不斷發(fā)展成熟、相應設(shè)備性能成本的不斷研發(fā)進步以及各國政府在政策方面的積極推進。 　　2、光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理 　　由于光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)實際的應用大體上分為并網(wǎng)系統(tǒng)和獨立系統(tǒng)，由于并網(wǎng)系統(tǒng)應用所占的份額較大，本文著重分析并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電量估算。 　　同時，由于系統(tǒng)規(guī)模和場合條件的不同，并網(wǎng)系統(tǒng)也有多種系統(tǒng)形式，本文對發(fā)電量的評估是按較大規(guī)模的光伏電站作為模型，且光伏電站所處的環(huán)境條件比較好。 　　圖2-1為一個典型的大型地面電站的發(fā)電原理框圖。 圖2-1 大型電站發(fā)電原理簡圖 　　整個系統(tǒng)主要由光伏方陣和交（直）流輸變電組成，光伏方陣輸出的直流電經(jīng)過直流線路匯流后通過逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)椴ㄐ我?guī)則、頻率穩(wěn)定的交流電，然后就地進行一次升壓到中壓后，在中壓交流線路上進行匯流后再進行二次集中升壓，最后接入電網(wǎng)進行并網(wǎng)。 　　根據(jù)圖示，通常在產(chǎn)權(quán)點會安裝一個有效的電能計量表對光伏電站發(fā)電量進行計量，這是最為準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。根據(jù)最初幾年的計量統(tǒng)計數(shù)據(jù)對模擬數(shù)據(jù)進行分析修正，可以較為準確的預估今后的發(fā)電量。 　　3、光伏電站發(fā)電量損耗因素分析 　　要在項目前期比較準確的預估光伏電站的發(fā)電量，除了對光伏電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有深刻的了解外，也必須對主要的設(shè)備性能參數(shù)有很深刻的了解。同時，如果要對發(fā)電量進行更長年限的預估時，則必須全面考慮長時間內(nèi)外界環(huán)境因素的影響和電站運營狀況的預估。 　　分析第一年光伏電站的發(fā)電量估算時，通常需要考慮的損耗因素如下： 　　⑴傾斜面太陽光輻照量修正； 　　⑵組件表面灰塵等異物擋光的影響； 　　⑶溫度對光伏組件輸出的影響； 　　⑷光伏組件的自身衰減； 　　⑸組串內(nèi)組件的匹配損失； 　?、史疥嚽昂笈胖g的陰影遮擋損失； 　?、酥绷骶€路損失； 　?、棠孀兤鬓D(zhuǎn)換效率損失； 　?、捅镜刈儔浩鲹p耗； 　　⑽交流線路損失； 　　⑾主變壓器損耗； 　　⑿電站自用電損耗； 　　⒀停機時間損失； 　　通常采用PVSYST軟件模擬發(fā)電量時，沒有考慮自用電和停機時間的損耗，只是考慮其它因素的一個綜合數(shù)據(jù)。 　　分析后面24年的光伏電站發(fā)電量時，運營管理是最主要的影響因素，但預估性差，通常假定其與其它因素不發(fā)生變化，只是考慮光伏組件自身的衰減。 　　4、光伏組件功率的衰減分析 　　在實際中，光伏組件在制造出來后就一直處于衰減的狀態(tài)，不過在包裝內(nèi)未見光時衰減非常慢，一旦開始接受太陽光照射后，衰減會急劇加快，衰減一定比例后逐漸穩(wěn)定下來，如圖4-1所示的第一年衰減曲線模型示意圖： 圖4-1 光伏組件第一年衰減曲線模型 　　圖4-1中第一年3%的總衰減數(shù)據(jù)取自正泰太陽能多晶硅組件的25年衰減保證當中，其25年衰減保證如圖4-2所示， 圖4-2 光伏組件衰減曲線 　　從圖4-2中可以看出第一年光伏組件最大衰減值為3%，后面24年每年衰減值為0.7%。 　　由于初始階段的衰減與光強有著直接的關(guān)系，因此在第一年內(nèi)，在平均光強條件下，基本上前期呈現(xiàn)急劇衰減，后期逐漸平穩(wěn)的狀態(tài)。但是實際上，一個光伏電站從組件開始安裝到最后開始并網(wǎng)發(fā)電這個時間跨度都是不一定的，到開始計量發(fā)電量的時候，組件可能已經(jīng)進行了一定比例的衰減了，為了減小實際情況與理論估算的誤差，除了在質(zhì)保起始時間做要求外，一般組件在出廠時都會有一定比例的正功率偏差，這個正功率偏差可以覆蓋一部分由于一些人為因素導致的組件在沒有發(fā)電的情況下的一些衰減損耗。 　　所以在理論計算上，發(fā)電量模擬計算的額定功率起始點可以等同于光伏組件出廠時的額定功率，而且一年內(nèi)組件的衰減可視為線性衰減。 　　5、光伏電站發(fā)電量的估算 　　光伏電站年發(fā)電量計算事實上是光伏電站實時輸出功率與時間的函數(shù)積分，如圖5-1所示， 圖5-1 光伏發(fā)電功率-時間曲線示意圖 　　為了便于計算，通常將上圖等效為標準光強下的輸出功率與峰值日照小時數(shù)的矩形圖，如圖5-2所示， 圖5-2 光伏發(fā)電功率-時間等效矩形圖 　　所以每年的光伏電站發(fā)電量Q=等效功率P′×峰值日照時間H×365天，其中等效功率P′在實際一天當中是一個波動的數(shù)值，計算公式可用下式（式5-1）表示， 　　等效功率P′=額定裝機功率P×系統(tǒng)綜合效率η（式5-1） 　　為便于計算光伏電站25年的發(fā)電量，可將式5-1表述為式5-2，如下 　　等效功率P′=額定裝機功率P×組件平均效率η1×系統(tǒng)其它損失因素綜合效率η2（式5-2） 　　綜合上述，光伏電站年發(fā)電量Q=額定裝機功率P×組件平均效率η1×系統(tǒng)其它損失因素綜合效率η2×峰值日照時間H×365天，在25年期限中，除了組件平均效率η1，其它項的乘積可視為一個不變的常數(shù)Q，則最終的表達式為光伏電站年發(fā)電量Q=Q×組件平均效率η1（式5-3）。 　　組件平均效率η1——（年初組件額定容量比例+年末組件額定容量比例）/2 　　比例的正功率偏差，這個正功率偏差可以覆蓋一部分由于一些人為因素導致的組件在沒有發(fā)電的情況下的一些衰減損耗。 　　所以在理論計算上，發(fā)電量模擬計算的額定功率起始點可以等同于光伏組件出廠時的額定功率，而且一年內(nèi)組件的衰減可視為線性衰減。 　　綜上所述，以正泰太陽能多晶硅組件的衰減保證為例，25年的年組件平均效率如下表所示： 　　如采用PVSYST軟件估算光伏電站第一年發(fā)電量時，系統(tǒng)效率里是沒有考慮電站自用電和停機時間這兩項的，但是不影響根據(jù)第一年的估算值來計算后面24年的預估發(fā)電量。根據(jù)前面的表述，用PVSYST估算第一年發(fā)電量時，如果在Detailed losses中Module efficiency loss設(shè)定為1.5%，則表示第一年計算的組件平均效率為98.5%，則第二年估算發(fā)電量為第一年的98.12%，第三年為第一年的97.41%，第四年為第一年的96.70%，依次例推，可以看出從第二年開始，后面每年的預估發(fā)電量約在前一年的基礎(chǔ)上減少0.7%。 　　6、 總結(jié) 　　根據(jù)以上的推算大致得出以下結(jié)論：在其它因素不變的情況下，一個光伏電站的發(fā)電量大致跟光伏組件的衰減呈同比關(guān)系。然而，實際運行當中，組件表面的清潔、設(shè)備的故障率、電站的管理是影響后期電站發(fā)電量的主要因素，記錄電站實際運行當中的損耗因素影響程度，然后對估算的發(fā)電量進行修正具有非常重要的意義。