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(xiàng)目可行性評(píng)估中，對(duì)光伏電站的發(fā)電量進(jìn)行估算具有非常重要的意義，因?yàn)檫@將直接影響到項(xiàng)目的收益預(yù)期。目前系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員常用軟件來(lái)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(jì)算隨后24年發(fā)電量。 　　1、前言 　　由于全球的能源危機(jī)問(wèn)題，風(fēng)能、太陽(yáng)能等資源豐富的新能源逐漸占有重要的地位。世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在近幾年里保持持續(xù)高速增長(zhǎng)，到2012年世界光伏發(fā)電累積裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到102GW，并且成為增長(zhǎng)速度最快的發(fā)電技術(shù)，光伏發(fā)電在20多個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)平價(jià)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(huì)逐漸的逼近傳統(tǒng)的火力發(fā)電成本，同時(shí)隨著儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展，屆時(shí)，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(diǎn)將會(huì)在世界各地更普遍的應(yīng)用開來(lái)。 　　在整個(gè)光伏系統(tǒng)應(yīng)用市場(chǎng)里，目前并網(wǎng)光伏系統(tǒng)占有絕對(duì)主導(dǎo)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(yīng)設(shè)備性能成本的不斷研發(fā)進(jìn)步以及各國(guó)政府在政策方面的積極推進(jìn)。 　　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(shí)際的應(yīng)用大體上分為并網(wǎng)系統(tǒng)和獨(dú)立系統(tǒng)，由于并網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)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(shí)，由于系統(tǒng)規(guī)模和場(chǎng)合條件的不同，并網(wǎng)系統(tǒng)也有多種系統(tǒng)形式，本文對(duì)發(fā)電量的評(píng)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(gè)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(jiǎn)圖 　　整個(gè)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(guò)直流線路匯流后通過(guò)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(jìn)行一次升壓到中壓后，在中壓交流線路上進(jìn)行匯流后再進(jìn)行二次集中升壓，最后接入電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)。 　　根據(jù)圖示，通常在產(chǎn)權(quán)點(diǎn)會(huì)安裝一個(gè)有效的電能計(jì)量表對(duì)光伏電站發(fā)電量進(jìn)行計(jì)量，這是最為準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。根據(jù)最初幾年的計(jì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析修正，可以較為準(zhǔn)確的預(yù)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(xiàng)目前期比較準(zhǔn)確的預(yù)估光伏電站的發(fā)電量，除了對(duì)光伏電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有深刻的了解外，也必須對(duì)主要的設(shè)備性能參數(shù)有很深刻的了解。同時(shí)，如果要對(duì)發(fā)電量進(jìn)行更長(zhǎng)年限的預(yù)估時(shí)，則必須全面考慮長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)外界環(huán)境因素的影響和電站運(yùn)營(yíng)狀況的預(yù)估。 　　分析第一年光伏電站的發(fā)電量估算時(shí)，通常需要考慮的損耗因素如下： 　　⑴傾斜面太陽(yáng)光輻照量修正； 　　⑵組件表面灰塵等異物擋光的影響； 　?、菧囟葘?duì)光伏組件輸出的影響； 　?、裙夥M件的自身衰減； 　?、山M串內(nèi)組件的匹配損失； 　?、史疥嚽昂笈胖g的陰影遮擋損失； 　　⑺直流線路損失； 　?、棠孀兤鬓D(zhuǎn)換效率損失； 　　⑼本地變壓器損耗； 　　⑽交流線路損失； 　?、现髯儔浩鲹p耗； 　?、须娬咀杂秒姄p耗； 　?、淹C(jī)時(shí)間損失； 　　通常采用PVSYST軟件模擬發(fā)電量時(shí)，沒有考慮自用電和停機(jī)時(shí)間的損耗，只是考慮其它因素的一個(gè)綜合數(shù)據(jù)。 　　分析后面24年的光伏電站發(fā)電量時(shí)，運(yùn)營(yíng)管理是最主要的影響因素，但預(yù)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(shí)際中，光伏組件在制造出來(lái)后就一直處于衰減的狀態(tài)，不過(guò)在包裝內(nèi)未見光時(shí)衰減非常慢，一旦開始接受太陽(yáng)光照射后，衰減會(huì)急劇加快，衰減一定比例后逐漸穩(wěn)定下來(lái)，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(yáng)能多晶硅組件的25年衰減保證當(dāng)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(qiáng)有著直接的關(guān)系，因此在第一年內(nèi)，在平均光強(qiáng)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(shí)際上，一個(gè)光伏電站從組件開始安裝到最后開始并網(wǎng)發(fā)電這個(gè)時(shí)間跨度都是不一定的，到開始計(jì)量發(fā)電量的時(shí)候，組件可能已經(jīng)進(jìn)行了一定比例的衰減了，為了減小實(shí)際情況與理論估算的誤差，除了在質(zhì)保起始時(shí)間做要求外，一般組件在出廠時(shí)都會(huì)有一定比例的正功率偏差，這個(gè)正功率偏差可以覆蓋一部分由于一些人為因素導(dǎo)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(jì)算上，發(fā)電量模擬計(jì)算的額定功率起始點(diǎn)可以等同于光伏組件出廠時(shí)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(jì)算事實(shí)上是光伏電站實(shí)時(shí)輸出功率與時(shí)間的函數(shù)積分，如圖5-1所示， 圖5-1 光伏發(fā)電功率-時(shí)間曲線示意圖 　　為了便于計(jì)算，通常將上圖等效為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的輸出功率與峰值日照小時(shí)數(shù)的矩形圖，如圖5-2所示， 圖5-2 光伏發(fā)電功率-時(shí)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(shí)間H×365天，其中等效功率P′在實(shí)際一天當(dāng)中是一個(gè)波動(dòng)的數(shù)值，計(jì)算公式可用下式（式5-1）表示， 　　等效功率P′=額定裝機(jī)功率P×系統(tǒng)綜合效率η（式5-1） 　　為便于計(jì)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(jī)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(jī)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(shí)間H×365天，在25年期限中，除了組件平均效率η1，其它項(xiàng)的乘積可視為一個(gè)不變的常數(shù)Q，則最終的表達(dá)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(gè)正功率偏差可以覆蓋一部分由于一些人為因素導(dǎo)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(jì)算上，發(fā)電量模擬計(jì)算的額定功率起始點(diǎn)可以等同于光伏組件出廠時(shí)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(yáng)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(shí)，系統(tǒng)效率里是沒有考慮電站自用電和停機(jī)時(shí)間這兩項(xiàng)的，但是不影響根據(jù)第一年的估算值來(lái)計(jì)算后面24年的預(yù)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(shí)，如果在Detailed losses中Module efficiency loss設(shè)定為1.5%，則表示第一年計(jì)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(yù)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(gè)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(shí)際運(yùn)行當(dāng)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(shí)際運(yùn)行當(dāng)中的損耗因素影響程度，然后對(duì)估算的發(fā)電量進(jìn)行修正具有非常重要的意義。