高海拔荒漠地区光伏系统发电量受光照强度的影响分析

摘要：在高海拔荒漠地区，采集两个光伏电站的发电数据，绘制一年中每月的发电量、月平均利用小时、月累计辐照度之间的曲线图，对比分析三者之间的关系，结果表明，不同光伏电站，三者关系呈正相关，三者曲线走势基本一致。在该地区搭建实验平台，利用光照强度检测仪和功率记录仪，采集光照强度和光伏组件的实际功率，通过MATLAB软件绘制两者的曲线图，结果表明，无论是光伏电站还是光伏组件，光照强度对其影响基本一致，且光照强度与发电量关系呈高度正相关。

关键词：高海拔;光伏电站;光照强度;辐照度;正相关

0 引言

国家能源局下发的《太阳能发展“十三五”规划》中指出：在青海、内蒙古等高海拔地区（太阳能资源好、土地资源丰富），充分建设太阳能发电基地，其中青海省2020年光伏发电建设规模达1 000万kW。青海省大部分市区属于高海拔荒漠地区，地缘辽阔，无遮挡光伏电池板的树木或建筑物，空气稀薄，云量少，透明度高，太阳能辐射度高，日照时间长，太阳能、土地资源优势明显。天然的优势为光伏电站的建设提供了有力保障[1]。

随着光伏电站装机容量的扩大，高海拔荒漠地区的特殊环境因素对发电量的影响亟待研究[2]，本文采集了位于高海拔荒漠地区的锡铁山电站、乌兰电站的相关发电数据，对比分析了一年中两个电站的每月发电量、月平均利用小时、月累计辐照度的关系。为了验证光照强度对光伏组件和对整个光伏系统的影响是否一致，在高海拔荒漠地区搭建实验平台，以每分钟为采样单位，采集每天的光照强度和光伏组件发电量数据，并用MATLAB编程处理庞大的数据，绘制两者的曲线图，结果表明，无论是光伏电站还是光伏组件，高海拔荒漠地区的光照强度对其影响基本一致，无论是月累计辐照度还是每天的光照强度，都与相对应的发电量曲线走势高度一致，呈正相关，这也表明辐照度是发电量非常重要的影响因素。

1 光伏电站数据分析

高海拔荒漠地区的锡铁山电站和乌兰电站在一年中的月发电量、月平均利用小时与月累计倾角辐射量之间的曲线图如图1所示，2个电站的曲线走势具有统一的共性。

由图1可得出以下结论：

（1）2个电站均在3月份发电量最大，从环境角度分析，3月份高海拔地区天气晴朗，光照强度高，温度适宜，由于2月份的雨雪冲刷，组件的清洁度较好，因此组件光电转换效率较高，3月发电量在全年中最大。

（2）在一年发电周期内月发电量和月累计倾角辐射量的关系基本呈正相关，但在5月份，月累计倾角辐射量较高，月发电量却较低。原因在于光伏组件输出功率主要受光照强度和温度的影响，在5月份虽然月累计倾角辐射量较高，但温度也很高，严重制约着组件光电转换效率，导致月发电量下降。

（3）在后半年，发电量基本保持平稳，没有太大浮动。在7月和8月，雨水天气较多，光照强度有所下降，且环境温度较高;而9月和10月环境温度相对前两个月有所下降，但9月和10月多发生沙尘暴天气，光伏组件表面的清洁度较差，组件接收到的辐照度随之降低;11月至2月，雨雪天气多，易在组件表面形成灰尘和积雪，一方面光照强度有所下降，另一方面造成热板效应，组件温度有所上升，因此考虑光照强度和环境温度的共同作用，光伏电站的发电量在后半年基本保持平稳。

（4）月平均利用小时与月累计倾角辐射量的曲线走势基本一致。虽然平均利用小时数的影响因素较多[3]，但通过图1进一步说明了辐射量是平均利用小时数的重要影响因素之一。

2 光伏组件实验数据分析

利用搭建的实验平台和记录仪，每隔1 min采集一次光伏组件的实际发电功率和光照强度，其中抽取了具有代表性一天的数据，并用MATLAB软件绘制两者的曲线图。如图2所示。为了保证数据的有效性，图2曲线是由一天中08：00—18：00的数据构成，共计600个。

从图2可以看出，实际发电功率与光照强度的曲线走势一致，但是在时间上有些错位，这是由于光照强度检测仪与功率记录仪之间在记录上存在时间差，补偿时间差后，不难看出两者的曲线走势一致，光伏组件实际发电功率随光照强度的变化而变化，光照强度对其实际发电功率的影響颇大。

3 结语

（1）在高海拔荒漠地区，不管是光伏电站还是光伏组件，光照强度始终是光伏电站和光伏组件发电量的主要影响因素。月发电量、月平均利用小时与月累计倾角辐射量的曲线走势基本一致，三者关系呈正相关，说明光伏电站发电量除了受辐照度的影响外，还与平均利用小时密切相关。

（2）不同月份光伏电站的发电量受环境因素和组件表面清洁度的影响，通过分析2个电站一年中的发电量情况，可以看出3月份电站发电量最大，后半年发电量趋于稳定，可根据这个规律，合理调度月上网发电计划，提高电站效益。

[参考文献]

[1] 李柯，何凡能.中国陆地太阳能资源开发潜力区域分析[J].地理科学进展，2010，29（9）：1049-1054.

[2] 马岩岩，高德东，王珊，等.高海拔荒漠地区硅电池板输出电流预测模型研究[J].电网与清洁能源，2016，32（6）：153-158.

[3] 肖黎明.设备衰减率对太阳能光伏发电利用小时数的影响分析[J].华电技术，2017，39（12）：67-69.

收稿日期：2020-07-20

作者简介：马岩岩（1991—），女，安徽阜阳人，硕士研究生，研究方向：光伏发电预测模型。