光伏电站影响因素及发电量分析验证方法的探讨

广州市宁大新能源科技有限公司 柯学进

大力开发太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等多种新能源及可再生能源利用技术将成为减少环境污染的重要措施之一。特别是随着光伏“5.31”新政策的出现而造成的影响，在国家取消光伏发电的“度电补贴”前提下，如何准确测算一个光伏电站投资内部收益率、评估一个项目是否具有投资的可行性，最重要的方法是准确、快速、高效去预测光伏项目投产后1～25年的最终发电量。

1 影响光伏发电的各种因素

1.1 光伏电站地理位置及辐射度

对于光伏发电而言，目前最新的定义是根据太阳年曝辐射量的大小，可将中国划分为4个太阳能资源带：Ⅰ类资源丰富带＞1700kWh/m2、Ⅱ类资源较富带1500～1700kWh/m2、Ⅲ类资源一般带1200～1500kWh/m2、Ⅳ类资源贫乏带＜1200kWh/m2。通过图1可看出，在相同情况下选址在总辐射量较优的Ⅰ、Ⅱ类资源丰富带，光伏电站整体发电量更高。

1.2 光伏设备的选型

光伏设备主要包括光伏组件和逆变器：光伏组件又分为多晶硅组件和较为高效的单晶硅组件，而逆变器又分为组串式逆变器和集中式逆变器，像中国西北部地区由于可利用的荒漠地面较多，土地租金便宜，同时安装光伏阵列较为集中，更优先采用单瓦价格便宜的多晶硅组件和集中式逆变器；与之相反的是沿海经济较为发达的珠三角、长三角地区，由于屋顶租金成本高、安装区域较为分散，更倾向于采用高效的单晶硅组件和组串式逆变器。

1.3 系统整体效率

影响光伏系统效率相对前面的影响因素而言较为综合、复杂，其贯穿到电站从设计、施工、维护全过程，综合归纳这以下几点[1]：

组件温度特性。随着组件电池片内部温度的增加，开路电压下降，在20～100℃范围内大约每升高1℃每块电池的电压片减少2mV，而电流随温度的增加略有上升。总的来说，典型功率温度系数一般为－0.35%/℃，即电池温度每升高1℃则输出功率下降0.35%；功率衰减。指随着运行时间的增加组件输出功率逐年下降。组件衰减与组件自身特性有关，其衰减现象可大致分为三类：破坏性因素导致的组件功率骤然衰减、组件初始的光致衰减、组件的老化衰减；组件安装方式。同一地区组件不同安装倾角和朝向的辐射量也不一样，倾角面辐射量可通过调整组件倾角（采用固定可调式支架）或加装跟踪设备（架采用跟踪式系统支架）来增加；组串并联匹配。组串串联失配是由于组件的电流差异造成电流损失，组串并联失配是由于组串的电压差异造成电压损失。根据要求组件串联失配损失最高不应超过2%。

图1 国内太阳太阳年均辐射量区域图

组件表面遮挡程度。组件表面遮挡包括灰尘、积雪、杂草、树木及其他建筑物阴影等的遮挡，遮挡会降低组件接收到的辐射量，组件电池片形成电阻吸收功率，从而引起输出功率下降，严重时会导致热斑；逆变器容量配比。指逆变器的输出额定功率与组件的装机容量的比例。由于光伏组件的发电量输送到逆变器会有很多损耗，且逆变器、变压器等设备大部分时间是不能达到满负荷运转的，因此光伏组件容量应略大于逆变器额定容量；设备系统运行稳定性。光伏电站的设备故障停机会直接影响电站的发电量，如组件、逆变器、变压器等设备若发生长期故障停机，将造成的损失电量是巨大的。另外设备不在最佳性能状态运行也会造成电量损失的出现；电网消纳率。设计上应考虑电网消纳率的制约因素，避免因电网限发而导致调度要求光伏电站限功率运行；定期维护。定期维护检修是电站必须运维的主要工作，电站的良好运行可减少不必要的电量损失。结合自身情况合理制定定检计划、合理提升巡检的工作效率，可减少电站因正常维护检修而损失的发电量。

2 发电量预测及模拟分析

2.1 发电量预测

2.1.1 光伏发电站发电量

根据《GB 50797光伏发电站设计规范》，光伏发电站发电量为Ep=HA×PAZ/ES×K，式中HA为当地水平面太阳能总辐照量（kWh/m2，峰值小时数）；ES为发电量（kWh）；PAZ为组件装机容量（kWp）；K为综合效率。综合效率系数K包括光伏组件类型修正系数、方阵的倾角、朝向修正系数、光伏发电系统可用率、光照利用率、逆变器效率、集电线缆损耗、升压变压器损耗、光伏组件表面污染修正系数、光伏组件转换效率修正系数[2]。

综上所述，系统综合效率系数K等于上述各部分效率的乘积，即K=η1×η2×……×η8。其中η1为光伏组件类型修正系数，一般晶体硅电池取0.98；η2为光伏方阵的倾角、方位角修正系数，取值范围50%～100%，见表1所示；η3为光伏发电系统可用率，根据经验一般取96.4%；η4为光照利用率，光伏系统设计符合相关设计标准，满足在项目地点太阳时上午9时至下午15时内无阴影遮挡，因此取0.98～1.0，一般取0.99；η5为逆变器整体系统效率，一般选取的组串式逆变器效率为98%，集中式逆变器为97.6%；η6为集电线缆效率修正系数，按设计要求线路损耗小于3%，即集电线缆效率约为97%；η7为光伏组件表面脏污程度修正系数，参考以往经验，一般取95%；η8为光伏组件运行效率修正系数，综合考虑所选用组件的温度系数、组件失配损失等因素，此处选取光伏组件转换效率修正系数93%。

2.1.2 系统发电量的衰减

光伏组件的输出功率在光照及常规大气环境中使用会有衰减，根据晶硅太阳电池组件性能测试数据可知，其衰减率最大极限按系统25年输出功率衰减共20.0%计算，其中多晶硅综合年均衰减率ɑ1=2.5%，ɑ(2-25)=0.8%；单晶硅综合年均衰减率ɑ1=1.5%，ɑ(2-25)=0.7%。故 有Ep=HA×PAZ/ES×K×(1-(N-1)×ɑ)，式中N为光伏电站投产运行第N年。

2.2 发电量模拟分析

2.2.1 不同倾角与朝向利用系数的分析

不同倾角与朝向的光伏方阵主要集中体现在分布式发电项目，特别在我国珠三角、长三角等用电量较大城市，受制于屋顶可安装面积有限、区域分散、单块容量小、设计人员水平参差不齐、周围情况较复杂等制约因素，故本文主要是以珠三角地区为模拟、分析对象。

采用Klien和Theilacker提出的计算倾斜面上月平均太阳辐照量的方法：倾斜面上的太阳辐射总量由直射太阳辐射量、天空散射辐射量和地面反射辐射量三部分组成，并认为天空散射辐射量是均匀分布的[3]。（kWh/m2/day），其中H为水平面的总辐射量，Hd为水平面的散射量；θ为光电板倾角；ρ为地物表面的反射率，在工程计算中一般取0.2，有雪覆盖的地面取0.7，Rb为倾斜面与水平面的直射量之比。计算机仿真模拟分析结果如图2。

图2 不同朝向与倾角利用系数分析图

表1 珠三角地区综合不同倾角与朝向利用系数表

表2 255.4kWhp光伏系统发电系统分析表

2.2.2 案例电站整体发电效率模拟与分析

本文选取广东省韶关市乳源市255.4kWp分布式光伏发电项目进行发电效率的模拟与分析，该项目选用型号YL270-29的多晶硅块组件共946块，50kW组串式逆变器共5台，低压侧380V并网，正向朝南安装，安装角度为18°。依据公式计算PR=76.5%。现采用美国版PVSYS V6.87专用软件对综合发电效率模拟结果见表2，其中GlobHor为水平面总体照射量、GlobEff为有效的阴影和立面遮挡量、DiffHor为水平面漫射照射量、EArray为阵列输出的有效能量、T Amb为环境温度影响量、E_Grid为注入电网的电量、GlobInc为电池板总体故障、PR为系统效率。通过分析结果与分析可知，总体的发电效率PR=76.8%，与发电量测算公式计算结果基本吻合。

表3 255.4kWhp光伏发电量对比统计表

3 案例发电量预测与实际发电的验证分析

发电量的统计数据。本文选取的光伏电站地点位于广东省韶关市乳源市，总装机容量为255.4kWp，选用正向朝南最佳倾角18度安装方式。选取该电站主要原因为空气质量较优，周边无工厂污染源，四周无高大建筑、高山、电杆等障碍物，有效地排除人力因素的干扰，从而提高验算的可靠度。本次收集该电站三年的实际运行发电量数据，通过与测算发电量数据对比如表3。

实际发电与测算发电量分析。通过以上数据可看出，电站3年内从1～12月份实际发电量明显存在一定的线性关系，可通过线性回归方式进行综合分析，以验证预测发电量与实际发电量存在一定的修正比例（图3）。通过分析结果可知，针对广东省地区，根据《GB 50797光伏发电站设计规范》里基本公式测算的发电量，在线性回归曲线图中R值越接近1，其线性相关越强、组合度就越高，但仍与实际发电量存在一定差异，需考虑性线修正系数，从图3中可看出3年的实际发电趋势曲线相似，故修正系数基本接近；该系数定义为实际发量修正系数，用符号R表示；通过选取第2、3年发电量为最有价值数据进行分析计算得出R∈[0.97，0.99]。

图3 255.4kWhp光伏发电量线性回归分析图

综上，相同装机容量的并网分布式光伏电站即使安装在相邻位置，由于受到倾角、朝向等不同因素的影响其发电量也会不同。故对相同装机容量的并网光伏电站的发电量进行预测，需仔细对每一个影响到光伏电站发电的因素进行分析、找出其差异性，才能准确预测光伏电站实际的发电量，为项目进行投资收益评估提供可靠的依据。