淺談光伏電站發電性能評價指標(溫度方向)
綜合(4)和(5)式可得電池片結溫的最終計算公式:
SunPower公司研究人員Timothy Dierauf和NREL實驗室在基于Sandia模型的基礎上得出了PR溫度修正系數:
其中Tcell-sim-avg為以電站方陣平面接受輻射能量為權重的組件加權平均工作溫度,一般以一年為計算周期。因此高輻照的權重因子將比低輻照下的權重因子高,當輻照為0時,權重因子就變為0【4】【5】。
如果組件的加權平均工作溫度不以年為單位進行計算,比如計算周期就1天,那么PR和CPR的值是幾乎相同的。如表3列舉的數據,如果以某冬季某一天的加權平均溫度計算,則CPR和PR都為93%,但如果以一年的電池加權平均溫度42°計算,那么PR和CPR就會出現差異,PR值會偏高。
表3 不同計算周期下Tcell加權平均工作溫度對CPR結果的影響
CPR的計算步驟參考如下【4】:
①:以戶外方陣平面輻照度的采集時間間隔為最小計算時間單位,比如數據5分鐘采集一次。環境監控儀采集環境溫度和風速數據,通過式(6)可計算每個采集時間點對應的電池片工作溫度。
②:計算一年內的組件加權平均工作結溫。
③:使用式(7)溫度修正系數并以數據采集間隔5分鐘為步長,計算理論發電量,參考式(9):
步長Tstepi以小時為單位,如5分鐘,則為5/60(h)。
④:統計計算周期內的所有理論發電量之和,實際發電量除以該值即為CPR。
為了較準確地表征一個電站的CPR,輻照度、環境溫度和風速的采集設備盡量做到準確連續,數據不中斷。測試收集的周期最好為1年,電池片的結溫計算的時間間隔最好不要超過1個小時,因為1小時內溫度可能波動很大。
3.不同溫度補償法的結果比較
運用上述CPR的各種修正方法,以某電站冬季某一天的發電為算例進行比較,圖2為某一天各個不同溫度修正方法的CPR和PR的比較,Weighted Temp STC法是在標準補償法的基礎上,Tcell是采用輻射能量為權重的組件加權平均工作溫度。從結果可知,冬季PR值明顯偏高,Sunpower法計算的CPR值較小,盡管STC法和NOCT法均修正到STC條件25℃,但值仍然偏高。
圖2 基于不同溫度修正方法的CPR和PR比較
4.基于環境溫度的不同電池片溫度的計算方法比較
電池片溫度的計算對于溫度修正系數非常重要,除上述介紹的NOCT法、Sandia經驗公式法外,文獻【3】提到的還有一種方法和NOCT法比較相似,稱為Text Book法,不同之處是增加了風速影響因子,其公式為:
由于缺少實際測試數據,這里對上述三種計算方法進行簡單比較,計算周期從冬季某日上午8點03分開始到16點18分結束,參考圖3,原始環境溫度和輻照數據從軟件中獲取了100個采集點(時間間隔5分鐘),其中數據的準確度可能和實際有點誤差,但這里并不影響各個方法的比較。從圖3計算結果可知,總體上NOCT法計算的值比Sandia法和Text Book法計算值要大一些,根據文獻【3】實測對比的結論,Text Book法計算的溫度和實際測試溫度偏離程度僅為4%左右,準確度較高,其次為Sandia法,但兩者計算值和實際值的偏離程度均在容許范圍之內。
圖3 電池片溫度計算方法對比(冬季某一天8:03-16:18)
5.結束語
PR是光伏電站發電性能評價的重要指標,根據IEC 61724標準規定的PR值計算方法不能絕對地直接表征不同地區光伏電站的優劣性,文中對國際上基于溫度修正方法的CPR進行了總體介紹,不同的修正方法得到的修正值也不相同。通過比較,基于Sandia環境溫度模型的Sunpower法CPR其準確度相對較高,但是電池片加權平均溫度需要一年的統計周期,因此對于當年的月度性能分析會遇到困難,其中的解決方法可以參考歷年已計算的電池片加權平均溫度或者借助于其他評價指標協同分析,比如EPI、PPI等。
文中最后對電池片溫度的不同計算方法進行了比較,Text Book法和Sandia法都是可靠的計算方法,但前者準確度較高,因此在Sunpower溫度修正方法中,溫度修正因子中的電池片溫度也可以考慮使用Text Book溫度計算法。
光伏電站發電性能評價為電站經營者更高效管理電站提供了較大的幫助,在借鑒國外經驗的同時, 在此也呼吁國內應在電站質量和性能評價方面完善相應的標準。另外作為電站運營管理企業,電站性能評價的前提是自有電站的管理已經達到智能化水平,太陽輻照、溫度、風速等環境監測的配套設施都已經具備,如果沒有這些條件,要做好電站的性能評價工作就等于是空中樓閣。
責任編輯:蔣桂云