如何量化光伏電站的質(zhì)量？

2017-11-14 09:41:42 北極星太陽能光伏網(wǎng)　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

光伏電站的質(zhì)量如何進(jìn)行量化？在近期舉辦的第三屆光伏電站質(zhì)量高峰論壇上國家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所研究員王斯成以能效比（PR）、度電成本（LCOE）和內(nèi)部收益率（IRR）等之間的關(guān)系進(jìn)行了闡述。光伏電站的質(zhì)

光伏電站的質(zhì)量如何進(jìn)行量化？在近期舉辦的“第三屆光伏電站質(zhì)量高峰論壇”上國家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所研究員王斯成以能效比（PR）、度電成本（LCOE）和內(nèi)部收益率（IRR）等之間的關(guān)系進(jìn)行了闡述。光伏電站的質(zhì)量好壞是有評(píng)價(jià)指標(biāo)的，而且可以量化光伏電站的質(zhì)量和效益水平。當(dāng)然評(píng)價(jià)指標(biāo)不是一個(gè)單一的指標(biāo)，是一個(gè)綜合的指標(biāo)體系。

當(dāng)前國內(nèi)外光伏系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1、國際通用的PR（能量效率），實(shí)際的發(fā)電量PRD除以理論發(fā)電量PT，光伏電站的能量效率就代表了電站的質(zhì)量，當(dāng)然PR高不代表經(jīng)濟(jì)性好!什么是光伏電站質(zhì)量？質(zhì)量是壽命期內(nèi)的高可靠度、壽命期內(nèi)的高效率，質(zhì)量的好壞是PR（能量效率）來代表的。

2、年等效利用小時(shí)數(shù)，光伏電站在同一地區(qū)每千瓦發(fā)電量，是一個(gè)國際上通用非常重要的指標(biāo)，代表光伏電站的資源利用率，同樣一個(gè)地區(qū)，同樣裝機(jī)量情況下資源利用率不同，代表方案設(shè)計(jì)的優(yōu)劣(容配比，太陽跟蹤器等)，但不能反映電站質(zhì)量。

3、GCR（土地利用率）：光伏組件總面積/電站占地總面積。國內(nèi)常用每kW占地，是一個(gè)輔助性的指標(biāo)。

4、Availability設(shè)備正常運(yùn)行率：正常運(yùn)行時(shí)間(發(fā)電量)/總運(yùn)行時(shí)間 (總發(fā)電量)，適用于逆變器和太陽跟蹤器，不適合于光伏陣列。逆變器和跟蹤系統(tǒng)正常運(yùn)行，是一個(gè)非常重要的設(shè)備指標(biāo)。設(shè)備正常運(yùn)行率源自于從風(fēng)力發(fā)電，設(shè)備正常運(yùn)行率能夠有效排查設(shè)備制造商的問題。

5、經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)（LOCE和IRR），是光伏電站最終追求的目標(biāo)，電站配置再高、技術(shù)應(yīng)用再先進(jìn)、發(fā)表量再多，但是電站成本很高，度電成本并不具有優(yōu)勢(shì)，光伏電站系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性就會(huì)變的很差。

能量效率是跟資源條件差異沒有關(guān)系的，在西藏光照資源好，光伏電站發(fā)電量自然就多，而在北京的光伏電站發(fā)電量少，是北京的光照資源的原因。發(fā)電量的多少和能量效率沒有直接的關(guān)系，能量效率有效排除了資源的差異，在北京光伏電站的能量效率達(dá)到80%，雖然發(fā)電量少，照樣比西藏70%的能量效率的光伏電站質(zhì)量好。

能量效率PR是難以計(jì)算精確的，因?yàn)镻R值的獲取需要三個(gè)量，一是裝機(jī)功率；二是電網(wǎng)的發(fā)電量，而且精確度非常高；三是方陣面的輻射量，光伏電站一年的測(cè)試精度、維護(hù)程度等的影響,輻射量數(shù)據(jù)往往難以獲取準(zhǔn)確，所以能量效率指標(biāo)雖然是國際通用指標(biāo)，也最能夠代表光伏電站的質(zhì)量，實(shí)際效果并不理想，而且戶用系統(tǒng)、分布式光伏很多沒有氣象站，這種情況下很難量化光伏電站的質(zhì)量。光伏電站質(zhì)量的量化能到什么程度呢？量化到你的整個(gè)效率鏈，一共14個(gè)，總體PR值是用所有的效率相乘得到的，因此不但可以定性的整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量，而且可以分段來說明哪一個(gè)段的存在問題，都可以定量化出來。

影響整體PR值得14項(xiàng)影響因素和判定指標(biāo)

光伏組件光譜失配損失的量化

光譜適配損失，非晶硅(a-Si) 和碲化鎘(CdTe)組件對(duì)于光譜分布很敏感，需要進(jìn)行光譜修正，對(duì)于晶體硅(C-Si)和銅銦鎵硒(CIGS)組件不需要，光譜偏離的誤差很小。

光伏組件反射損失的量化

1、陽光入射角在50度以內(nèi)時(shí)反射損失很小，50度以上時(shí) 隨著入射角增大，反射損失增大; 2、角度因子(縱軸)代表了入射光的比例(陽光入射率) ，越高越好; 3、ar代表了減反射這條藍(lán)線，和光伏組件的減反射功能好壞有關(guān)，即便入射角達(dá)到70%，最好的透過率100%，最差的透過率80%，這也是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，來定量化組件的反射損失，

IEA給出的對(duì)于PR效率鏈損失的估計(jì)預(yù)測(cè)：遮擋損失：7.4%;積塵：1.9%;反射：2.4%;光譜：0.9%;輻射量：1.5%;溫度：4.6%;失配：0.7%;DC線損：0.7%;逆變器：3.8%;AC線損：0.4%.

光伏系統(tǒng)能效比(PR)的分級(jí)

能效比PR代表了光伏系統(tǒng)的質(zhì)量好壞:是否具備長期運(yùn)行的可靠性;是否具有光伏系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)長期運(yùn)行的高效率;排除了當(dāng)?shù)刭Y源差異的影響;下表判定指標(biāo)基于晶硅組件，溫升損失8.4%(NOCT電池結(jié)溫45度左右)。

最優(yōu)秀的系統(tǒng)或者集中逆變器一定要大于80%才能算優(yōu)秀，如果小于75%一定是出了大的問題。

采用系統(tǒng)“功率比”來代替PR(能效比)

并網(wǎng)點(diǎn)某一時(shí)刻，只要光強(qiáng)大于一定值，測(cè)量并網(wǎng)點(diǎn)或者逆變器的逆變單元功率，同時(shí)測(cè)量你的光照面的輻射程度，測(cè)出來后把并網(wǎng)點(diǎn)的功率進(jìn)行溫度和光強(qiáng)修正，修正到你的STC條件，實(shí)際并網(wǎng)的功率除以你的初裝功率，就是功率轉(zhuǎn)換率，可以代替PR值，因?yàn)镻R值跟時(shí)間軸相關(guān)，功率轉(zhuǎn)換率是某一個(gè)點(diǎn)，包括了效益鏈上所有的因素在里面，很多因素是不跟時(shí)間相關(guān)的，如逆變器效率、直流線損、屋子遮擋等。

測(cè)試條件:在沒有限功率運(yùn)行，朝向一致，光強(qiáng)≥700W/m2。

1)在交流并網(wǎng)點(diǎn)或逆變器輸出測(cè)試光伏電站輸出功率 - Pmeas (kW);

2)同時(shí)測(cè)試當(dāng)時(shí)的輻照度Gmeas和光伏電池溫度TC;

3)將實(shí)測(cè)交流功率修正到STC條件，得到修正功率:Pcorr-STC

Responsivity(功率轉(zhuǎn)換率)=Pcorr-STC/Prat-STC(Prat-STC是光伏組件額定功率之和)

Pcorr-STC=Pmeas/((Gmeas/GTRC)[1+δ(TC-TTRC)]) IEC61724-4

4)準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)組件額定功率之和(電站的或逆變單元的)-Prat-STC(kW);

5)電站(逆變單元)的功率比: Pcorr-STC/Prat-STC(應(yīng)當(dāng)不低于85%)

功率比的特點(diǎn):

1)可以準(zhǔn)確測(cè)試，避免了輻射量測(cè)試不準(zhǔn)的問題;

2)適用于不同朝向和不同運(yùn)行方式的系統(tǒng)，只要被測(cè)單元內(nèi)的光伏方陣具有相同朝向或相同運(yùn)行方式即可;

3)功率比中包括了:光伏組件功率衰降，積塵損失，光譜損失，反射損失，失配損失，交直流線損，逆變器效率，變壓器效率，即時(shí)的故障損失。不包括:溫升損失，逆變器死區(qū)損失，早晚遮擋，棄光，停機(jī)等與時(shí)間相關(guān)的損失；

4)適用于所有光伏電站的質(zhì)量對(duì)比，也包括不同氣候區(qū)光伏電站的質(zhì)量比較；

5)可以分解到9個(gè)效率項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試，找出原因。

因?yàn)楣β时仁沁M(jìn)行了溫度修正，所以沒有溫度損失，因此功率比的指標(biāo)要相對(duì)較高。現(xiàn)場(chǎng)就能知道你的系統(tǒng)質(zhì)量到底怎么樣，包括戶用系統(tǒng)。如果低于82%，系統(tǒng)一定存在問題。對(duì)于任何系統(tǒng)，如果沒有PR值、沒有準(zhǔn)確的輻射量的數(shù)據(jù)，就可以用功率比，利用修正過的光照劑現(xiàn)場(chǎng)5分鐘就知道結(jié)果，對(duì)于問題分析可以通過測(cè)9個(gè)效率項(xiàng)找出問題。

電站測(cè)試項(xiàng)目和判定指標(biāo)

上述都是電器質(zhì)量，另外安全性測(cè)試、電網(wǎng)接入的測(cè)試等也非常重要，整個(gè)加起來，需要測(cè)量23個(gè)測(cè)試項(xiàng)（如下圖），才能夠定量化整個(gè)電站的質(zhì)量水平。

1、IR：只分析，不判定；

2、積塵：依據(jù)電站設(shè)定值；

3、溫升：只測(cè)試，不判定；

4、組件衰減：國能綜新能（2015）51號(hào)文；

5、EL：只分析，不判定；

6、故障分析，統(tǒng)計(jì)比例；

7、2段失配損失不大于3.0%；

8、直流線損：建筑光伏技術(shù)規(guī)范（JGJ203-2010）2%，Sandia光伏設(shè)計(jì)手冊(cè)3%；組件間線損可忽略。

9、遮擋損失：依據(jù)GB/T50797-2012；

10、交流線損：依照直流線損；

11、逆變器中國效率：國能綜新能（2015）51號(hào)文；

12、絕緣電阻：IEC62446-1（2016）；

13、接地電阻依據(jù)GB/T32512-2016；接地連續(xù)性：依據(jù)IEC61730-2（2004）；

14、電能質(zhì)量（可選）：GB/T29319-2012；

光伏電站驗(yàn)收不僅僅測(cè)試電氣效率鏈，還要有缺陷測(cè)試（IR，EL，二極管抽測(cè)），安全性測(cè)試（接地電阻、連續(xù)性、孤島、電氣間隙等），電網(wǎng)接入特性（電能質(zhì)量、高低電壓穿越、有功/無功等）。

度電成本LCOE和財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率IRR

LCOE是壽命期成本/壽命期發(fā)電量 (元/kWh)，它跟IRR是有差別的，對(duì)于具體的項(xiàng)目來說，一定是用IRR，因?yàn)镮RR包括了電價(jià)因素、利息、貸款、貸款比例和整個(gè)項(xiàng)目的投資回收收益率，而LCOELCOE是國際上通用的用于橫向比較的成本指標(biāo)(不是電價(jià))，不具備這樣的功能，LCOE是互相比較的，早期提出用于不同的發(fā)電比較，水力發(fā)電、火力發(fā)電、光伏發(fā)電等，是最客觀的經(jīng)濟(jì)性的比較，對(duì)于光伏發(fā)電實(shí)際上是一個(gè)簡化的公式，光伏發(fā)電沒有燃料成本，全壽命期的發(fā)電量除以整個(gè)全壽命期的成本加全投資，不包含上網(wǎng)電價(jià)、補(bǔ)貼、貸款利息、稅收、收益等因素，就是你的全投資除以你的壽命期的發(fā)電量。當(dāng)電站經(jīng)過一年后做驗(yàn)收，就需要做這個(gè)比較，系統(tǒng)的PR值、首年發(fā)電量、占地面積、土地租金、運(yùn)行維護(hù)成本、初始投資。

以大同為例，初投資比較高，能量比較低，首年組件衰降率比較高，推算整個(gè)20年發(fā)電量，電價(jià)高于投資低的電站，如果加上跟蹤系統(tǒng)，雖然初投資增加了約16.5%，但是發(fā)電量增加了20%，最終的度電成本降低，所以不能只看PR值，如拉薩，雖然投資、運(yùn)行維護(hù)一樣，但是發(fā)電量高，成本就會(huì)降到3毛。另外，不能只看發(fā)電量，拉薩的固定式發(fā)電量最高，大同的跟蹤式發(fā)電量同樣非常高，但是大同的跟蹤式的成本增加了15%，度電成本超過了4毛，所以度電成本跟收益、投入也有關(guān)系。因此評(píng)價(jià)一個(gè)光伏電站，不但要評(píng)價(jià)它的質(zhì)量、安全性、并網(wǎng)特性，還要考慮LCOE度電成本，這樣才能客觀的評(píng)價(jià)，光伏電站最終的追求目標(biāo)是LCOE度電成本低，所以PR值高并不能代表度電成本低，PR值一樣的電站，度電成本可能完全不一樣。因此光是PR值是不夠的，光是資源利用率也是不夠的，一定要考慮度電成本。

對(duì)于光伏系統(tǒng)驗(yàn)收和性能評(píng)估的個(gè)人觀點(diǎn)

1、對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)完備的大型光伏電站，建議采用“PR”值來定量評(píng)估系統(tǒng)的質(zhì)量，并認(rèn)真完成14個(gè)效率測(cè)試項(xiàng)；

2、對(duì)于沒有輻射量數(shù)據(jù)的分布式建筑光伏，如戶用系統(tǒng)，可以用“功率比”代替PR ：修正AC功率與光伏組件額定總功率對(duì)比得到“功率比”。最大優(yōu)點(diǎn)是避免了輻射量測(cè)試不準(zhǔn)的問題。也必須對(duì)各環(huán)節(jié)的效率和損失進(jìn)行測(cè)試（9個(gè)效率測(cè)試項(xiàng)）；

3、同一資源區(qū)，用“等效利用小時(shí)數(shù)-Yield”（ kWh/kW ）評(píng)判項(xiàng)目的優(yōu)劣（并網(wǎng)點(diǎn)的發(fā)電量/并網(wǎng)點(diǎn)的交流額定功率）。簡單易行；

4、用“正常運(yùn)行率-Availability”來評(píng)判太陽跟蹤器和逆變器的可靠性；

5、GCR（土地利用率）或者kW占地：只能作為輔助判定參數(shù)；

6、對(duì)于光伏電站經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估和對(duì)比，應(yīng)采用“LCOE”，比較不同電站的度電成本。要求提供：1）運(yùn)行期發(fā)電量；2）項(xiàng)目全投資額；3）第一年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

責(zé)任編輯：lixin

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