1-光伏系统的能量效率

并网光伏发电系统的(中国)能量效率

2012-10-30

2012-11-22

于培诺郭文龙

北京太阳能电力研究院北京鉴衡认证

中国电子第十八研究所

摘要:

欧美国家对并网电站评估用PR，即AC能量与理想DC能量之比来判断其水平（国内电站用实测功率外推至STC时的功率来评估其装机容量）；本文用中国能量效率，即用实测组件的日，月和年发电能量kWh与同时测组件表面上的太阳辐射量kWh/m²×组件面积m²之比，进行评估，并对有代表性的欧美国家定义的各种PR进行了评论。

容易混淆的几个概念功率Power(W),MPP功率(W)；STC功率(W)；功率效率PowerEff.(W/W);能量Energy(Wh),产能Yield(Wh);能量效率EnergyEff.(Wh/Wh);辐照度Irradiance(W/m²);辐射量Irradiation(Wh/m²)光伏系统的评估方法PR—欧美国家PR的定义1.PR=ACGridinjectedEnergy/PVSystemEnergyinSTC;2.PR=ActualYieldAC/TargetYieldDC;3.SMA:

PR=ActualReadingofPlantOutputinkWh/CalculatedNominalPlantinkWh.

(TheIrradiationmeasuredbySunnySensorBox)

4.NREL:

(Measured)NetEnergyOutput=E,(Nominal)NameplateDCPowerofPV=Po,

FinalPVSystemYield=Yf,*Yf=E/Po:［h］;

(Measured)Totalin-planeirradiance=H,(Nominal)Referenceirradianceof

PV=G(1kW/m²),

ReferenceYield=Yr,Yr=H/G:［h］

;

PR=Yf/Yr=E/［H×Po/G］5.PHOTON:

ModulePR=［E/H］/［Po/G］:［%］/［%］

=E/［H×Po/G］

实际上PR是能量效率，即输出

能量(kWh)

/DC标称能量(kWh)

*Yf:是1W组件

能发出的能量Wh

案例：广东100kW电站

1.电站的构成电站用组件—

标称240W，面积1.636m²,共484块，总组件面积791.8m²;

装机容量116160W电站用逆变器—100kW逆变器配有和组件共平面光伏式总辐射表，并有

DC侧功率(W)显示和AC侧能量（kWh）显示；2.广东100kW电站的实测数据实测2012-8-1日辐射量（辐照度的积分）5.909kWh/m²;

组件温度28℃-59.2℃实测DC侧方阵

日发电能量（功率的积分）564.47kWh实测逆变后AC侧日发电能量525.4kWh

3.广东电站PR的计算PR=进入电网AC能量kWh/组件平面上的太阳辐

射量kWh/m²×组件面积m²×STC组件功率效

率%；

组件STC标称功率效率=240W/1kW/m²×1.636m²

=14.6%，

实测太阳在组件方阵平面上日辐射能量

=5.909kWh/m²×791.8m²=4678.7kWh,

方阵的标称理想日发电能量

=4678.7kWh×14.6%=683kWh

系统的PR=525.4/683=0.77评论(欧美)系统的PR是上网AC能量kWh和方阵的理想DC发电能量kWh—太阳辐射量kWh/m²乘以方阵面积m²再乘组件STC标称功率效率（W/W）之比，

即PR=AC-kWh/DC-kWh；实际上，理想DC发电能量由于用的是STC功率效率（见解释），所以计算出的能量是理想的，永远也达不到的；应该用方阵中有代表性组件的实际发电能量，这样计算出的总DC能量除以进入逆变器的DC能量得到的组件串并联（含逆变器MPPT跟踪误差）损失才有实际意义。

在中国见到的系统设计有用离电站最近的气象台数据，有用NASA宏观数据去预计太阳辐射量并算出发电能量，但验收时通常在现场测试方阵功率，经辐照度和温度修正最后外推到STC功率W,即电站装机容kW。新的定义：系统的(中国)能量效率［系统的能量效率］=［组件发电能量×组件数/组件平面辐射量×组件总面积］×［组件进入逆变器DC能量/总组件发电能量］×［逆变器输出AC能量/组件进入逆变器DC能量］;

即系统能效=组件能效×组件串并损失×逆变能效；

这里最重要的是组件能效组件的能量效率［组件能量效率］=［总组件发电能量］/

［总组件表面上辐射能量］组件发电能量kWh和组件表面太阳辐射量kWh/m²用自行设计和标定的”测试组件”和专门仪器现场可方便测出

：

采用推荐的技术之天津案例：

天津在2012-7-2测出日辐射量5.99kWh/m²,用（和广东规格基本

相同）标称235W常州天合组件当日发电能量1.15kWh/组件,

组件能量效率

ηE=1.15/5.99×1.636=11.7%（见下页）

它的STC标称功率效率

ηS=235W/1kW/m²×1.636m²=14.3%

它的PHOTONPR=0.818；各种气象条件下235W组件(天津)能量效率日

期2012-8-1太

阳

辐

射

量0.347kWh/m²（阴雨天）组件发电能量65.146Wh

组件能量效率11.5%2012-7-310.506kWh/m²（阴雨天）101.4Wh12.2%2012-7-261.687kWh/m²(阴天)337.9Wh12.2%2012-8-52.83kWh/m²（晴转阴）574.2Wh12.4%2012-7-133.65kWh/㎡(阴转晴)725.9Wh12.1%2012-8-204.08kWh/m²(晴转阴)804.4Wh

12.1%2012-7-235.808kWh/m²(晴天)1141.3Wh12.0%2012-7-25.99kWh/m²（晴天）1150.7Wh11.7%2012-9-36.63kWh/m²（少见晴天）1306.0

Wh12.0%2012-9-286.77kWh/m²（少见晴天）

1424,3Wh12.9%多晶硅和非晶硅组件能量效率与季节的关系

从2007年12月至2010年5月；晶硅能效峰值（红）在冬季而非晶硅能效峰值（蓝）在夏季按新定义：广东的能量效率按上式，100kW电站(广东)的能量效率:

ηE=525.4kWh(AC)/<683kWh(DC)>0.77;

PR=525.4/683=0.77组件串并联能量损失率=进入逆变器的

日DC能量（实测功率的积分）

/同时间间隔组件方阵日发电能量=564.47/<683>0.82

(组件方阵的标称理想日发电能量=4678.7kWh×14.6%=683kWh要大于实

际发电能量，

因现场无实测组件方阵的当天发电能量数据)

逆变器的能量效率=525.4kWh(AC)/564.47kWh(DC)=0.93注意：方阵DC标称理想能量>组件实际发电能量>进入逆变器的DC能量

组件实际发电能量kWh用本技术可容易解决。

说明*1.仪器直接显示发电能量或从电脑中读出发电能量kWh,

*2.在方阵中选出有代表性的组件经过标定做［测试组

件］，用它测发电能量同时可测出太阳辐射量kWh/m²

方法特点优点

说明评论1.功率法实测直流侧功率并外推到STC电站可相互比较STC装机容量功率与能量无直接联系国内普遍采用2.欧美PR法用标称组件STC功率效率和实测辐射量计算DC侧理想发电能量可得到系统标称能量效率把功率效率和能量效率等同欧美普遍采用3.能量效率法：用专门设计标定的能量仪和”组件”现场实测发电能量和辐射量可得到系统实际能量效率用［测试组件］法直观*，方便*总结：三种评估方法的比较结束语1.国内系统评估的大多数是装机容量kW;2.NREL