２０１５年第１期 上海电力 光伏电站ＰＲ效率研究 孙丽兵 ，李肖艳２，张丽莹 （１．上海太阳能科技有限公司，上海２０１１０８；２．上海电器科学研究院，上海２０００６３） 摘要：光伏电站建设发展迅速，正确认识和评估光伏电站的发电性能对于今后提高光伏电站的集成设计水 平有重要意义。介绍了光伏电站ＰＲ效率的基本原理及测试方法，对ＰＲ效率的表现特征进行了深入分析，得 出了ＰＲ效率具有一定的缺陷性、不能完全作为评定发电效果优劣的结论，并分析了影响ＰＲ效率的因素，提 出改进电站ＰＲ效率的措施，对设计开发光伏电站具有参考价值。 关键词：光伏电站；ＰＲ效率；ＰＤＲ 中图分类号：ＴＭ９１４ 文献标志码：Ｂ ０ 引言 量值，时间间隔 内的净发电量、ＳＴＣ条件下组 件容量标称值、时间间隔△ｆ内单位ｍ 方阵面上 对于光伏电站综合表现性能的判别方法， 接收到的总辐射量，测量取值方法为： ＩＥＣ ６１７２４给出了ＰＲ效率检测判定标准，但是由 １）时间间隔 内的净发电，可以直接取电站 于大部分人对于ＰＲ效率分析方法、正真表现特 并网关口计量表数值。 征等并未正真了解，对于ＰＲ效率的应用存在一 ２）ＳＴＣ条件下组件容量标称值，可以通过电 些不合理性。本文根据ＰＲ效率的计算原理，给 站抽样检测组件的标称功率，并结合出厂数据、衰 出实际光伏电站中的ＰＲ效率测试方法，并对ＰＲ 减年数来估算实际组价容量标称值。 效率的表现特征和影响因素进行深入分析，提出 ３）时间间隔 内单位ｍ 方阵面上接收到 改进ＰＲ效率的基本方法，以对后续光伏电站的 的总辐射量，可以通过方阵面上的辐射记录器测 设计、建设、评估提供参考和支持。 量，测量精度应≤３％，也可以通过标定的电池板 １ ＰＲ效率计算及测试方法 进行测量。 １．１ ＰＲ效率的计算原理 ２ ＰＲ效率表现特征分析 光伏系统的ＰＲ（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）效率是评 ＰＲ描述了某时段内光伏电站接收的辐射能 定光伏电站整体发电性能的重要指标，整体发电 到最终的输出电能过程中的内部和外部因造成的 效率计为ＰＲ ，计算方法为： 损失，是反映已建光伏电站综合发电性能的效率 ＰＲ ： （１） 指标，取决于电站位置、太阳能资源、自然环境、使 用设备、电站设计、工程施工、运行维护等各个方 式中：ＰＤＲ为测试时间间隔（△￡）内的实际发电量； 面。 ＰＴ为测试时间间隔（△￡）内的理论发电量。 由于ＰＲ效率在数学范畴内属于累计平均 理论发电量Ｐ 公式中： 量，由于辐照等环境状况的变化，光伏电站的在一 ， ＝｝，峰值日照时数，为不考虑任何遮挡下的单位 １。 天内的不同时段和一年内的不同季节所体现的 ｍ 方阵面上接收到的总辐射量（ｋＷｈ／ｍ ）与ＳＴＣ对应的 ＰＲ效率会出现较大的差异，某１ ＭＷ光伏电站１ １ ０００ Ｗ／ｍ。的比值。 天内的ＰＲ效率如图１所示。从外部气象环境的 Ｐ为光伏电站ＳＴＣ条件下组件容量标称值； 循环性来看，光伏电站１年内的ＰＲ效率更能反 ，ｎ为ＳＴＣ条件下太阳辐射总量值，，ｎ＝１ ０００Ⅵ ｍ ； 映真实发电性能，应为８ ７６０ ｈ。 为测试时间内的总太阳辐射值。 由于ＰＲ效率只反映已建光伏电站表现性能 １．２ ＰＲ效率的测试方法 的效率指标，ＰＲ效率高并代表光伏电站具备更多 光伏电站ＰＲ效率的计算需要３个重要的计 的发电量，具有更好的发电效果，其关键原因是未 一９一 上海电力 ｌ０５０ｏ％ １００ｍ％ ９５ ０Ｏ％ ： ２０１５年第１期 ９ｏＯＯ％ 萋８５ｏ０ ８００ｏ％ ７５０ｏ％ ，０ ｆ Ｇｏ（ｔ）。Ａ・叼（ ）・Ｋ・ｄｔ — （８） 图１某１ ＭＷ光伏电站１天内的ＰＲ效率变化 由此可以得出结论：相同的ＰＲ效率，相同的 外部条件，但是发电效果、发电量并不一定相同， 因此ＰＲ效率不可以作为电站发电性能优劣的唯 考虑倾角系数 （光伏方阵的倾角系数＝单位面 积斜面接受的辐射量Ｇ ／单位面积水平面接受的 辐射量Ｇ。）。不同倾角系数 安装方式下的ＰＲ 效率及发电效果分析如下： 假定将组件安装为不同的倾角，系数０。≠ ：， 其他任何条件均相同（包括外部气象条件、电站 集成方式等），则相同时间组件接受光伏辐射强 度Ｇ（ｔ）不一样， Ｇ（ｔ） ＝ ｌ・Ｇｏ （１） Ｇ（￡）２＝０２・Ｇ０ （２） 组件在相同时间△ 内的有效峰值光照时间 也不一样， 。＝ 等＝＝ （３） ＝（４） 组件不同安装倾角下的电站实际发电量计 为， ＰＤ ｌ＝ｆ Ｉ Ｇ０（ ）・Ａ・叼（ ）・Ｋ・ｄｔ＝ Ｊ Ｇｏ（ ）・Ａ・叼（ ）・Ｋ・ｄｔ （５） ＰＤ ２＝ｌ ２Ｇ０（￡）・Ａ・叼（ｆ）・Ｋ・ｄｔ＝ ２ Ｊ Ｇｏ（ ）・Ａ・叼（ ）・Ｋ・ｄｔ （６） 式中： 为水平面的光伏辐射强度Ｗ／ｍ （单位面积 水平面接受的辐射量）；Ａ为组件有效面积；叼 为组件光电转化效率；Ｋ为光伏电站电气系统 效率 。 组件不同安装倾角下的ＰＲ效率： ： 尸・ ，０ Ｉ Ｇ０（ ）・Ａ・叼（￡）・Ｋ・ｄｔ — ～（７） 一１Ｏ一 一标准，其自身存在一定判别缺陷，需要合理确定 测试的时间周期，并结合电站的设计建设方案，综 合评估光伏电站的性能优劣。 ３影响ＰＲ效率的主要因素 １）光伏组件 包括光伏组件的光电转换效率、组件标称功 率偏差、组件的光照入射率、组件初始光致衰退效 应四方面因素影响，光伏组件的转换效率越高，标 称功率正偏差越大，光照入射率越高，光致衰退效 应越小，光伏电站效率越高。 ２）温度系数 光伏组件的温度系数决定组件电性能输出， 温度越高组件输出功率越大，转换效率越高。 ３）灰尘和遮挡 组件表面的灰尘和遮挡物都可以降低光伏电 站的发电量，降低ＰＲ效率。 ４）光伏组件匹配 因为制造工艺限制，同型号的组件存在制造 误差。当组件构成方阵时，就产生组件匹配损失， 组件串联时产生电流损失，组件并联时产生电压 损失。组件匹配损失范围在１．５％～３％，典型值 为２％。 ５）逆变器效率 逆变器欧洲效率０．９３～０．９８，通常ｋＷ级逆 变器效率较低，百ｋＷ级的逆变器效率高。欧洲 效率主要描述逆变器把直流电转换成交流电的加 权效率。逆变器应该使得光伏方阵工作在最大功 率点上，逆变器这种能力可以用ＭＰＰＴ效率描述， 通常在０．９８—０．９９５之间。逆变器总效率应该用 逆变器ＤＣ—Ａｃ转换效率和ＭＰＰＴ效率乘积描 述。逆变器总效率越高，光伏电站ＰＲ效率越高。 ６）电能传输损失 组件产生的电能要经过连接器、直流电缆、二 ２０１５年第１期 上海电力 极管、汇流箱、逆变器、变压器、交流电缆等元部件 送到电网。这些元部件要消耗电能，产生光伏电 站效率损失。 ７）光伏电站某些效率损失典型值 国际可再生能源实验室（ＮＲＥＬ）的Ｂ．Ｍａｒｉｏｎ 等专家在２００５年对影响光伏电站效率（即ＰＲ）的 因素进行研究，给出了影响光伏电站ＰＲ效率的 几个重要因数 ，见表１。 表１光伏发电各环节效率因数及其典型值 （国际可再生能源实验室ＮＲＥＬ） 影响因素 典型值 范围 来源 组件标称功率偏差 ｌ １．Ｏ ０．８５—１．【）５ ＮＲＥＬ 组件的光照入射率 ２ ０．９８ ０．９０ ０．９９ ＮＲＥＬ 组件初始光致衰退效应 ０．９８ ０．９０～０．９９ ＮＲＥＬ 直流屯缆吼 Ｏ．９８ ０．９７～０．９９ ＮＲＥＬ 二极管和连接器 ５ Ｏ．９９５ ０．９９—０．９９７ ＮＲＥＬ 组件方阵匹配 ６ ０．９８ ０．９７—０．９８５ ＮＲＥＬ Ｔｙｐｉｃａｌ 并网逆变器Ｄｃ—Ａｃ转换效率 ７ Ｏ．９７ ０．９３—０．９８ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 并网逆变器ＭＰＰＴ￣ｇ ８ ０．９９ ０．９８～Ｏ．９９５ 大学研究报告 西班牙Ｎｅｍｅ 隔离变压器 Ｏ．９７ Ｏ．９６—０．９８ ＮＲＥＬ 交流电缆 １０ Ｏ．９９ ０．９８一Ｏ．９９３ ＮＲＥＬ 灰尘 １ｌ ０．９５ Ｏ．７５ Ｏ．９８ ＮＲＥＬ 遮挡田１２ １．Ｏ ０—１ ０ ＮＲＥＬ 因故停止发电 ｌ３ ０．９８ ０一Ｏ．９９５ ＮＲＥＬ 并网变压器 １４ Ｏ．９７ Ｏ．９６一Ｏ．９８ ＮＲＥＬ 光伏电站效率（ＳＴＣ条件） ０．７６４ Ｏ一０．９０７ ＮＲＥＬ 温度影响（电池温度４５￣Ｃ） ｌ５ ０．９１ ０．９１ ＮＲＥＬ 光伏电站效率（电池温度４５￣Ｃ￣） ０．７３ｌ Ｏ一０．８２５ ＮＲＥＬ ４提高电站ＰＲ效率的措施 作为并网光伏电站整体解决方案的供应商， 就是根据每位客户的需求和目前光伏发电成本高 的现实，为其提供“高效率低成本”的订制化的光 伏发电系统产品。提高光伏电站ＰＲ效率及综合 性能的措施有： １）优选设备，特别是优选组件和逆变器。提 高光伏组件效率，降低温度影响，减弱衰减效应， 同时提高光伏组件制造工艺和质量水平，减少匹 配损失，提高光伏发电效率；提高逆变器的Ｄｃ— ＡＣ转换效率和ＭＰＰＴ效率，提高逆变器的可靠 性。 ２）推进系统集成优化工作，主要目标是提高 效率降低成本。开展系统解决方案的研发和推 广，新技术新产品跟踪和应用，光伏电站及其环节 的（效率）检测和分析，技术信息化（数据库），以 及工程共性难题研究和解决。 ３）逐步提高光伏电站设计技术、施工水平， 重点打造优化设计能力，能够根据地理位置、气候 条件、污染情况、客户需求、风险控制、生态环境等 条件设计最佳的光伏发电系统。 ４）加强光伏电站效率检测和工程评价工作。 构建电站效率检测、优化方案研发、示范电站测 试、工程项目推广等环节组成的循环机制，不断提 高光伏电站性能。 ５）加强光伏电站运营管理，例如定期清理组 件灰尘，及时排除光伏组件损坏、设备损坏等故 障，提高设备利用率，进而提高电站ＰＲ效率。 ５ 结语 通过对ＰＲ效率的计算方法、表现特征、影响 因素等进行较为深入的研究，表明电站ＰＲ效率 时间波动性很强，且ＰＲ效率越高，并不代表发电 效果越好，电站的性能优劣需要结合设计建设的 具体情况进行综合评估。 参考文献： ［１］杨金焕，余化丛，葛亮．太阳能光伏发电应用技术［Ｍ］．北 京，２００９． ［２］ 李芬，陈正洪，成驰，等．太阳能光伏发电预报方法的发展 ［Ｊ］．气候变化研究．２０１１． ［３］ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ＰＶ ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｍａｒｉｏｎ， Ｂ．，Ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｉｒｔｙ—Ｆｉｒｓｔ ＩＥＥＣ．２００５． （收稿日期：２０１４—１１－３０） 作者简介：孙丽兵（１９８２一），男，硕士，主要从事于新能光 伏技术的研究与开发。