太阳辐照测量对光伏系统发电性能评估的影响

王瑞进，陈思铭

（1.华润风电（海原）有限公司，宁夏 中卫 755100；2.广东华矩检测技术有限公司，广东 佛山 528300）

并网光伏电站的系统效率（Performance Ratio，即PR）［1-2］是表征光伏电站运行性能的关键指标，也是光伏行业内通用的系统性能评价的核心指标。在电站装机容量和太阳辐照量一致的情况下，系统效率越高则代表发电量越大，系统性能越好。

在新能源领域，无论是光伏还是光热系统，精确与可靠的太阳辐射数据变得越来越重要，是各种天气条件下光伏发电功率预测及系统发电能效评估的重要依据。由于各地的微气候存在差异，相隔仅数百公里的地方，其太阳辐射小时数可能相差几百个小时。

目前，获取太阳辐射数据的途径主要有三种，卫星扫描数据、当地气象局观测数据、安装于电站现场的气象监测站采集的数据。一般而言，实地监测数据能够根据实际地点定位测量太阳辐射量，有效范围及数据精度都比卫星数据要好；安装于电站现场的气象监测站采集到的太阳辐照数据更能真实准确地反映电站现场的太阳辐照情况，但数据的准确性则取决于所采用的辐照传感器及数据采集器的精度与稳定性［3-4］。卫星扫描数据一般利用美国国家航空航天局（NASA）实验室数据库提供的太阳辐射数据，卫星数据覆盖范围较大，记录时间较长，能够获得十年以上卫星扫描数据，但精度较低，有效范围约几百公里。对于项目地无太阳辐射观测站点的情况，除了选择卫星扫描数据之外，也可选择最近的有太阳辐射观测的站点作为参考，依据经验公式对月太阳总辐射量进行插值计算。另外，光伏发电系统设计软件PVsyst 中也集成了NASA 及Meteonorm［5］数据；Meteonorm 是一个基于实测和卫星模型组合的数据库。

值得注意的是，由于各个数据库的准确度有所不同，因此，不同途径获取的气象数据的准确性和可靠性也有所不同。

光伏电站项目开发前期，通常利用历史太阳辐射数据对项目进行发电量预估，从而确定该地区是否适合开发、建设光伏电站，以及对项目收益及投资情况进行预判。电站运行期间，通常利用现场太阳辐照情况对电站系统发电性能进行分析。因此，太阳辐射测量的准确性对光伏发电系统的前期开发投资及后期的系统性能评估都有较大的影响。

1 研究方法

以国内某10 MW 并网光伏电站为研究对象，电站基本概况如表1 所示，该电站于2017 年1 月正式并网运行。光伏组件沿屋顶彩钢瓦排布，坡度3 度，东西朝向。发电量监测数据来源于逆变器；现场配置有一套气象站，监测现场太阳辐照及其他气象参数。

在对该电站历史数据分析时发现，现场采集到的太阳辐射数据主要存在数据采集不稳定、数据缺失严重两大问题。因此，难以利用该辐照数据对现场太阳辐照情况及系统发电性能进行准确评定。通过现场安装采集精度高、并经专业机构计量过的参考辐照计，持续监测一段时间的方式，获取准确的电站现场太阳辐照情况，从而达到对该电站系统发电性能准确评定的目的。另外通过参考辐照计与该电站原有气象监测站辐照计采集数据的对比分析，推算出对该电站原有辐照计监测数据的修正计算方法。

表1 电站基本信息

2 数据分析

2.1 电站现场辐照分析

采用的太阳辐照数据来源为：该电站原有气象站辐照计A采集的太阳辐照数据，参考辐照计B采集的太阳辐照数据以及从Meteonorm 资源库中获取的当地典型气象年（TMY）数据。辐照计A为国产设备，参考辐照计B为经专业机构计量校准的荷兰Kipp&Zonen CMP11 辐照表；两种辐照计均为热电堆型辐射表；测量数据均为水平面辐照。

以50 W/m2为一个档位，对现场太阳辐照分布情况进行分析。图1 为2019 年11 月现场采集得到的辐照计A，参考辐照计B在不同档位下的太阳辐照分布情况，TMY 为该地区典型气象年11 月不同档位下的太阳辐照分布情况。

图1 不同档位下的太阳辐照分布

根据现场监测数据显示，11 月份整体辐照水平较低，辐照分布在0～50 W/m2区间占比最大。A辐照计测量峰值辐照为548 W/m2，0～50 W/m2区间占比为68.01%；B辐照计测量峰值辐照为698 W/m2，0～50 W/m2区间占比为66.85%；与参考辐照计B相比，A辐照计测量结果相对偏低，平均相对偏差为-22.23%。因此，B辐照计现场测量数据将作为对电站性能评估分析的基准辐照数据。

此外，以参考辐照计B为基准，对辐照计A与B测量数据进行相关性分析，结果显示二者具有线性相关性，如图2，相关系数为0.975 6。因此通过该计算公式，可对该电站现有辐照计A测量数据进行一定的修正，从而得到与现场辐照情况较为一致的修正值，A辐照数据修正值与B辐照数据相对偏差为3.03%。

图2 A，B 辐照数据的相关性分析

2.2 系统性能分析

光伏发电系统性能比，是国内外评价并网光伏发电系统效率的一个十分重要的指标，考虑了太阳辐射的不完全利用（光谱影响）、光伏阵列的温升损失、遮挡损失、光伏组件和阵列的失配损失、关键器件的性能衰减和失效、线路损耗等因素，在一定程度上表现了光伏电站的综合性能和质量，能够客观地反映光伏系统的建设质量和运行情况，而且排除了地区和太阳能资源差异的影响。根据IEC 61724［6］中定义，PR为光伏发电系统的等效发电小时数Yf与标准等效辐照小时数Yr之比。

通过PR计算公式可以发现，影响PR计算结果的两个重要参数分别为等效发电小时数与标准等效辐照小时数。等效发电小时数可通过系统发电量及装机容量进行计算，而等效辐照小时数则需要通过测量电站所在地的太阳辐射量来计算。

本文分别对以电站原有辐照计A及参考辐照计B监测到的太阳辐照数据及对A辐照数据修正后的值分别计算系统11 月日均PR值，如图3 所示。黑色代表A辐照数据计算出的系统PR，红色代表B辐照数据计算出的系统PR，蓝色代表A辐照数据经修正后计算出的系统PR，其中11 月5，6，8，22～24 日，系统发电数据采集故障，故未计算这几天的PR。

从图3 可以明显看出，A，B辐照计算出的日均PR变化趋势基本一致，由A辐照数据计算出的系统PR偏大，11 月日均PR为94.53%，由B辐照数据计算出的系统PR为73.27%，PR日均相对偏差为28.92%。以A辐照数据修正值计算出的日均PR为71.07%，与B辐照数据计算PR相比，日均相对偏差为-2.39%。修正后的A辐照数据计算出的系统PR与B辐照计算出的系统PR，相对差异减小。

图3 日PR 变化

3 结论

本文通过对该电站不同太阳辐照计监测数据对比以及计算出的系统PR分析发现：

1）不同的太阳辐照计测量结果可能存在较大偏差，太阳辐照的精准测量对于评估光伏电站发电性能的优劣至关重要；建议电站现场配备采集精度高、运行稳定的太阳辐照监测设备。

2）现场监测数据比较分析发现，该电站在11 月太阳辐照总体情况偏低，电站原有辐照计A测量数据比参考辐照辐照计B测量数据平均低约22.23%；辐照计A与参考辐照计B 测量数据之间存在线性相关性，相关系数为0.975 6；通过两者之间的相关性，得到对A辐照数据的修正计算公式，计算出与实际情况较为符合的辐照参数。经修正后的A辐照数据与参考辐照数据B相对偏差为3.03%。

3）以参考辐照数据B计算出的系统11 月日均PR为73.27%，修正前后的辐照数据A计算出的系统PR分别为94.53%、71.07%。与参考辐照数据B计算出的PR日均相对差异分别为28.92%、-2.39%。因此，该电站若继续使用原有辐照计，则需对辐照数据进行修正后，才能计算出较为可靠的系统PR。