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6个你一定要知道的光伏系统能效影响因素——第二弹

2022-11-25,星期五

01 什么会影响系统能效(PR)?

影响或决定太阳能项目系统能效的因素很多,下面将描述6个关键影响因素。

1. 环境因素

太阳能发电厂周围的环境对系统能效很重要:每个地点都有自己的微气候,包括辐射、日照路径、遮荫(由山、树林、风力涡轮机、云引起)、温度、降水、风、大气污染物和灰尘污染。

这些环境因素对于勘探和设计阶段非常重要。卫星仪器记录和插值气象数据可以提供10年或更长时间的历史信息。该信息是太阳能资源模型的输入,但其质量和空间分辨率各不相同。强烈建议至少在一年内进行当地地面测量,以核实和调整特定现场的长期数据。根据这些数据和历史数据集,可以分析该场地对太阳能电站(勘探)的适用性。

大多数环境因素是自然发生的,无法改变,但它们是勘探期间良好商业案例的关键因素,严重影响电厂设计和可能需要的维护。在电厂运行期间,准确测量环境因素是确定系统能效的关键。年平均温度比理论计算中使用的值高时,PR会相应下降。通过使用精确测量的辐照度和温度校正系统能效,光伏系统的两个关键环境因素都被考虑在内,无论是理论还是最终发电量。这也使得PR可以在更短的时间内使用,通常是每月,因为它对季节波动不太敏感。

污染和降水(尤其是雨滴)强烈影响PR。灰尘、沙子、生物沉积物(藻类、苔藓、鸟粪)的积累和空气污染对太阳能电池板的功率输出有直接影响。在太阳能发电厂生命的所有阶段都必须考虑当地的污染条件。然而,降雨通常通过冲刷沉积物产生积极影响。优化的清洁方案可提高PR并将清洁成本降至最低。

应测量以下环境因素,并具有一定的准确性和可追溯性,以计算可靠的系统能效:

  • 阵列平面(平行于光伏板)和水平方向(用于数据集之间的比较)的辐射通量(直接来自太阳和漫射来自天空的能量)

  • 光伏组件温度,温度校正系统能效

  • 环境空气温度与环境条件导致的面板温度相关并进行预测

  • 用于计算冷却系数(冷却面板)的风速和方向,可提高面板输出,并干燥露水和雨滴

  • 估算损失发电量的污染率(SR)

  • 露水、雨、霜、雪、冰雹形式的降水——通常包括在SR中

  • 预测露水和霜冻发生率的相对湿度

2. 设计与部件选择

设计阶段可以决定或破坏太阳能发电厂的性能。选择质量适合工作环境和所需性能水平的部件——光伏板、支撑结构、电缆、逆变器、变压器和监控设备。因此,根据工厂的环境来选择部件,例如,高风速、沙尘暴、降雪、经常露水、海岸附近的盐积聚、高温地区的低温依赖性、工业区的腐蚀性污染物。

通常,关键利益相关者有一份首选的“银行可担保”供应商名单(一份质量、性能、可靠性和寿命成本均得到证明的公司和产品的短名单)。总体而言,质量和性能更好的产品将提供更可靠的长期系统能效,不确定性更低,这是关键利益相关者可以接受的。

地形和周围环境通常决定了太阳能电站的布局优劣。 宽阔平坦的平原比起伏的丘陵和岩石地形简单得多。森林、山丘、山脉或人造结构在某些时候可能会造成阴影,影响实际发电量。良好的设计将这些影响降至较低。一年中该位置的太阳仰角(偏角)以及需要较好功率输出的季节,决定了固定光伏板的较好倾斜角度和行之间的距离(由于前面的行遮蔽)。然而,更陡峭的面板倾斜通常会减少污垢和相关的发电量损失以及清洁的需要,这一点应予以考虑。

良好的电气设计将功率损耗降至较低。光伏板产生的直流电(DC)由逆变器转换为交流电(AC),并由变压器升压至电网电压。

许多软件包可用于为太阳能电站设计和仿真工具提供电站设计和系统能效优化指南。

6个你一定要知道的光伏系统能效影响因素——第二弹

3. 安装与调试

现场正确的设备安装,尽可能接近优化设计,极大地有助于最终PR接近目标PR。在许多情况下,安装的面板倾斜或行间距与设计有很大偏差。在这种情况下,最终PR将无法实现计划的目标PR,从而影响商业案例和投资回报。

定期(独立)监督施工过程,重点是材料、材料处理、物理布局和电气安装,将有助于避免在电站调试和验收阶段进行修改或重新施工。

合同约定的目标系统能效(有时称为保证系统能效)通常略低于最终PR,以便运维商纠正故障并恢复中断的运营。2015年国际金融公司项目开发商指南《实用规模太阳能光伏发电厂》提供了一份清单。

4. 老化

太阳能发电厂的所有重要部件都会老化,因此随着时间的推移,会导致发电厂的性能下降——光伏板、电缆和连接件、逆变器等。

有两种方法处理系统能效中的材料老化:

在合同阶段考虑老化,以允许PR在规定的范围内随时间减少。

在计算PR时使用最大值老化率校正,以使目标发电量随时间降低,使PR稳定。

《光伏老化率简编》(NREL 2015)等研究表明,光伏电池板的性能通常每年下降0.5-1%,尽管20年后几乎没有退化。

逆变器是太阳能发电厂的已知故障源。通常在10-15年后,当换成另一种类型的逆变器时,新型号通常会有更好的规格,并且应审查合同约定的系统能效。

在太阳能电站中,老化是不可避免的:

新太阳能电池板具有标称功率输出和效率,但同一型号的电池板之间存在差异。有些发电量可能比其他发电量高出5%,这种不平衡会随着时间的推移而增加。

逆变器的效率取决于输入功率、工作温度以及DC-AC转换电子设备的设计和质量。随着组件的老化,逆变器的效率将随着时间的推移而降低。

随着时间的推移,尤其是由于环境暴露,连接和布线会退化,并导致传导损耗。

损坏或遮蔽的面板、损坏的逆变器和损坏的电缆将导致太阳能发电厂的部分在维修或更换之前无法供电,从而导致发电量损失和系统能效降低。

在计算电厂寿命期间的系统能效时,考虑老化损失的方式会影响商业案例和投资回报。

未完,精彩内容待续!

本文来自OTT HydroMet旗下

Kipp & Zonen的发展白皮书

下篇将为您解读

影响光伏系统能效因素中设备老化维护等问题

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