基于光伏组件衰减的多年发电量计算常见问题及探讨

2016-09-23华北电力设计院有限公司杨威中国核电工程有限公司杨洋

太阳能 2016年8期

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华北电力设计院有限公司 ■ 杨威*
中国核电工程有限公司 ■ 杨洋

在光伏电站设计及决策中都需要计算光伏电站寿命期内各年的发电量，该计算均基于组件的衰减系数进行。但在实际计算中，常因对衰减系数定义的理解偏差等原因导致采用错误的方法。本文针对计算中的常见问题进行了整理及对比，并在计算中新增部分影响因素，以提高多年发电量，尤其是首年发电量的计算结果精确程度，为光伏电站的投资决策提供更科学准确的参考。

光伏电站；发电量计算；衰减系数

0　引言

由于光伏组件本身的特性，在光伏电站建成后，组件的光电转换效率会逐年递减。在可行性研究阶段，一般会根据当地的代表年辐射及光伏电站本身系统情况计算出首年发电量，再根据首年发电量及厂家提供的组件衰减系数，计算出光伏电站25年设计寿命中每年的发电量。然而，由于对衰减系数的错误理解和计算，会影响最终的发电量计算结果。

1　常见错误

关于光伏电站历年发电量的错误计算主要源于两个方面，一是对首年发电量的计算，二是对于衰减系数定义理解的偏差。

1)对首年发电量的计算，GB 50797-2012《光伏电站设计规范》[1]中给出了发电量计算公式，公式计算中，综合效率系数K中的光伏组件转换效率修正系数要求考虑组件衰减率；在采用PVsyst计算发电量时，如未设置，则不会考虑组件的衰减[2]。因此，在计算历年发电量时，首先应明确所采用的发电量计算方法及折减系数的选择是否考虑了首年衰减；若已考虑，则计算出的发电量即可作为首年发电量；若未考虑，则需要增加首年衰减率造成的折减。常见错误有，未考虑首年衰减，而从第2年开始考虑衰减，如假设计算出的年发电量为100 kWh(未含首年衰减)，因漏考虑首年衰减而直接认为第1年发电量为100 kWh、第2年发电量为97.5 kWh。

2)对于衰减系数的理解，应是光伏组件功率的衰减，而非发电量的衰减。如多晶硅光伏组件首年衰减2.5％，此后每年递增0.7％，应理解为光伏组件初始功率为100％，第1年末(第2年初)功率为97.5％，第2年末(第3年初)功率为96.8％，此后每年末功率递减0.7％。按此功率衰减系数计算，若以不考虑组件衰减的发电量计算结果为100％，将每年年内的衰减简化为线性考虑，如图1所示，面积为发电量，以年发电量100 kW为例，若不考虑衰减，年发电量为S1；考虑首年线性衰减后，年末功率降低2.5％，则年发电量为S2，S2/S1=98.75％，则第1年发电量为不考虑组件衰减的发电量的98.75％，第2年为97.15％，第3年为96.45％，此后每年递减0.7％，见表1。常见的错误为混淆了衰减中的功率和发电量的概念，将功率衰减理解为发电量衰减。如假设计算出的年发电量为100 kWh(未含首年衰减折减)，以功率的衰减系数错误地对发电量进行折减，得到第1年发电量为97.5 kWh、第2年发电量为96.8 kWh、第3年发电量为96.1 kWh，此后每年递减0.7 kWh的结果。

图1　首年电量计算示意图

表1　考虑衰减后各年发电量比率

2　发电量计算探讨

在明确首年发电量计算方法及衰减系数定义后，尝试进一步探讨对于光伏电站寿命期内历年发电量，尤其是首年发电量更准确的计算方法。主要从以下3方面考虑：

1)采用年总量计算和各月总量计算的区别。在计算衰减时常使用年总发电量，这等同于在计算中默认了年内各月的发电量相等，而实际光伏电站中各月的发电量均不相等。

2)衰减起始时间的确定。在实际工程中，从光伏组件安装到实际并网发电期间已经历数月时间，即光伏组件在实际开始工作时，其功率已有一定程度衰减。

3)调试期的影响。光伏电站在投运初期，由于还处于调试运行阶段，其无法达到最佳工作状态，发电量一般较低，这种状态一般会持续2～3个月。

3　案例对比

本文以某50 MWp光伏电站工程为例，对比并分析采用各种方法的计算结果。根据该工程代表年辐射计算得到的发电量(不考虑衰减)如表2所示，年总发电量为80499.007 MWh[3]。

表2　代表年发电量（不考虑衰减）

基于80499.007 MWh的发电量，通过考虑多种衰减方式计算得到光伏电站各年发电量、平均发电量及等效小时数，如表3所示。其中，方法1为正确计算方法，方法2为漏考虑首年发电量衰减且混淆功率衰减和发电量衰减的错误情况，方法3为混淆功率衰减和发电量衰减的错误情况，方法4为重复计算首年衰减的错误情况。

由表3的计算结果可知，错误的方法导致的偏差在0.4％～1.2％之间，本案例中表现为6～18 h的等效小时数偏差。

方法1为基于年总发电量的计算，将衰减细化到各月，即首年第1个月组件功率为100％，从第2个月至第12个月，每月比前1个月功率衰减增加约0.21％，次年起每个月比前1个月功率衰减增加约0.06％。根据此功率衰减值换算为各月的发电量折减，计算发电量得到方法5。再进一步考虑组件实际并网发电前已经过了3个月的衰减，同时在发电后的前2个月，由于处于调试运行阶段，发电能力仅达到60％，因此得到方法6，如表4所示。

表3　常见错误方法与正确方法计算结果对比

表4　几种优化方法的计算结果对比

从表4可以看出，方法5和方法1计算结果非常接近，说明虽然各月发电量不同，但按年总发电量计算衰减和按各月发电量计算衰减并无太大差异。但在按各月发电量计算的同时考虑并网前衰减和并网后的前数月非最佳状况运行的情况后，方法6的计算结果与方法1相比，等效小时数相差7 h，偏差约0.5％，偏差不大；但其首年发电量偏差约为7％，偏差较大。