Введение
Для операторов фотоэлектрических станций и проектных инженеров расчёт коэффициента производительности (PR) солнечной электростанции может показать неожиданный результат, даже если станция, по-видимому, работает нормально. Проблема не всегда кроется в самой фотоэлектрической системе. Неправильные Облучённость POA измерения, несоосность датчиков, загрязнение, дрейф калибровки, отсутствующие данные или несовпадающие временные метки — всё это может повлиять на эталонную выработку, используемую для расчёта PR. Поскольку коэффициент производительности фотоэлектрической системы связывает фактическое производство энергии с солнечным ресурсом, получаемым массивом, надёжные данные об облучённости необходимы для получения достоверных результатов.
На практике ключевой вопрос заключается не просто в том, как рассчитать PR, а в том, действительно ли данные об облучённости, используемые в расчёте, отражают условия фотоэлектрического массива. В данном руководстве объясняется, как использовать облучённость в плоскости массива (POA) для расчёта PR на основе данных об облучённости, приводится формула расчёта с практическим примером для фотоэлектрической системы, а затем рассматриваются вопросы установки датчиков, качества данных и распространённых ошибок измерений, которые могут исказить результат. Также рассматриваются практические аспекты выбора датчиков облучённости для долгосрочного мониторинга производительности фотоэлектрических систем.
Что такое коэффициент производительности фотоэлектрической системы и как он рассчитывается?
Коэффициент производительности фотоэлектрической системы (PR) — это нормированный показатель, который сравнивает фактическое производство энергии фотоэлектрической системой с энергией, ожидаемой от солнечного ресурса, получаемого фотоэлектрическим массивом.
Что измеряет PR?
PR отражает, насколько эффективно фотоэлектрическая система преобразует доступный солнечный ресурс в электроэнергию. В отличие от общего объёма выработки, он учитывает как мощность фотоэлектрической системы, так и солнечное облучение, полученное за период оценки.
Формула расчёта PR солнечной электростанции
Базовый расчёт PR солнечной электростанции:
PR = Фактическая выработка энергии ÷ Эталонная выработка × 100%
Фактическая выработка энергии рассчитывается на основе выходной мощности переменного тока фотоэлектрической системы и установленной мощности постоянного тока. Эталонная выработка рассчитывается на основе облучения в плоскости массива (POA), измеренного в плоскости фотоэлектрического массива, и эталонной облучённости.
Следовательно, данные об облучённости POA являются ключевым входным параметром для расчёта PR. Измеренная облучённость накапливается за период оценки для получения облучения, используемого в расчёте.
IEC 61724-1 обеспечивает стандартную основу для мониторинга производительности фотоэлектрических систем и оценки PR.
Как рассчитать PR с использованием данных об облучённости POA?
Для расчёта PR с использованием данных об облучённости необходимо согласовать два набора данных: энергию, выработанную фотоэлектрической системой, и солнечное облучение, полученное массивом. На практике мы используем облучённость POA, поскольку датчик измеряет солнечный свет в той же плоскости, что и модули. Расчёт затем основывается на измеренном солнечном ресурсе и фактической выработке энергии за тот же период.
Почему используется облучённость POA?
Облучённость POA (плоскость массива) измеряется в плоскости фотоэлектрического массива. Поскольку наклон и ориентация модулей влияют на радиацию, получаемую модулями, данные POA более подходят для мониторинга производительности фотоэлектрических систем, чем горизонтальная облучённость.
| Irradiance (интенсивность солнечного излучения) | Плоскость измерения | Типичное применение |
| GHI | Горизонтальная плоскость | Оценка солнечных ресурсов |
| POA | Плоскость фотоэлектрического массива | Мониторинг производительности фотоэлектрических систем |
| DNI | Нормаль к солнцу | Измерение прямой радиации |
Для расчёта коэффициента производительности фотоэлектрической системы измерение POA должно отражать те же условия массива, что и оцениваемая фотоэлектрическая система.
Пять шагов для расчёта PR солнечной электростанции
- Сбор данных об облучённости POA. Запишите облучённость в плоскости массива и проинтегрируйте измерения за выбранный период для получения облучения POA.
- Сбор данных о выработке энергии переменного тока. Используйте данные инвертора или счётчика энергии за тот же период. Временные метки и интервал оценки должны совпадать с данными об облучённости.
- Расчёт эталонной выработки. Разделите накопленное облучение POA на эталонную облучённость. При использовании эталонных условий STC эталонная облучённость составляет 1 000 Вт/м².
- Расчёт конечной выработки. Разделите фактическую выработку энергии переменного тока на установленную мощность постоянного тока фотоэлектрической системы.
- Расчёт PR. Разделите конечную выработку на эталонную выработку:
PR = Конечная выработка ÷ Эталонная выработка × 100%
Важно то, что облучение POA и выработка энергии переменного тока должны быть получены за один и тот же период оценки. Если данные об облучённости смещены, неполны или не отражают массив, рассчитанный PR также может вводить в заблуждение. Для практического руководства по измерению и установке датчиков солнечной облучённости см. Как измерять солнечную irradiance для фотоэлектрических систем.
Пример расчёта PR солнечной электростанции
Пример фотоэлектрической системы мощностью 100 кВтп
Предположим, что фотоэлектрическая система мощностью 100 кВтп производит 120 000 кВт·ч энергии переменного тока за тот же период оценки, в котором измеренное облучение POA составляет 1 500 кВт·ч/м². Используя эталонную облучённость 1 кВт/м², эталонная выработка составляет 1 500 ч, а фактическая выработка энергии — 1 200 ч.
Следовательно:
PR = 1 200 ÷ 1 500 × 100% = 80%
Что означает PR 80%?
PR 80% означает, что система произвела 80% эталонной выработки энергии, рассчитанной на основе измеренного облучения POA. Это не означает, что фотоэлектрические модули имеют КПД преобразования 80%. Коэффициент производительности фотоэлектрической системы — это показатель системного уровня, сравнивающий фактическую выработку энергии с доступным солнечным ресурсом.
Как измерение облучённости влияет на точность PR?
Если измеренное облучение POA неверно, эталонная выработка, используемая в расчёте PR, также неверна. Рассчитанный PR может затем измениться, даже если сама фотоэлектрическая система не изменилась.
Точность датчика и калибровка
Проверьте измерение облучённости, прежде чем предполагать, что изменение PR вызвано фотоэлектрической системой. Датчик может продолжать нормально передавать данные, в то время как его измерения постепенно дрейфуют, и это не всегда очевидно на экране мониторинга.
Для исследования PR статус калибровки датчика должен быть известен за оцениваемый период. Когда PR изменяется без явного изменения выработки энергии, запись о калибровке датчика стоит проверить в рамках обзора.
Установка и очистка датчика
Датчик должен представлять ту же плоскость измерения, что и оцениваемый фотоэлектрический массив. Его наклон и азимут должны соответствовать массиву, и датчик должен быть правильно выставлен по уровню.
Измерительная поверхность также требует регулярного осмотра. Пыль, птичий помёт, пятна от воды или снег могут снизить регистрируемую облучённость. Загрязнённый датчик не обязательно выдаёт явно аномальный сигнал; он может просто регистрировать более низкие значения, чем должен.
Синхронизация данных и пропущенные данные
Перед расчётом PR убедитесь, что данные по облучённости и энергии охватывают один и тот же период времени.
Проблемы могут возникать, когда инвертор продолжает запись, а регистратор облучённости теряет связь, или когда две системы используют разные временные метки или интервалы дискретизации. Суточное значение энергии в паре с неполными данными облучённости всё ещё может дать значение PR, но такой результат не следует использовать для оценки производительности электростанции.
Как интерпретировать и устранять неисправности при аномальном PR
An abnormal PV performance ratio does not always mean a PV system fault. First compare the PR with the site’s historical baseline under similar operating conditions. Once a clear deviation is found, check the monitoring data before inspecting the equipment.
Check in this order:
Irradiance data → Sensor installation → Data communication → Energy meter → Inverter → PV array → Grid conditions
Pay particular attention to the irradiance curve, missing data, timestamps, and sensor condition. A problem in irradiance measurement can affect the performance ratio calculation and make an actual system loss look larger or smaller than it is.
Common causes of lower PR include soiling, shading, high module temperature, inverter losses, downtime, sensor drift, and missing irradiance data.
Which Irradiance Sensor Is Suitable for PR Monitoring?
For PR calculation using irradiance data, the sensor should match the measurement plane and monitoring purpose. Thermopile pyranometers are commonly used for GHI and POA measurements, while reference cells are used for PV-specific irradiance measurement.
Thermopile Pyranometers vs Reference Cells
| Тип | Типичное применение |
| Thermopile pyranometer | GHI / POA monitoring |
| Reference cell | PV-specific irradiance measurement |
The two types serve different measurement purposes. For PR monitoring, consider the measurement plane, sensor class, spectral response, accuracy, output, installation, calibration, and outdoor durability when selecting the instrument. For a more detailed comparison of thermopile and silicon-based measurement, see Термоэлектрический или кремниевый пиранометр: плюсы и минусы.
For POA monitoring, Yantai Sensor’s TBQ-2C pyranometer uses a thermopile sensing element, with a 0.3–3.2 μm spectral range and RS485 output.
When DNI Measurement Requires Automatic Tracking?
DNI (Direct Normal Irradiance) is measured along the direction of the sun, so the sensor must track the sun during measurement. For continuous DNI monitoring, an automatic tracking system keeps the instrument aligned throughout the day. See Как точно измерить прямое нормальное облучение (DNI) for more details.
Yantai Sensor’s SAUT automatic tracking solar radiation measurement system is used for continuous DNI monitoring with automatic solar alignment.
Solar PR Calculation Checklist
Before calculating PR, confirm the calculation method, data period, and measurement conditions. In field monitoring, most problems come from inconsistent inputs rather than the PR formula itself.
- PR calculation method and evaluation period confirmed
- Installed DC capacity and system boundary confirmed
- POA irradiance data available and complete
- POA irradiation calculated for the same evaluation period
- AC energy data confirmed at the defined metering point
- Irradiance and energy timestamps synchronized
- Irradiance sensor correctly oriented and leveled
- Sensor surface clean and free from obstruction
- Sensor calibration status checked
- Missing data, curtailment, and downtime reviewed
Once these inputs are consistent, the performance ratio calculation itself is relatively straightforward.
Заключение
A meaningful solar PR calculation starts with representative irradiance data. For most PV performance monitoring, POA irradiance is used to calculate the reference yield and compare it with the actual energy output. The calculation is only useful when the irradiance, energy data, system capacity, timestamps, and evaluation period are consistent.
At Yantai Sensor, we focus on the measurement side of PV monitoring, including sensor selection, installation, calibration, and data collection for POA, GHI, and DNI applications. We work with the actual measurement conditions of the project rather than treating every PV site in the same way. Need reliable irradiance measurement for PV performance monitoring? Свяжитесь с Yantai Sensor to discuss your POA, GHI, or DNI measurement requirements.
