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 фотоэлектрической матрицы. В этом руководстве объясняется, как использовать облучённость POA для расчёта PR с применением данных об облучённости, показана формула расчёта с практическим примером для фотоэлектрической системы, а затем рассматриваются установка датчиков, качество данных и распространённые ошибки измерений, которые могут исказить результат. Также рассматриваются практические аспекты выбора датчиков облучённости для долгосрочного мониторинга производительности фотоэлектрических систем. Для получения дополнительной информации о том, как ультрафиолетовое излучение влияет на материалы модулей, выходную мощность и долгосрочную надёжность, читайте [Влияние УФ-излучения на солнечные панели].
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
Аномальное значение коэффициента производительности фотоэлектрической системы не всегда означает неисправность ФЭС. Сначала сравните PR с историческим базовым значением площадки в аналогичных рабочих условиях. После выявления явного отклонения проверьте данные мониторинга, прежде чем осматривать оборудование.
Проверяйте в следующем порядке:
Данные об облучённости → Установка датчика → Передача данных → Счётчик электроэнергии → Инвертор → Фотоэлектрическая батарея → Условия сети
Обратите особое внимание на кривую облучённости, пропущенные данные, временные метки и состояние датчика. Проблема в измерении облучённости может повлиять на расчёт коэффициента производительности и привести к тому, что фактические потери системы будут выглядеть больше или меньше, чем они есть на самом деле.
Распространённые причины снижения PR включают загрязнение, затенение, высокую температуру модулей, потери в инверторе, простои, дрейф датчика и отсутствие данных об облучённости.
Какой датчик облучённости подходит для мониторинга PR?
Для расчёта PR с использованием данных об облучённости датчик должен соответствовать плоскости измерения и цели мониторинга. Термоэлектрические пиранометры обычно используются для измерений GHI и POA, тогда как эталонные элементы используются для измерения облучённости, специфичной для ФЭ-систем.
Термоэлектрические пиранометры vs эталонные элементы
| Тип | Типичное применение |
| Термоэлектрический пиранометр | Мониторинг GHI / POA |
| Эталонный элемент | Измерение облучённости, специфичной для ФЭ-систем |
Оба типа служат различным целям измерения. При выборе прибора для мониторинга PR учитывайте плоскость измерения, класс датчика, спектральную чувствительность, точность, выходной сигнал, установку, калибровку и устойчивость к внешним воздействиям. Для более подробного сравнения термоэлектрических и кремниевых измерений см. Термоэлектрический или кремниевый пиранометр: плюсы и минусы.
Для мониторинга POA, пиранометр TBQ-2C от Yantai Sensor использует термоэлектрический чувствительный элемент со спектральным диапазоном 0,3–3,2 мкм и выходом RS485.
Когда измерение DNI требует автоматического слежения?
DNI (прямая нормальная облучённость) измеряется вдоль направления солнца, поэтому датчик должен отслеживать солнце во время измерения. Для непрерывного мониторинга DNI система автоматического слежения обеспечивает ориентирование прибора в течение всего дня. См. Как точно измерить прямое нормальное облучение (DNI) для получения более подробной информации.
Система автоматического слежения за солнечным излучением SAUT от Yantai Sensor используется для непрерывного мониторинга DNI с автоматическим наведением на солнце.
Контрольный список для расчёта солнечного PR
Перед расчётом PR подтвердите метод расчёта, период данных и условия измерения. При полевом мониторинге большинство проблем возникает из-за несогласованности входных данных, а не из-за самой формулы PR.
- Метод расчёта PR и период оценки подтверждены
- Установленная мощность по постоянному току и границы системы подтверждены
- Данные об облучённости POA доступны и полны
- Облучённость POA рассчитана за тот же период оценки
- Данные об энергии по переменному току подтверждены в определённой точке учёта
- Временные метки облучённости и энергии синхронизированы
- Датчик облучённости правильно ориентирован и выставлен по уровню
- Поверхность датчика чистая и без препятствий
- Статус калибровки датчика проверен
- Пропущенные данные, ограничения и простои проверены
Как только эти входные данные согласованы, сам расчёт коэффициента производительности становится относительно простым.
Заключение
Значимый расчёт солнечного PR начинается с репрезентативных данных об облучённости. Для большинства задач мониторинга производительности ФЭ-систем облучённость POA используется для расчёта эталонной выработки и сравнения её с фактическим выходом энергии. Расчёт полезен только тогда, когда данные об облучённости, энергии, мощность системы, временные метки и период оценки согласованы.
В Yantai Sensor мы сосредоточены на измерительной стороне мониторинга ФЭ-систем, включая выбор датчиков, установку, калибровку и сбор данных для приложений POA, GHI и DNI. Мы работаем с фактическими условиями измерений проекта, а не применяем одинаковый подход к каждой ФЭ-площадке. Нужны надёжные измерения облучённости для мониторинга производительности ФЭ-систем? Свяжитесь с Yantai Sensor чтобы обсудить ваши требования к измерениям POA, GHI или DNI.
