Giới thiệu
Đối với các nhà vận hành PV và kỹ sư dự án, tính toán PR năng lượng mặt trời có thể cho kết quả bất ngờ ngay cả khi nhà máy có vẻ đang hoạt động bình thường. Vấn đề không phải lúc nào cũng nằm ở hệ thống PV. Việc đo lường Bức xạ POA không chính xác, cảm biến lệch hướng, bụi bẩn, sai lệch hiệu chuẩn, dữ liệu thiếu, hoặc dấu thời gian không khớp đều có thể ảnh hưởng đến sản lượng tham chiếu được sử dụng cho PR. Vì tỷ lệ hiệu suất PV liên quan sản lượng năng lượng thực tế với nguồn bức xạ mặt trời mà dàn pin nhận được, dữ liệu bức xạ đáng tin cậy là điều thiết yếu để có kết quả có ý nghĩa.
Trong thực tế, câu hỏi then chốt không chỉ đơn thuần là cách tính PR, mà là liệu dữ liệu bức xạ được sử dụng trong tính toán có thực sự đại diện cho điều kiện của dàn pin PV hay không. Hướng dẫn này giải thích cách sử dụng bức xạ POA để tính PR bằng dữ liệu bức xạ, trình bày công thức tính toán với ví dụ PV thực tế, và sau đó xem xét việc lắp đặt cảm biến, chất lượng dữ liệu, và các lỗi đo lường phổ biến có thể làm sai lệch kết quả. Nó cũng đề cập đến các cân nhắc thực tế về cảm biến bức xạ cho giám sát hiệu suất PV dài hạn.
Tỷ lệ hiệu suất PV là gì và cách tính như thế nào?
Tỷ lệ hiệu suất PV (PR) là một chỉ số chuẩn hóa so sánh năng lượng thực tế được sản xuất bởi hệ thống PV với năng lượng kỳ vọng từ nguồn bức xạ mặt trời mà dàn pin PV nhận được.
PR đo lường điều gì?
PR phản ánh mức độ hiệu quả mà hệ thống PV chuyển đổi nguồn bức xạ mặt trời sẵn có thành điện năng. Không giống như tổng sản lượng năng lượng, nó tính đến cả công suất hệ thống PV và bức xạ mặt trời nhận được trong kỳ đánh giá.
Công thức tính PR năng lượng mặt trời
Công thức tính PR năng lượng mặt trời cơ bản là:
PR = Sản lượng năng lượng thực tế ÷ Sản lượng tham chiếu × 100%
Sản lượng năng lượng thực tế được tính từ sản lượng điện AC của hệ thống PV và công suất DC lắp đặt. Sản lượng tham chiếu được tính từ bức xạ POA đo được trên mặt phẳng dàn pin PV và bức xạ tham chiếu.
Do đó, dữ liệu bức xạ POA là đầu vào quan trọng cho tính toán PR. Bức xạ đo được được tích lũy trong kỳ đánh giá để có được bức xạ sử dụng trong tính toán.
IEC 61724-1 cung cấp khung tiêu chuẩn cho giám sát hiệu suất hệ thống PV và đánh giá PR.
Cách tính PR bằng dữ liệu bức xạ POA?
Để tính PR bằng dữ liệu bức xạ, hai bộ dữ liệu cần khớp nhau: năng lượng được tạo ra bởi hệ thống PV và bức xạ mặt trời mà dàn pin nhận được. Trong thực tế, chúng ta sử dụng bức xạ POA vì cảm biến đang đo ánh sáng mặt trời trên cùng mặt phẳng với các module. Tính toán sau đó dựa trên nguồn bức xạ mặt trời đo được và sản lượng năng lượng thực tế trong cùng kỳ.
Tại sao sử dụng bức xạ POA?
Bức xạ POA (Plane of Array - Mặt phẳng dàn pin) được đo trên mặt phẳng của dàn pin PV. Vì độ nghiêng và hướng của module ảnh hưởng đến bức xạ mà các module nhận được, dữ liệu POA phù hợp hơn cho giám sát hiệu suất PV so với bức xạ ngang.
| Bức xạ | Mặt phẳng đo | Sử dụng điển hình |
| GHI | Mặt phẳng nằm ngang | Đánh giá tài nguyên năng lượng mặt trời |
| POA | Mặt phẳng dàn pin PV | Giám sát hiệu suất PV |
| DNI | Vuông góc với mặt trời | Đo bức xạ trực tiếp |
Đối với tính toán tỷ lệ hiệu suất PV, phép đo POA phải đại diện cho cùng điều kiện dàn pin như hệ thống PV đang được đánh giá.
Năm bước để tính PR năng lượng mặt trời
- Thu thập dữ liệu bức xạ POA. Ghi lại bức xạ trên mặt phẳng dàn pin và tích phân các phép đo trong khoảng thời gian đã chọn để có được bức xạ POA.
- Thu thập sản lượng điện AC. Sử dụng dữ liệu từ inverter hoặc đồng hồ đo năng lượng cho cùng kỳ. Dấu thời gian và khoảng thời gian đánh giá cần khớp với dữ liệu bức xạ.
- Tính sản lượng tham chiếu. Chia bức xạ POA tích lũy cho bức xạ tham chiếu. Khi sử dụng điều kiện tham chiếu STC, bức xạ tham chiếu là 1.000 W/m².
- Tính sản lượng cuối cùng. Chia sản lượng điện AC thực tế cho công suất DC lắp đặt của PV.
- Tính PR. Chia sản lượng cuối cùng cho sản lượng tham chiếu:
PR = Sản lượng cuối cùng ÷ Sản lượng tham chiếu × 100%
Điểm quan trọng là bức xạ POA và sản lượng điện AC phải đến từ cùng kỳ đánh giá. Nếu dữ liệu bức xạ bị lệch, không đầy đủ, hoặc không đại diện cho dàn pin, PR tính được cũng có thể gây nhầm lẫn. Để có hướng dẫn thực tế về đo lường và lắp đặt cảm biến bức xạ mặt trời, xem Cách đo bức xạ mặt trời cho hệ thống quang điện.
Ví dụ tính PR năng lượng mặt trời
Ví dụ về hệ thống PV 100 kWp
Giả sử một hệ thống PV 100 kWp sản xuất 120.000 kWh điện AC trong cùng kỳ đánh giá mà bức xạ POA đo được là 1.500 kWh/m². Sử dụng bức xạ tham chiếu 1 kW/m², sản lượng tham chiếu là 1.500 h, trong khi sản lượng năng lượng thực tế là 1.200 h.
Do đó:
PR = 1.200 ÷ 1.500 × 100% = 80%
PR 80% có nghĩa là gì?
PR 80% có nghĩa là hệ thống đã sản xuất 80% sản lượng năng lượng tham chiếu được tính từ bức xạ POA đo được. Nó không có nghĩa là các module PV có hiệu suất chuyển đổi 80%. Tỷ lệ hiệu suất PV là một chỉ số cấp hệ thống so sánh sản lượng năng lượng thực tế với nguồn bức xạ mặt trời sẵn có.
Đo lường bức xạ ảnh hưởng đến độ chính xác của PR như thế nào?
Nếu bức xạ POA đo được sai, sản lượng tham chiếu được sử dụng trong tính toán PR cũng sai. PR tính được sau đó có thể thay đổi ngay cả khi bản thân hệ thống PV không thay đổi.
Độ chính xác và hiệu chuẩn cảm biến
Kiểm tra phép đo bức xạ trước khi giả định rằng sự thay đổi PR đến từ hệ thống PV. Một cảm biến có thể tiếp tục truyền dữ liệu bình thường trong khi phép đo của nó dần bị sai lệch, và điều này không phải lúc nào cũng rõ ràng trên màn hình giám sát.
Đối với nghiên cứu PR, tình trạng hiệu chuẩn của cảm biến cần được biết cho kỳ đang được đánh giá. Khi PR thay đổi mà không có sự thay đổi rõ ràng trong sản lượng năng lượng, hồ sơ hiệu chuẩn cảm biến đáng để kiểm tra như một phần của việc xem xét.
Lắp đặt và vệ sinh cảm biến
Cảm biến cần đại diện cho cùng mặt phẳng đo như dàn pin PV đang được đánh giá. Độ nghiêng và góc phương vị của nó phải khớp với dàn pin, và cảm biến cần được cân bằng đúng cách.
Bề mặt cảm biến cũng cần được kiểm tra thường xuyên. Bụi, phân chim, vết nước, hoặc tuyết có thể làm giảm bức xạ được ghi lại. Một cảm biến bẩn không nhất thiết tạo ra tín hiệu bất thường rõ ràng; nó có thể chỉ ghi lại các giá trị thấp hơn mức nên có.
Đồng bộ hóa dữ liệu và dữ liệu bị thiếu
Trước khi tính toán PR, hãy kiểm tra rằng dữ liệu bức xạ và dữ liệu năng lượng bao phủ cùng một khoảng thời gian.
Vấn đề có thể xảy ra khi inverter tiếp tục ghi dữ liệu trong khi bộ ghi dữ liệu bức xạ mất kết nối, hoặc khi hai hệ thống sử dụng dấu thời gian hoặc khoảng thời gian lấy mẫu khác nhau. Giá trị năng lượng hàng ngày đi kèm với dữ liệu bức xạ không đầy đủ vẫn có thể tạo ra giá trị PR, nhưng kết quả đó không nên được sử dụng để đánh giá hiệu suất nhà máy.
Cách diễn giải và khắc phục sự cố PR bất thường
Tỷ lệ hiệu suất PV bất thường không phải lúc nào cũng có nghĩa là hệ thống PV bị lỗi. Trước tiên, hãy so sánh PR với đường cơ sở lịch sử của địa điểm trong các điều kiện vận hành tương tự. Sau khi phát hiện sai lệch rõ ràng, hãy kiểm tra dữ liệu giám sát trước khi kiểm tra thiết bị.
Kiểm tra theo thứ tự sau:
Dữ liệu bức xạ → Lắp đặt cảm biến → Truyền thông dữ liệu → Đồng hồ đo điện → Inverter → Dàn PV → Điều kiện lưới điện
Đặc biệt chú ý đến đường cong bức xạ, dữ liệu bị thiếu, dấu thời gian và tình trạng cảm biến. Sự cố trong đo lường bức xạ có thể ảnh hưởng đến tính toán tỷ lệ hiệu suất và khiến tổn thất thực tế của hệ thống trông lớn hơn hoặc nhỏ hơn so với thực tế.
Các nguyên nhân phổ biến làm giảm PR bao gồm bụi bẩn, che bóng, nhiệt độ module cao, tổn thất inverter, thời gian ngừng hoạt động, trôi dạt cảm biến và thiếu dữ liệu bức xạ.
Cảm biến bức xạ nào phù hợp để giám sát PR?
Để tính toán PR bằng dữ liệu bức xạ, cảm biến phải phù hợp với mặt phẳng đo và mục đích giám sát. Pyranometer thermopile thường được sử dụng cho đo GHI và POA, trong khi reference cell được sử dụng cho đo bức xạ dành riêng cho PV.
Pyranometer Thermopile so với Reference Cell
| Loại | Sử dụng điển hình |
| Pyranometer thermopile | Giám sát GHI / POA |
| Ô tham chiếu | Đo bức xạ dành riêng cho PV |
Hai loại phục vụ các mục đích đo lường khác nhau. Để giám sát PR, hãy xem xét mặt phẳng đo, cấp cảm biến, đáp ứng phổ, độ chính xác, đầu ra, lắp đặt, hiệu chuẩn và độ bền ngoài trời khi lựa chọn thiết bị. Để so sánh chi tiết hơn giữa đo lường thermopile và silicon, xem Nhiệt điện trở so với Quang điện trở Silicon: Ưu và Nhược điểm.
Để giám sát POA, Pyranometer TBQ-2C của Yantai Sensor sử dụng phần tử cảm biến thermopile, với dải phổ 0,3–3,2 μm và đầu ra RS485.
Khi nào đo DNI yêu cầu theo dõi tự động?
DNI (Bức xạ trực xạ pháp tuyến) được đo dọc theo hướng mặt trời, vì vậy cảm biến phải theo dõi mặt trời trong quá trình đo. Để giám sát DNI liên tục, hệ thống theo dõi tự động giữ thiết bị căn chỉnh trong suốt cả ngày. Xem Cách Đo Bức xạ trực tiếp (DNI) Chính xác để biết thêm chi tiết.
Hệ thống đo bức xạ mặt trời theo dõi tự động SAUT của Yantai Sensor được sử dụng để giám sát DNI liên tục với căn chỉnh mặt trời tự động.
Danh sách kiểm tra tính toán PR năng lượng mặt trời
Trước khi tính toán PR, hãy xác nhận phương pháp tính toán, khoảng thời gian dữ liệu và điều kiện đo lường. Trong giám sát hiện trường, hầu hết các vấn đề đến từ dữ liệu đầu vào không nhất quán thay vì bản thân công thức PR.
- Phương pháp tính toán PR và khoảng thời gian đánh giá đã được xác nhận
- Công suất DC đã lắp đặt và ranh giới hệ thống đã được xác nhận
- Dữ liệu bức xạ POA có sẵn và đầy đủ
- Bức xạ POA được tính cho cùng khoảng thời gian đánh giá
- Dữ liệu năng lượng AC đã được xác nhận tại điểm đo đã định
- Dấu thời gian bức xạ và năng lượng được đồng bộ hóa
- Cảm biến bức xạ được định hướng và cân bằng chính xác
- Bề mặt cảm biến sạch và không bị cản trở
- Tình trạng hiệu chuẩn cảm biến đã được kiểm tra
- Dữ liệu bị thiếu, cắt giảm và thời gian ngừng hoạt động đã được xem xét
Khi các dữ liệu đầu vào này nhất quán, bản thân việc tính toán tỷ lệ hiệu suất tương đối đơn giản.
Kết luận
Tính toán PR năng lượng mặt trời có ý nghĩa bắt đầu với dữ liệu bức xạ đại diện. Đối với hầu hết giám sát hiệu suất PV, bức xạ POA được sử dụng để tính toán sản lượng tham chiếu và so sánh với sản lượng năng lượng thực tế. Việc tính toán chỉ hữu ích khi dữ liệu bức xạ, năng lượng, công suất hệ thống, dấu thời gian và khoảng thời gian đánh giá nhất quán.
Tại Yantai Sensor, chúng tôi tập trung vào khía cạnh đo lường của giám sát PV, bao gồm lựa chọn cảm biến, lắp đặt, hiệu chuẩn và thu thập dữ liệu cho các ứng dụng POA, GHI và DNI. Chúng tôi làm việc với các điều kiện đo lường thực tế của dự án thay vì xử lý mọi trang PV theo cùng một cách. Cần đo lường bức xạ đáng tin cậy cho giám sát hiệu suất PV? Liên hệ Yantai Sensor để thảo luận về yêu cầu đo POA, GHI hoặc DNI của bạn.
