基于光伏組件衰減的多年發(fā)電量計算常見問題及探討

華北電力設計院有限公司 ■ 楊威中國核電工程有限公司 ■ 楊洋

基于光伏組件衰減的多年發(fā)電量計算常見問題及探討

華北電力設計院有限公司 ■ 楊威*
中國核電工程有限公司 ■ 楊洋

在光伏電站設計及決策中都需要計算光伏電站壽命期內各年的發(fā)電量，該計算均基于組件的衰減系數進行。但在實際計算中，常因對衰減系數定義的理解偏差等原因導致采用錯誤的方法。本文針對計算中的常見問題進行了整理及對比，并在計算中新增部分影響因素，以提高多年發(fā)電量，尤其是首年發(fā)電量的計算結果精確程度，為光伏電站的投資決策提供更科學準確的參考。

光伏電站；發(fā)電量計算；衰減系數

0　引言

由于光伏組件本身的特性，在光伏電站建成后，組件的光電轉換效率會逐年遞減。在可行性研究階段，一般會根據當地的代表年輻射及光伏電站本身系統(tǒng)情況計算出首年發(fā)電量，再根據首年發(fā)電量及廠家提供的組件衰減系數，計算出光伏電站25年設計壽命中每年的發(fā)電量。然而，由于對衰減系數的錯誤理解和計算，會影響最終的發(fā)電量計算結果。

1　常見錯誤

關于光伏電站歷年發(fā)電量的錯誤計算主要源于兩個方面，一是對首年發(fā)電量的計算，二是對于衰減系數定義理解的偏差。

1)對首年發(fā)電量的計算，GB 50797-2012《光伏電站設計規(guī)范》[1]中給出了發(fā)電量計算公式，公式計算中，綜合效率系數K中的光伏組件轉換效率修正系數要求考慮組件衰減率；在采用PVsyst計算發(fā)電量時，如未設置，則不會考慮組件的衰減[2]。因此，在計算歷年發(fā)電量時，首先應明確所采用的發(fā)電量計算方法及折減系數的選擇是否考慮了首年衰減；若已考慮，則計算出的發(fā)電量即可作為首年發(fā)電量；若未考慮，則需要增加首年衰減率造成的折減。常見錯誤有，未考慮首年衰減，而從第2年開始考慮衰減，如假設計算出的年發(fā)電量為100 kWh(未含首年衰減)，因漏考慮首年衰減而直接認為第1年發(fā)電量為100 kWh、第2年發(fā)電量為97.5 kWh。

2)對于衰減系數的理解，應是光伏組件功率的衰減，而非發(fā)電量的衰減。如多晶硅光伏組件首年衰減2.5％，此后每年遞增0.7％，應理解為光伏組件初始功率為100％，第1年末(第2年初)功率為97.5％，第2年末(第3年初)功率為96.8％，此后每年末功率遞減0.7％。按此功率衰減系數計算，若以不考慮組件衰減的發(fā)電量計算結果為100％，將每年年內的衰減簡化為線性考慮，如圖1所示，面積為發(fā)電量，以年發(fā)電量100 kW為例，若不考慮衰減，年發(fā)電量為S1；考慮首年線性衰減后，年末功率降低2.5％，則年發(fā)電量為S2，S2/S1=98.75％，則第1年發(fā)電量為不考慮組件衰減的發(fā)電量的98.75％，第2年為97.15％，第3年為96.45％，此后每年遞減0.7％，見表1。常見的錯誤為混淆了衰減中的功率和發(fā)電量的概念，將功率衰減理解為發(fā)電量衰減。如假設計算出的年發(fā)電量為100 kWh(未含首年衰減折減)，以功率的衰減系數錯誤地對發(fā)電量進行折減，得到第1年發(fā)電量為97.5 kWh、第2年發(fā)電量為96.8 kWh、第3年發(fā)電量為96.1 kWh，此后每年遞減0.7 kWh的結果。

圖1　首年電量計算示意圖

表1　考慮衰減后各年發(fā)電量比率

2　發(fā)電量計算探討

在明確首年發(fā)電量計算方法及衰減系數定義后，嘗試進一步探討對于光伏電站壽命期內歷年發(fā)電量，尤其是首年發(fā)電量更準確的計算方法。主要從以下3方面考慮：

1)采用年總量計算和各月總量計算的區(qū)別。在計算衰減時常使用年總發(fā)電量，這等同于在計算中默認了年內各月的發(fā)電量相等，而實際光伏電站中各月的發(fā)電量均不相等。

2)衰減起始時間的確定。在實際工程中，從光伏組件安裝到實際并網發(fā)電期間已經歷數月時間，即光伏組件在實際開始工作時，其功率已有一定程度衰減。

3)調試期的影響。光伏電站在投運初期，由于還處于調試運行階段，其無法達到最佳工作狀態(tài)，發(fā)電量一般較低，這種狀態(tài)一般會持續(xù)2～3個月。

3　案例對比

本文以某50 MWp光伏電站工程為例，對比并分析采用各種方法的計算結果。根據該工程代表年輻射計算得到的發(fā)電量(不考慮衰減)如表2所示，年總發(fā)電量為80499.007 MWh[3]。

表2　代表年發(fā)電量（不考慮衰減）

基于80499.007 MWh的發(fā)電量，通過考慮多種衰減方式計算得到光伏電站各年發(fā)電量、平均發(fā)電量及等效小時數，如表3所示。其中，方法1為正確計算方法，方法2為漏考慮首年發(fā)電量衰減且混淆功率衰減和發(fā)電量衰減的錯誤情況，方法3為混淆功率衰減和發(fā)電量衰減的錯誤情況，方法4為重復計算首年衰減的錯誤情況。

由表3的計算結果可知，錯誤的方法導致的偏差在0.4％～1.2％之間，本案例中表現為6～18 h的等效小時數偏差。

方法1為基于年總發(fā)電量的計算，將衰減細化到各月，即首年第1個月組件功率為100％，從第2個月至第12個月，每月比前1個月功率衰減增加約0.21％，次年起每個月比前1個月功率衰減增加約0.06％。根據此功率衰減值換算為各月的發(fā)電量折減，計算發(fā)電量得到方法5。再進一步考慮組件實際并網發(fā)電前已經過了3個月的衰減，同時在發(fā)電后的前2個月，由于處于調試運行階段，發(fā)電能力僅達到60％，因此得到方法6，如表4所示。

表3　常見錯誤方法與正確方法計算結果對比

表4　幾種優(yōu)化方法的計算結果對比

從表4可以看出，方法5和方法1計算結果非常接近，說明雖然各月發(fā)電量不同，但按年總發(fā)電量計算衰減和按各月發(fā)電量計算衰減并無太大差異。但在按各月發(fā)電量計算的同時考慮并網前衰減和并網后的前數月非最佳狀況運行的情況后，方法6的計算結果與方法1相比，等效小時數相差7 h，偏差約0.5％，偏差不大；但其首年發(fā)電量偏差約為7％，偏差較大。

4　結論

1)采用按年總發(fā)電量計算衰減，錯誤的計算方法會導致1％左右的偏差，影響較大。

2)采用按各月發(fā)電量計算衰減與按年總發(fā)電量計算衰減并無太大差異。但在按月發(fā)電量計算衰減的基礎上，考慮組件并網發(fā)電前的衰減及并網初期調試運行發(fā)電量低的情況后，首年發(fā)電量產生約7％的偏差。說明并網前的組件衰減和調試運行期的低發(fā)電量會對光伏電站首年

發(fā)電量產生影響較大，應在計算中予以關注。

3)準確地計算組件的衰減，除在前期發(fā)電量估算及投資決策中產生影響外，對于光伏電站運行期間準確的評估組件的衰減狀況也有一定的參考作用。

4)本文中的發(fā)電量均基于代表年輻射數據計算，僅考慮組件衰減，未考慮各年太陽輻射量的差異及運維影響等因素。

[1] GB 50797-2012, 光伏發(fā)電站設計規(guī)范[S].

[2] 羅赟. 基于PVsyst的獨立光伏系統(tǒng)設計[J]. 信息通信, 2015, (5): 53-55.

[3] 王志民,劉莉敏,許蘭剛, 等. 光伏電站發(fā)電量測算[A]. 第13屆中國光伏大會[C],北京, 2013.

2016-03-02

楊威(1985—)，男，工學碩士、工程師，主要從事新能源發(fā)電站設計工作。yangwei3057@ncpe.com.cn