在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能光伏組件是實(shí)現(xiàn)光能到電能轉(zhuǎn)化的基本門(mén)戶(hù)，太陽(yáng)能光伏組件的功率大小、轉(zhuǎn)換效率及電池片材質(zhì)等對(duì)于能量的轉(zhuǎn)換輸出起著決定性的作用。本文通過(guò)分析安裝于美國(guó)華盛頓州實(shí)際運(yùn)行1年以上且太陽(yáng)能光伏組件功率為280W的系統(tǒng)的長(zhǎng)達(dá)一年的詳細(xì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，分析了同一型號(hào)太陽(yáng)能光伏組件之間在實(shí)際運(yùn)行中的差異性，在一年不同月份、不同的光照條件下太陽(yáng)能光伏組件實(shí)際輸出功率與其標(biāo)稱(chēng)值之間的關(guān)系以及同一型號(hào)的大組件在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)電量上的提升分析。

1、系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本報(bào)告共選取4套位于美國(guó)華盛頓州的微型逆變器系統(tǒng)作為分析入口，系統(tǒng)基本情況如下表1.1所示：

表1.1 華盛頓州微型逆變器系統(tǒng)基本簡(jiǎn)介

1.2 氣象分析

分析數(shù)據(jù)分別從每套系統(tǒng)中取2塊電池板為采樣點(diǎn)完成數(shù)據(jù)分析。

表1.2 華盛頓州的NASA氣象數(shù)據(jù)

注：

每日的太陽(yáng)輻射-水平線(xiàn)/傾斜及可理解為每天峰值日照時(shí)數(shù);

峰值日照時(shí)數(shù)：通常表示日照輻射量達(dá)到1000W/m?2;時(shí)所持續(xù)或等效持續(xù)的時(shí)間。

2 、數(shù)據(jù)分析

2.1 同一臺(tái)逆變器的2塊直流輸入端的發(fā)電差異分析

通過(guò)對(duì)比同一臺(tái)逆變器下2塊板子之間的累計(jì)1年的發(fā)電量的數(shù)據(jù)分析，可以看出同樣的板子，在同樣的安裝條件下，相互之間的發(fā)電量依然存在3%左右的發(fā)電量的差異，這是組件本身所無(wú)法避免的差異性，也是組串逆變器無(wú)法改變的發(fā)電差異損失。

表2.1 4臺(tái)微型逆變器(抽取)每個(gè)直流輸入端發(fā)電量差異

2.2 光伏組件發(fā)電功率占比分析

通過(guò)分析4套系統(tǒng)2015年7月份~2016年6月份，每一天中每5分鐘的功率數(shù)據(jù)，以月份為單位整理出各月份太陽(yáng)能光伏組件在各功率段工作時(shí)間的占比情況數(shù)據(jù)表及柱形圖分別如下表2.2和圖2.2。

表2.2 光伏組件每月各功率段的工作時(shí)間占比表

注：

百分比：4套系統(tǒng)的平均占比值，統(tǒng)計(jì)了2015年7月至2016年6月，其中2016年6月份只取到半個(gè)月的數(shù)據(jù)。

263W表示逆變器滿(mǎn)功率輸出且不存在由于功率限制導(dǎo)致的能量損失時(shí)，此時(shí)太陽(yáng)能組件最大直流輸出功率值。

圖2.2 太陽(yáng)能光伏組件每月各功率段輸出的占比柱形圖

通過(guò)以上表圖可以看出，光伏組件在一定光照條件下，組件的實(shí)際輸出功率值可以達(dá)到甚至超過(guò)組件STC條件下的標(biāo)稱(chēng)值的93.93%;從觀測(cè)一整年的數(shù)據(jù)來(lái)看，280W的組件在華盛頓州地區(qū)的光照條件下，超過(guò)95%以上的時(shí)間工作在逆變器的滿(mǎn)功率輸出要求的直流輸入功率范圍以?xún)?nèi)，平均超過(guò)263W的工作時(shí)間占到全年有效的工作時(shí)間的0.64%，按照理想情況下計(jì)算得出由于逆變器的功率限制導(dǎo)致的發(fā)電量損失的占全年發(fā)電量的0.134%。

光伏系統(tǒng)的發(fā)電量的主要貢獻(xiàn)點(diǎn)不在于組件的最大功率極限值在實(shí)際應(yīng)用中能達(dá)到多少;而在于非峰值日照條件下，光伏組件對(duì)外輸出功率的能力。

2.3 不同功率組件的年發(fā)電量對(duì)比

通過(guò)對(duì)比華盛頓州地區(qū)不同組件功率輸出的多套系統(tǒng)每塊光伏組件每月的發(fā)電量數(shù)據(jù)，記錄了時(shí)間曲線(xiàn)從2015年7月1日到2016年6月14的全部發(fā)電量數(shù)據(jù)，從發(fā)電量曲線(xiàn)中可以明顯看出280W組件相對(duì)于250W組件來(lái)說(shuō)，其發(fā)電量在不同月份表現(xiàn)出來(lái)的明顯的發(fā)電量提升。

圖2.3 不同功率光伏組件每月的發(fā)電量曲線(xiàn)圖

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于EMA監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

對(duì)比以上數(shù)據(jù)可知，280W組件一年的實(shí)際發(fā)電量比250W組件一年的實(shí)際發(fā)電量高出12.19%。在實(shí)際的發(fā)電過(guò)程中，發(fā)電量與實(shí)際功率并非一種線(xiàn)性關(guān)系，而光伏系統(tǒng)發(fā)電量受光照條件、溫度、遮擋、設(shè)備損耗、線(xiàn)損等多種因素影響，從這套實(shí)際的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出在同樣的光照條件下，在一定的功率范圍內(nèi)，功率較大的組件發(fā)電量越多。實(shí)際的多發(fā)電量遠(yuǎn)大于由于逆變器設(shè)備的功率限制而導(dǎo)致的發(fā)電量損失，整體呈現(xiàn)多發(fā)電的趨勢(shì)。

2.4 不同功率組件理想情況下線(xiàn)性推演

表2.4.1理想情況下不同標(biāo)稱(chēng)功率組件對(duì)于微逆系統(tǒng)的年發(fā)電量提升及超限損耗分析表

?表2.4.2 投資收益分析表

注：

1)對(duì)于同樣數(shù)量組件的光伏系統(tǒng)而言，組件功率不同，前期的投資成本亦不同，投資成本差異主要在組件的成本差異，本表格組件成本按照0.75$/W(2016年7月的組件美國(guó)市場(chǎng)價(jià)格)計(jì)算。

2)25年發(fā)電量預(yù)測(cè)，第二年系統(tǒng)衰減按照1%計(jì)算，以后每年按照組件的線(xiàn)性衰減率0.86%估算得出25年的發(fā)電量，通過(guò)不同的FIT值計(jì)算得出25年的凈收益情況。

結(jié)合以上4套華盛頓州地區(qū)光伏系統(tǒng)的實(shí)際年發(fā)電量和當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)來(lái)看，在每年的4月份~9月份，平均每天峰值日照時(shí)數(shù)在4小時(shí)以上時(shí)，光伏系統(tǒng)的發(fā)電量在此階段有明顯提升，同時(shí)該階段也是光伏系統(tǒng)可能產(chǎn)生超限損失的主要階段。從上表可以看出，在理想情況下，光伏系統(tǒng)的發(fā)電量隨著所使用組件的功率值的增大而不斷提升，同時(shí)超限損失也隨組件的功率值增大而不斷增大，總體而言，整個(gè)年發(fā)電量的提升值要遠(yuǎn)大于超限損失值。通過(guò)計(jì)算不同組件的度電收益情況分析前期投入和后期回報(bào)的關(guān)系。

2.5 不同組件的發(fā)電量提升及超限損失占比分析

圖2.5 不同功率組件對(duì)于發(fā)電量提升及系統(tǒng)超限損失占比圖

從上圖可以明顯看出，相對(duì)250W的組件，在標(biāo)準(zhǔn)情況下，當(dāng)組件標(biāo)稱(chēng)功率增加時(shí)，發(fā)電量也不斷提升，功率越大，發(fā)電量的提升量越大;發(fā)電量的提升遠(yuǎn)大于系統(tǒng)超限的損失量。

2.6 投資收益分析

圖2.6 不同功率組件累計(jì)25年發(fā)電凈收益

從上圖可以看出，當(dāng)組件價(jià)格一定，由于大組件的多發(fā)電優(yōu)勢(shì)，投資者均可以在有限的時(shí)間內(nèi)收回前期多投入的組件成本，并且大組件的多發(fā)電優(yōu)勢(shì)持續(xù)存在，使得整體的光伏系統(tǒng)投資收益率持續(xù)提高。

備注：?以上案例為美國(guó)華盛頓地區(qū)實(shí)例，具體光伏系統(tǒng)的光照條件、投資回報(bào)與實(shí)際安裝環(huán)境、各區(qū)域上網(wǎng)電價(jià)有關(guān)。

3 、結(jié)論總結(jié)

綜合上述圖表分析，可以得出以下結(jié)論：

1)同一型號(hào)的組件，在同樣的地點(diǎn)、同樣的安裝條件下，相互之間依然存在不可避免的差異性，從發(fā)電量來(lái)看，平均相互之間發(fā)電量相差2.37%左右，這是組串逆變器無(wú)法改變的問(wèn)題;

2)在華盛頓州，一定的光照條件下，組件實(shí)際輸出的功率值是可以達(dá)到STC標(biāo)測(cè)情況下功率值的93.93%;

3)在華盛頓州的光照條件下，4月份~9月份是光照條件最佳的階段，發(fā)電量明顯提升;

4)280W組件在該地區(qū)全年超過(guò)95%的發(fā)電時(shí)間工作在263W以?xún)?nèi)，即逆變器達(dá)到滿(mǎn)功率輸出時(shí)對(duì)于直流輸入端的限值，經(jīng)平均值估算得出，280W的直流輸入要比250W的直流輸入要多發(fā)電12.19%，而逆變器由于超配而導(dǎo)致的實(shí)際發(fā)電損失僅占總發(fā)電量的0.134%，組件超配而損失的發(fā)電量微乎其微，整體而言，微逆系統(tǒng)在大組件的配置下，系統(tǒng)的發(fā)電量有著明顯的提升。在長(zhǎng)期看來(lái)，大組件的配置可以獲得比前期投入高很多的投資收益;

5)通過(guò)理想情況下的線(xiàn)性推演可以看出，隨著組件功率的不斷增加，光伏系統(tǒng)的發(fā)電量不斷提升，組件功率越大，發(fā)電量的提升也越大;光伏系統(tǒng)的發(fā)電提升量遠(yuǎn)大于超配限制損失的電量，整體體現(xiàn)出系統(tǒng)光伏組件功率越大，發(fā)電量越高的特點(diǎn)。

6)通過(guò)不同的度電收益，演算出使用不同功率組件的光伏系統(tǒng)前期投入和后期收益的時(shí)間關(guān)系，當(dāng)Fit=0.2美金/度時(shí)，使用300W以上的大組件相比于250W的組件，可以在3年左右的時(shí)間收回前期的投資成本，并且由于后期大組件的多發(fā)電優(yōu)勢(shì)，整個(gè)光伏系統(tǒng)的投資收益率是持續(xù)提高。

文章來(lái)源：索比光伏網(wǎng)