并网光伏电站系统效率分析
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光伏发电站在运行时，根据在一段时间内的实际各项相关测量值进行计算。依据 GB/T 20513-2006/ IEC61724:1998 之 规 范 ， 基 本 评 估 方 式 有 日 平 均 发 电 量 (Daily Mean Yield, DMY) 、 系 统 性 能 比 (Performance Ratio, PR)和系统效率(System Efficiency, ηtot)，公式如(1)~(3)所示：
Yr LC Ya LS Yf
------ (5)
Yr LCT YT LCM Ya LS Yf ------ (6)
Yr：理论参考发电量比，Yr
=
HI
/
G0，
k Wh / d 1kW
m2 / m2
LC：光电转换期因素损耗，其中包括温度因素损耗 LCT 和非温度因素损耗 LCM， kWh d kWp
Ya：组件阵列发电量，Ya = EA/P0 ，EA 为直流发电量， kWh d kWp
这里面的系统性能比(PR)，就是我们通常所述的电站系统效率，而上面计算公式所提及的系统效率(ηtot)，
则指的是系统光电转换效率。
通过上述公式我们可以开始计算一个时间段内的电站系统效率(PR)，但是这还需要获取两个量值，一
个是测量期间的总发电量(电站计量表总度数)，另外一个是测量期间光伏阵列上的总辐照量。测量辐照量
根据以上知道的有关 PR 计算的相关内容，就可以进行预期理论 PR 值的计算。现在已经有非常好的 软件系统来帮助我们进行此种计算，例如：PVsyst，PV-sol，Solargis，RETScreen (见图 2 - 图 5)等等。 这些软件拥有庞大的数据库，包括全球各地天气，光伏组件参数，逆变器，电缆等数据库，其中光辐照量 以往年平均数值作为基础，其他主要设备均设定了相关损耗参数，在计算时还可以手动调整某些相关损耗 数值。根据各个软件要求填入相应预建设电站的地理位置、电站规模、组件信息、逆变器信息等后，软件 就可以自动模拟计算出包括 PR 值在内的光伏电站各种数据。
当使用测量仪来测量直接入射光辐照度时，测量仪的安装角度及方向必须和组件安装一致，这样才能 正确的计算 PR 值，另外还要确保测量仪安装于光伏阵列中间，以使得测量仪和光伏组件能接收到相同量 的光照射和与组件处于相同环境温度中。
电站系统效率 PR 值的最佳评估期间是一年。当然也可以选择较短的时间段，例如，当需要和其他光 伏电站做比较时，最少的评估期也需要一个月，这样一些不适合的环境条件，像短期阴雨天气、低温、某 一时间阴影遮盖组件或光辐照测量仪等情况就不会对计算产生较大的影响。 实测 PR 值的计算：
1|P a ge
站实际发电量和理论应发电量的关系，也说明了电站在扣除了电能损耗(例如：发热损耗和电缆输电损耗) 和运营时电能消耗后，实际有效供电的比例。
每个正在高效运营的光伏电站的 PR 最高理论数值都是 100%，然而在实际运行中，100%这个数值是 不可能达到的，因为光伏电站在运行过程中不可避免的会产生各种电能损耗(例如：光伏组件发热而产生热 能损耗)。但是一个高品质的光伏电站，其系统效率会超过 80%，甚至接近 90%。
2 系统效率的作用
光伏电站系统效率数值能够表明电站发电效率和可靠性有多高。通过系统效率数值可以让一个光伏电 站和其他光伏电站比较电力输出能力，此外还可以进行长期监控电站的性能状态。
在一个固定时间段内测定的系统效率值并不能完全代表比较的绝对性，不过数值可以告诉管理人员电 站性能和输出是否正常：假设一个光伏电站在试运行时状态最佳，由此得出的电站系统效率 PR 值设定为 固定参考值 1，那么经过一段时间的运行后，PR 值就会小于 1，如果这个数值偏差在一定范围内则是允许 的，不过当 PR 值偏差超过正常范围，则说明光伏电站可能开始出现故障了。
在后面我们会讨论有关导致 PR 值偏差的因素。
3 如何计算系统效率 PR 值
为了计算光伏电站系统效率 PR 值，就需要各种参数值。首先要获取光伏电站当地太阳光辐照度数值， 这个可以在电站使用相关测量仪来测量入射光辐照度。另外，我们还需要知道光伏电站组件总的标称功率 容量值，以及测量时间段内光伏电站总的实际关口计量发电量值，这些数据我们都可以根据单个组件标称 功率和数量轻易计算出来和在关口计量表处读取到。
1 什么是光伏电站系统效率
由于光伏电站会建设于地球上的任何位置，各地经纬度不同，环境温度不同，太阳光辐照度不同，气 象条件不同，安装设备不同，因此同样规模的光伏发电站之发电量也会不同，如果通过发电量来评估则是 非常不公正的。如何评判电站质量，那么一个不受外界因素干扰的量化数值就显得尤为重要。光伏电站系 统效率(PR)就是一个测量标准，通常作为电站质量因素来评估电站，这是一个百分比数值，体现了光伏电
通过以上公式计算的 PR 值，将更能体现出组件在系统中的性能状况。 目前在光伏电站的监控系统中均有 PR 值的自动计算。一个优秀的电站监控系统，能够比较准确的计 算出每个设定时期的 PR 值，并统计列表以供运维人员和业主参考。 预期理论 PR 值的计算： 在每个光伏电站项目建设前，我们都会对该项目编制可研报告并对项目进行各方面评估，报告中经济 性评估就有有关电站发电量预期的计算及电站系统效率(PR)的演算。那么一个还未建设的光伏电站，我们 如何计算出 PR 值呢？ 我们知道一个光伏电站所使用的设备材料繁多，从光伏组件板到最后并网发电计量设备，每个环节都 会有一定的能量损耗。这样对每一主要设备我们测量和评估预测其损耗后，将所有损耗计算统计就可以得 出预期理论的 PR 值。有关影响 PR 值的因素，也就是说有关各因素造成的大致损耗情况，我们将在后面 论述。 下面我们看一组公式，来理解预期理论 PR 值是如何倒推计算及各因素的关联性：
4.1 光电转换器因素 光伏组件的温度损耗
温度对光伏组件的作用主要是对太阳能电池片效率性能的影响，组件特性参数中功率温度系数是一个 负值，说明当光伏组件处于低温状态时的发电效率就会提高，这是因为温度低输出电压升高，电流减少， 发电量增加，因此在低温环境中组件发电初始 PR 值会较高，而当其工作一段时间后，随着温度的提高， 其效率也就逐渐下降。
以下因素对 PR 值能够产生影响： 光电转换期因素
- 光伏组件的温度损耗 - 光辐照测量仪偏差(阴影，灰尘、雪、污物等遮盖，计量不准确等) - 光伏阵列组件被阴影，灰尘、雪、污物遮盖 - 低照度弱光损耗 - 相对透射率损耗(组件玻璃对光的反射、散射、折射致光接收损耗) - 电池片导线、组件电缆、二极管损耗 - 组件中电池片功率失配损耗 - 组件实际功率与标称偏差损耗 - 组件电池片与光辐照测量仪电池片技术不同 - 组件与光辐照测量仪倾角、方向偏差损耗 - 光伏组件转换效率因素 系统因素 - 统计记录时间段误差 - 交直流电力电缆传输及接头损耗 - 组串连接失配损耗 - 逆变器效率损耗 - 其他电气设备效率损耗 - 施工不当造成的材料设备额外功率损耗
2|P a ge
DM Y EAC / Day P0
------ (1)
PR E AC / P0 H I / G0
------ (2)
tot
E AC H I AA
------ (3)
EAC：测量期间电站输入电网计量发电量值(kWh) P0： 电站组件装机的标称容量值(Wp) AA： 组件面积(m2) Day：统计天数 HI： 测量期间总辐照量值(kWh/m2) G0： 标准辐照量值 STC (1000W/m2)
此外，国外某些电网公司还会使用其他计算公式，例如如下的有关电站系统效率(PR)的计算方式：
PR
I EAC
1 100
T
mod
TmeasI
/
P0
H I / G0
------ (4)
Байду номын сангаас3|P a ge
EAC：测量期间 I 电站输入电网计量发电量值(kWh) P0： 电站组件装机的标称容量值(Wp) HI： 测量期间 I 总辐照量值(kWh/m2) G0： 标准辐照量值 STC (1000W/m2) β： 组件功率温度影响系数(%/℃) Tmod：组件标称工作温度(℃) TmeasI：测量期间 I 通过组件背板温度计测量出的组件平均温度(℃)
图 2. PVsyst 软件界面
图 3. PV-sol 软件界面
图 5. RETScreen 软件界面
图 4. Solargis 软件界面
4 影响系统效率 PR 值的因素
系统效率是一个纯粹的可变基本定义，在一定因素影响下，PR 值甚至有可能超过 100%，这是因为在
5|P a ge
PR 计算中所用的光伏组件性能特性参数是基于标准测试条件下(辐照度为 1000W/m2，AM 1.5，组件功率 测试温度为 25±2℃)得出的，而在实际运行条件环境中是不一致的，因此会影响系统效率。
LS：系统损耗，电力转换及传输中的损耗， kWh d kWp
Yf：最终实际发电量比，Yf = EAC / P0， kWh d kWp
4|P a ge
PR：Performance Ratio 系统效率，PR = Yf / Yr，以发电设备温度为 25℃时的损耗计算 其他公式(只适用于并网发电系统)： 温度矫正系数：kT = YT / Yr 发电矫正系数：kG = Ya / YT 逆变器效率： nI = Yf / Ya
我国光伏产业近年来发展迅猛，从 2014 年开始中国光伏新增装机量就跃居世界首位，在 2015 年中 国太阳能发电量已达全球光伏发电总量的四分之一。对于大批投产运营的光伏电站，电站运行状况和维护 则将成为工作重点。
PR(Performance Ratio),光伏电站系统效率是光伏电站质量评估中最重要的指标，它是实际发电量和 理论的发电量的比值，不论电站所处位置和太阳光辐照量的多少都不会对此产生较大影响。因此我们可以 通过 PR 数值来比较全世界不同位置的光伏电站发电状况，本文解释了 PR 的概念和功能，并详细讲述如 何计算光伏电站的系统效率及具体哪些因素会直接影响 PR 数值。
Yr LC Ya LS Yf
------ (5)
Yr LCT YT LCM Ya LS Yf ------ (6)
Yr：理论参考发电量比，Yr
=
HI
/
G0，
k Wh / d 1kW
m2 / m2
LC：光电转换期因素损耗，其中包括温度因素损耗 LCT 和非温度因素损耗 LCM， kWh d kWp
Ya：组件阵列发电量，Ya = EA/P0 ，EA 为直流发电量， kWh d kWp
这里面的系统性能比(PR)，就是我们通常所述的电站系统效率，而上面计算公式所提及的系统效率(ηtot)，
则指的是系统光电转换效率。
通过上述公式我们可以开始计算一个时间段内的电站系统效率(PR)，但是这还需要获取两个量值，一
个是测量期间的总发电量(电站计量表总度数)，另外一个是测量期间光伏阵列上的总辐照量。测量辐照量
根据以上知道的有关 PR 计算的相关内容，就可以进行预期理论 PR 值的计算。现在已经有非常好的 软件系统来帮助我们进行此种计算，例如：PVsyst，PV-sol，Solargis，RETScreen (见图 2 - 图 5)等等。 这些软件拥有庞大的数据库，包括全球各地天气，光伏组件参数，逆变器，电缆等数据库，其中光辐照量 以往年平均数值作为基础，其他主要设备均设定了相关损耗参数，在计算时还可以手动调整某些相关损耗 数值。根据各个软件要求填入相应预建设电站的地理位置、电站规模、组件信息、逆变器信息等后，软件 就可以自动模拟计算出包括 PR 值在内的光伏电站各种数据。
当使用测量仪来测量直接入射光辐照度时，测量仪的安装角度及方向必须和组件安装一致，这样才能 正确的计算 PR 值，另外还要确保测量仪安装于光伏阵列中间，以使得测量仪和光伏组件能接收到相同量 的光照射和与组件处于相同环境温度中。
电站系统效率 PR 值的最佳评估期间是一年。当然也可以选择较短的时间段，例如，当需要和其他光 伏电站做比较时，最少的评估期也需要一个月，这样一些不适合的环境条件，像短期阴雨天气、低温、某 一时间阴影遮盖组件或光辐照测量仪等情况就不会对计算产生较大的影响。 实测 PR 值的计算：
1|P a ge
站实际发电量和理论应发电量的关系，也说明了电站在扣除了电能损耗(例如：发热损耗和电缆输电损耗) 和运营时电能消耗后，实际有效供电的比例。
每个正在高效运营的光伏电站的 PR 最高理论数值都是 100%，然而在实际运行中，100%这个数值是 不可能达到的，因为光伏电站在运行过程中不可避免的会产生各种电能损耗(例如：光伏组件发热而产生热 能损耗)。但是一个高品质的光伏电站，其系统效率会超过 80%，甚至接近 90%。
2 系统效率的作用
光伏电站系统效率数值能够表明电站发电效率和可靠性有多高。通过系统效率数值可以让一个光伏电 站和其他光伏电站比较电力输出能力，此外还可以进行长期监控电站的性能状态。
在一个固定时间段内测定的系统效率值并不能完全代表比较的绝对性，不过数值可以告诉管理人员电 站性能和输出是否正常：假设一个光伏电站在试运行时状态最佳，由此得出的电站系统效率 PR 值设定为 固定参考值 1，那么经过一段时间的运行后，PR 值就会小于 1，如果这个数值偏差在一定范围内则是允许 的，不过当 PR 值偏差超过正常范围，则说明光伏电站可能开始出现故障了。
在后面我们会讨论有关导致 PR 值偏差的因素。
3 如何计算系统效率 PR 值
为了计算光伏电站系统效率 PR 值，就需要各种参数值。首先要获取光伏电站当地太阳光辐照度数值， 这个可以在电站使用相关测量仪来测量入射光辐照度。另外，我们还需要知道光伏电站组件总的标称功率 容量值，以及测量时间段内光伏电站总的实际关口计量发电量值，这些数据我们都可以根据单个组件标称 功率和数量轻易计算出来和在关口计量表处读取到。
1 什么是光伏电站系统效率
由于光伏电站会建设于地球上的任何位置，各地经纬度不同，环境温度不同，太阳光辐照度不同，气 象条件不同，安装设备不同，因此同样规模的光伏发电站之发电量也会不同，如果通过发电量来评估则是 非常不公正的。如何评判电站质量，那么一个不受外界因素干扰的量化数值就显得尤为重要。光伏电站系 统效率(PR)就是一个测量标准，通常作为电站质量因素来评估电站，这是一个百分比数值，体现了光伏电
通过以上公式计算的 PR 值，将更能体现出组件在系统中的性能状况。 目前在光伏电站的监控系统中均有 PR 值的自动计算。一个优秀的电站监控系统，能够比较准确的计 算出每个设定时期的 PR 值，并统计列表以供运维人员和业主参考。 预期理论 PR 值的计算： 在每个光伏电站项目建设前，我们都会对该项目编制可研报告并对项目进行各方面评估，报告中经济 性评估就有有关电站发电量预期的计算及电站系统效率(PR)的演算。那么一个还未建设的光伏电站，我们 如何计算出 PR 值呢？ 我们知道一个光伏电站所使用的设备材料繁多，从光伏组件板到最后并网发电计量设备，每个环节都 会有一定的能量损耗。这样对每一主要设备我们测量和评估预测其损耗后，将所有损耗计算统计就可以得 出预期理论的 PR 值。有关影响 PR 值的因素，也就是说有关各因素造成的大致损耗情况，我们将在后面 论述。 下面我们看一组公式，来理解预期理论 PR 值是如何倒推计算及各因素的关联性：
4.1 光电转换器因素 光伏组件的温度损耗
温度对光伏组件的作用主要是对太阳能电池片效率性能的影响，组件特性参数中功率温度系数是一个 负值，说明当光伏组件处于低温状态时的发电效率就会提高，这是因为温度低输出电压升高，电流减少， 发电量增加，因此在低温环境中组件发电初始 PR 值会较高，而当其工作一段时间后，随着温度的提高， 其效率也就逐渐下降。
以下因素对 PR 值能够产生影响： 光电转换期因素
- 光伏组件的温度损耗 - 光辐照测量仪偏差(阴影，灰尘、雪、污物等遮盖，计量不准确等) - 光伏阵列组件被阴影，灰尘、雪、污物遮盖 - 低照度弱光损耗 - 相对透射率损耗(组件玻璃对光的反射、散射、折射致光接收损耗) - 电池片导线、组件电缆、二极管损耗 - 组件中电池片功率失配损耗 - 组件实际功率与标称偏差损耗 - 组件电池片与光辐照测量仪电池片技术不同 - 组件与光辐照测量仪倾角、方向偏差损耗 - 光伏组件转换效率因素 系统因素 - 统计记录时间段误差 - 交直流电力电缆传输及接头损耗 - 组串连接失配损耗 - 逆变器效率损耗 - 其他电气设备效率损耗 - 施工不当造成的材料设备额外功率损耗
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DM Y EAC / Day P0
------ (1)
PR E AC / P0 H I / G0
------ (2)
tot
E AC H I AA
------ (3)
EAC：测量期间电站输入电网计量发电量值(kWh) P0： 电站组件装机的标称容量值(Wp) AA： 组件面积(m2) Day：统计天数 HI： 测量期间总辐照量值(kWh/m2) G0： 标准辐照量值 STC (1000W/m2)
此外，国外某些电网公司还会使用其他计算公式，例如如下的有关电站系统效率(PR)的计算方式：
PR
I EAC
1 100
T
mod
TmeasI
/
P0
H I / G0
------ (4)
Байду номын сангаас3|P a ge
EAC：测量期间 I 电站输入电网计量发电量值(kWh) P0： 电站组件装机的标称容量值(Wp) HI： 测量期间 I 总辐照量值(kWh/m2) G0： 标准辐照量值 STC (1000W/m2) β： 组件功率温度影响系数(%/℃) Tmod：组件标称工作温度(℃) TmeasI：测量期间 I 通过组件背板温度计测量出的组件平均温度(℃)
图 2. PVsyst 软件界面
图 3. PV-sol 软件界面
图 5. RETScreen 软件界面
图 4. Solargis 软件界面
4 影响系统效率 PR 值的因素
系统效率是一个纯粹的可变基本定义，在一定因素影响下，PR 值甚至有可能超过 100%，这是因为在
5|P a ge
PR 计算中所用的光伏组件性能特性参数是基于标准测试条件下(辐照度为 1000W/m2，AM 1.5，组件功率 测试温度为 25±2℃)得出的，而在实际运行条件环境中是不一致的，因此会影响系统效率。
LS：系统损耗，电力转换及传输中的损耗， kWh d kWp
Yf：最终实际发电量比，Yf = EAC / P0， kWh d kWp
4|P a ge
PR：Performance Ratio 系统效率，PR = Yf / Yr，以发电设备温度为 25℃时的损耗计算 其他公式(只适用于并网发电系统)： 温度矫正系数：kT = YT / Yr 发电矫正系数：kG = Ya / YT 逆变器效率： nI = Yf / Ya
我国光伏产业近年来发展迅猛，从 2014 年开始中国光伏新增装机量就跃居世界首位，在 2015 年中 国太阳能发电量已达全球光伏发电总量的四分之一。对于大批投产运营的光伏电站，电站运行状况和维护 则将成为工作重点。
PR(Performance Ratio),光伏电站系统效率是光伏电站质量评估中最重要的指标，它是实际发电量和 理论的发电量的比值，不论电站所处位置和太阳光辐照量的多少都不会对此产生较大影响。因此我们可以 通过 PR 数值来比较全世界不同位置的光伏电站发电状况，本文解释了 PR 的概念和功能，并详细讲述如 何计算光伏电站的系统效率及具体哪些因素会直接影响 PR 数值。
