光伏并網電站系統效率及改善措施淺析
1 前言
太陽能光伏發電在21世紀會占據世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規能源，而且將成為世界能源供應的主體。預計到2030年，可再生能源在總能源結構中將占到30%以上，而太陽能光伏發電在世界總電力供應中的占比也將達到10%以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能光伏發電將占總電力的20%以上；到21世紀末，可再生能源在能源結構中將占到80%以上，太陽能發電將占到60%以上。這些數字足以顯示出太陽能光伏產業的發展前景及其在能源領域重要的戰略地位。
近幾年我國光伏產業發展迅猛，2011年國內光伏發電新增裝機容量已超過2GW，對于大批進入運營階段的光伏電站，電站運行狀況的檢測和運行維護工作將成為重點。
光伏并網電站的系統效率是表征光伏電站運行性能的最終指標，在電站容量和光輻照量一致的情況下，系統效率越高代表發電量越大，因此分析影響光伏并網電站的系統效率的各個因素及改善系統發電效率是光伏電站設計及運維的重點，本文就光伏并網電站系統效率及改善措施進行討論。
2 光伏并網電站系統效率分析
影響發電量的關鍵因素是系統效率，系統效率主要考慮的因素有：灰塵、雨水遮擋引起的效率降低、溫度引起的效率降低、組件串聯不匹配產生的效率降低、逆變器的功率損耗、直流交流部分線纜功率損耗、變壓器功率損耗、跟蹤系統的精度等等。
多晶硅發電系統效率的模擬計算：
1）灰塵、雨水遮擋引起的效率降低
大型光伏電站一般都是地處戈壁地區，風沙較大，降水很少，考慮有管理人員人工清理方陣組件頻繁度一般的情況下，采用衰減數值：8%；
2）溫度引起的效率降低
太陽能電池組件會因溫度變化而輸出電壓降低、電流增大，組件實際效率降低，發電量減少，因此，溫度引起的效率降低是必須要考慮的一個重要因素，在設計時考慮溫度變化引起的電壓變化，并根據該變化選擇組件串聯數量，保證組件能在絕大部分時間內工作在最大跟蹤功率范圍內，考慮0.45%/K的功率變化、考慮各月輻照量計算加權平均值，可以計算得到加權平均值，因不同地域環境溫度存在一定差異，對系統效率影響存在一定差異，因此考慮溫度引起系統效率降低取值為3%。
3）組件串聯不匹配產生的效率降低
由于生產工藝問題，導致不同組件之間功率及電流存在一定偏差，單塊電池組件對系統影響不大，但光伏并網電站是由很多電池組件串并聯以后組成，因組件之間功率及電流的偏差，對光伏電站的發電效率就會存在一定的影響。
組件串聯因為電流不一致產生的效率降低，選擇該效率為2%的降低。
4）直流部分線纜功率損耗
根據設計經驗，常規20MWp光伏并網發電項目使用光伏專用電纜用量約為350km，匯流箱至直流配電柜的電力電纜（一般使用規格型號為ZR-YJV22-1kV-2*70mm2）用量約為35km，經計算得直流部分的線纜損耗3%。
5）逆變器的功率損耗
目前國內生產的大功率逆變器（500kW）效率基本均達到97.5%的系統效率，并網逆變器采用無變壓器型，通過雙分裂變壓器隔離2個并聯的逆變器，逆變器內部不考慮變壓器效率，即逆變器功率損耗可為97.5%，取97.5%。
6）交流線纜的功率損耗
由于光伏并網電站一般采用就地升壓方式進行并網，交流線纜通常為高壓電纜，該部分損耗較小，計算交流部分的線纜損耗約為1%。
7）變壓器功率損耗
變壓器為成熟產品，選用高效率變壓器，變壓器效率為98%，即功率損耗計約為2%。
綜合以上各部分功率損耗，測算系統各項效率：組件灰塵損失、組件溫度效率損失、組件不匹配損失、線路壓降損失、逆變器效率、升壓變壓器效率、交流線路損失等，可以計算得出光伏電站系統效率：
系統效率：η=（1-8%）*（1-3%）*（1-2%）*（1-3%）*（1-2.5%）*（1-1%）*（1-2%）=80.24%。
經過以上分析，可以得出光伏并網電站系統效率通常為80%。
3 系統效率改善措施
3.1 加強太陽能電池組件清洗
受沙塵、陰雨等影響太陽能電池組件的發電效率衰減約8%，對光伏電站的發電量影響很大，可采用聘請專業人員經常清洗電池組件，對光伏電站的系統效率的提高有明顯的作用，經對寧夏某20MWp光伏電站進行實地考察，清洗太陽能電池組件后，光伏電站發電量增加約100萬度，光伏電站系統效率提高約3%。
3.2 采用組件最優分選
采用組件分選設計，對組件按實測參數進行電流、電壓的按檔分選，由組件廠家按分選方案進行箱、托、車的包裝，并按此分選設計進行組件組串設計、安裝，可降低組串功率損失1～2%，對于系統整體發電量來說每年可多發電3.2～6.4萬度，經濟效益明顯。
3.3 組件接線最優化設計
太陽能電池組件自帶電纜長度一般為1m，在常規情況下相鄰組件進行串聯后匯至匯流箱，電池組件自帶電纜余量較大，若將太陽能電池組件改為跨接形式，不僅可以充分利用電池組件自帶電纜，每組方陣還可以節省近四分之一的光伏專用電纜。
對于20MWp光伏并網發電項目，太陽能電池板匯線使用的光伏專用電纜用量一般為350km左右，改用上述連接方式，可提高了組件自帶連接線的利用率，從而減少光伏電纜的使用量，目前該連接方式已在光伏電站進行推廣，光伏電纜使用量減少到320km，減少光伏電站用量約40km，進而提高了光伏電站的發電效率。
3.4 采用傾角可調支架
單軸及雙軸跟蹤系統已經在很多光伏電站進行試運行，但由于存在跟蹤精度、設備穩定性、設備造價等問題，一直影響光伏跟蹤系統大批量投入運行。
可調支架由于采用人工調節，造價較跟蹤系統有很大的降低，可調支架是根據各季度輻射情況，通過人工調節支架傾角，進而達到提高系統效率的作用。
傾角可調支架可根據各季度輻射情況，對支架傾角進行調節，達到該季度的最佳傾角，以增加發電量，可調支架的傾角調節次數可以按照季度進行調節，也可以按照月份進行調節，經計算使用傾角可調支架可以增加5%左右的發電量。
3.5 變壓器選型
對于變壓器選擇，提高光伏系統的發電效率還可以選用非晶合金變壓器，常規變壓器的效率普遍都在98%左右，而且空載損耗很大。
非晶合金變壓器的空載損耗及空載電流都很小，一般只有常規變壓器的三分之一，而非晶合金變壓器的效率為99%，
若采用非晶合金變壓器，光伏電站的發電效率至少可以提高1%，但由于非晶合金變壓器造價較高，在光伏發電項目上還未得到應用。
4 小結
我國太陽能資源非常豐富，大多數地區平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，太陽能資源開發利用的潛力非常廣闊，近幾年大型光伏電站實現了跨越式發展，全國各地兆瓦級以上電站出現很多，尤以青海、新疆居多。
本文主要闡述了光伏并網電站的發電效率及改善措施，對光伏并網電站的設計及運行存在一定的技術指導作用。
太陽能光伏發電在21世紀會占據世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規能源，而且將成為世界能源供應的主體。預計到2030年，可再生能源在總能源結構中將占到30%以上，而太陽能光伏發電在世界總電力供應中的占比也將達到10%以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能光伏發電將占總電力的20%以上；到21世紀末，可再生能源在能源結構中將占到80%以上，太陽能發電將占到60%以上。這些數字足以顯示出太陽能光伏產業的發展前景及其在能源領域重要的戰略地位。
近幾年我國光伏產業發展迅猛，2011年國內光伏發電新增裝機容量已超過2GW，對于大批進入運營階段的光伏電站，電站運行狀況的檢測和運行維護工作將成為重點。
光伏并網電站的系統效率是表征光伏電站運行性能的最終指標，在電站容量和光輻照量一致的情況下，系統效率越高代表發電量越大，因此分析影響光伏并網電站的系統效率的各個因素及改善系統發電效率是光伏電站設計及運維的重點，本文就光伏并網電站系統效率及改善措施進行討論。
2 光伏并網電站系統效率分析
影響發電量的關鍵因素是系統效率，系統效率主要考慮的因素有：灰塵、雨水遮擋引起的效率降低、溫度引起的效率降低、組件串聯不匹配產生的效率降低、逆變器的功率損耗、直流交流部分線纜功率損耗、變壓器功率損耗、跟蹤系統的精度等等。
多晶硅發電系統效率的模擬計算：
1）灰塵、雨水遮擋引起的效率降低
大型光伏電站一般都是地處戈壁地區，風沙較大，降水很少，考慮有管理人員人工清理方陣組件頻繁度一般的情況下，采用衰減數值：8%；
2）溫度引起的效率降低
太陽能電池組件會因溫度變化而輸出電壓降低、電流增大，組件實際效率降低，發電量減少，因此，溫度引起的效率降低是必須要考慮的一個重要因素，在設計時考慮溫度變化引起的電壓變化，并根據該變化選擇組件串聯數量，保證組件能在絕大部分時間內工作在最大跟蹤功率范圍內，考慮0.45%/K的功率變化、考慮各月輻照量計算加權平均值，可以計算得到加權平均值，因不同地域環境溫度存在一定差異，對系統效率影響存在一定差異，因此考慮溫度引起系統效率降低取值為3%。
3）組件串聯不匹配產生的效率降低
由于生產工藝問題，導致不同組件之間功率及電流存在一定偏差，單塊電池組件對系統影響不大，但光伏并網電站是由很多電池組件串并聯以后組成，因組件之間功率及電流的偏差，對光伏電站的發電效率就會存在一定的影響。
組件串聯因為電流不一致產生的效率降低，選擇該效率為2%的降低。
4）直流部分線纜功率損耗
根據設計經驗，常規20MWp光伏并網發電項目使用光伏專用電纜用量約為350km，匯流箱至直流配電柜的電力電纜（一般使用規格型號為ZR-YJV22-1kV-2*70mm2）用量約為35km，經計算得直流部分的線纜損耗3%。
5）逆變器的功率損耗
目前國內生產的大功率逆變器（500kW）效率基本均達到97.5%的系統效率，并網逆變器采用無變壓器型，通過雙分裂變壓器隔離2個并聯的逆變器，逆變器內部不考慮變壓器效率，即逆變器功率損耗可為97.5%，取97.5%。
6）交流線纜的功率損耗
由于光伏并網電站一般采用就地升壓方式進行并網，交流線纜通常為高壓電纜，該部分損耗較小，計算交流部分的線纜損耗約為1%。
7）變壓器功率損耗
變壓器為成熟產品，選用高效率變壓器，變壓器效率為98%，即功率損耗計約為2%。
綜合以上各部分功率損耗，測算系統各項效率：組件灰塵損失、組件溫度效率損失、組件不匹配損失、線路壓降損失、逆變器效率、升壓變壓器效率、交流線路損失等，可以計算得出光伏電站系統效率：
系統效率：η=（1-8%）*（1-3%）*（1-2%）*（1-3%）*（1-2.5%）*（1-1%）*（1-2%）=80.24%。
經過以上分析，可以得出光伏并網電站系統效率通常為80%。
3 系統效率改善措施
3.1 加強太陽能電池組件清洗
受沙塵、陰雨等影響太陽能電池組件的發電效率衰減約8%，對光伏電站的發電量影響很大，可采用聘請專業人員經常清洗電池組件，對光伏電站的系統效率的提高有明顯的作用，經對寧夏某20MWp光伏電站進行實地考察，清洗太陽能電池組件后，光伏電站發電量增加約100萬度，光伏電站系統效率提高約3%。
3.2 采用組件最優分選
采用組件分選設計，對組件按實測參數進行電流、電壓的按檔分選，由組件廠家按分選方案進行箱、托、車的包裝，并按此分選設計進行組件組串設計、安裝，可降低組串功率損失1～2%，對于系統整體發電量來說每年可多發電3.2～6.4萬度，經濟效益明顯。
3.3 組件接線最優化設計
太陽能電池組件自帶電纜長度一般為1m，在常規情況下相鄰組件進行串聯后匯至匯流箱，電池組件自帶電纜余量較大，若將太陽能電池組件改為跨接形式，不僅可以充分利用電池組件自帶電纜，每組方陣還可以節省近四分之一的光伏專用電纜。
對于20MWp光伏并網發電項目，太陽能電池板匯線使用的光伏專用電纜用量一般為350km左右，改用上述連接方式，可提高了組件自帶連接線的利用率，從而減少光伏電纜的使用量，目前該連接方式已在光伏電站進行推廣，光伏電纜使用量減少到320km，減少光伏電站用量約40km，進而提高了光伏電站的發電效率。
3.4 采用傾角可調支架
單軸及雙軸跟蹤系統已經在很多光伏電站進行試運行，但由于存在跟蹤精度、設備穩定性、設備造價等問題，一直影響光伏跟蹤系統大批量投入運行。
可調支架由于采用人工調節，造價較跟蹤系統有很大的降低，可調支架是根據各季度輻射情況，通過人工調節支架傾角，進而達到提高系統效率的作用。
傾角可調支架可根據各季度輻射情況，對支架傾角進行調節，達到該季度的最佳傾角，以增加發電量，可調支架的傾角調節次數可以按照季度進行調節，也可以按照月份進行調節，經計算使用傾角可調支架可以增加5%左右的發電量。
3.5 變壓器選型
對于變壓器選擇，提高光伏系統的發電效率還可以選用非晶合金變壓器，常規變壓器的效率普遍都在98%左右，而且空載損耗很大。
非晶合金變壓器的空載損耗及空載電流都很小，一般只有常規變壓器的三分之一，而非晶合金變壓器的效率為99%，
若采用非晶合金變壓器，光伏電站的發電效率至少可以提高1%，但由于非晶合金變壓器造價較高，在光伏發電項目上還未得到應用。
4 小結
我國太陽能資源非常豐富，大多數地區平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，太陽能資源開發利用的潛力非常廣闊，近幾年大型光伏電站實現了跨越式發展，全國各地兆瓦級以上電站出現很多，尤以青海、新疆居多。
本文主要闡述了光伏并網電站的發電效率及改善措施，對光伏并網電站的設計及運行存在一定的技術指導作用。
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