分布式光伏电站发电量提升措施分析.pdf

26doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.04.007应用能源技术2023年第4 期（总第3 0 4 期）分布式光伏电站发电量提升措施分析张程（天津国电电力新能源开发有限公司，天津3 0 0 2 0 1）摘要：在碳达峰、碳中和战略部署背景下，新能源行业作为实现碳达峰、碳中和目标主要对象，分布式光伏电站作为一种清洁、可再生的能源发电方式，得到了快速发展。由于分布式光伏电站的发电量受到多种因素的影响，如光伏组件的质量和性能、倾角和方向的选择，以及天气和季节的变化等，影响着发电量，阻碍着光伏电站的长久发展。本文分析影响分布式光伏电站发电量的主要因素，并对具体的发电量提升策略进行研究，以期实现光伏发电的高效、稳定、长久运行。关键词：分布式；光伏电站；发电量中图分类号:TM615Analysis of Measures to Improve Electricity Generation inDistributed Photovoltaic Power Stations(China Guodian Power New Energy Development Co.Ltd.,Tianjin 300201,China)Abstract:Against the backdrop of the strategic deployment of carbon peaking and carbon neutrality,the new energy industry plays a crucial role in achieving these goals.Distributed photovoltaic powerstations,as a clean and renewable energy generation method,have experienced rapid development.However,the electricity generation of distributed photovoltaic power stations is influenced by variousfactors,such as the quality and performance of photovoltaic modules,the selection of tilt angle anddirection,as well as changes in weather and seasons.These factors impact electricity generation,hindering the sustained development of photovoltaic power stations.This paper analyzes the mainfactors affecting the electricity generation of distributed photovoltaic power stations and exploresspecific strategies to enhance electricity generation,aiming to achieve efficient,stable,and long-term operation of photovoltaic power generation.Key words:distributed;photovoltaic power station;electricity generation0 引言分布式光伏电站具有灵活性高、建设周期短、投资成本低等特点，因此在能源领域得到了广泛应用。由于影响因素的存在,分布式光伏电站的发电量往往无法达到最大化。因此需要研究并相应的策略，以提升分布式光伏电站的发电量，提高收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 2 修订日期：2 0 2 3-0 3-2 5作者简介：张程（198 7），男，本科，工程师,研究方向为光伏及风力发电、新能源工程管理。文献标志码：AZHANG Cheng其经济效益和环境效益。1分布式光伏电站的特点与集中式光伏电站相比，分布式光伏电站具有如下特征，首先，分布式光伏电站通常由多个小型光伏系统构成,每个系统具有独立性,因此其运维更为灵活、方便。在其投人使用时,若某个光伏组件出现故障需要维护，只需针对单一组件进行修复即可，不会干扰其他系统的运行，因此停机率文章编号：10 0 9-3 2 3 0(2 0 2 3)0 4-0 0 2 6-0 52023年第4 期（总第3 0 4 期）较低。而集中式光伏电站往往需要以停机的方式对整个电站进行维护，导致发电的效率收到影响。其次,分布式光伏电站的布置位置大多数为建筑物屋顶等空间。通过这种方式，能够更好地与实际负载相接近,因此,输电过程中的损耗较少。与此同时，分布式光伏电站采用直流电汇集的方式进行设置，从而能够进一步提高电能转换效率。而集中式光伏电网通常需要对电能进行远距离输送，导致输电过程中的能量损耗较大。此外,由于设置在屋顶，因此分布式光伏电站可以通过通风、布置喷洒装置等方式来有效降低光伏组件的温度,以减小高温降低光电转换效率的程度。同时，这一方式还能够在无干扰的状态下充分利用外界空气流动来降低温度，使发电效率得到进一步提升。而集中式光伏电站通常建立于地面,其通风性相对较弱,且温度的降低也容易受到干扰。最后,根据建筑物屋顶的朝向和形状的不同特征,分布式光伏电站可以通过多种形式进行安装，使建筑物的空间得到更好地利用，提升组件的设置密度，从而提高发电容量。而集中式光伏电站通常为大面积地面布置的方式，因此难以进行灵活化的布局。2影响分布式光伏电站发电量的主要因素2.1光伏组件的质量与性能光伏组件的转换效率是影响发电量的关键因素之一，通常来说，转换效率越高，光伏组件从太阳光中吸收的能量就越多,相应地发电量也会增加。同时,光伏组件的温度特性对发电量也有显著影响。光伏组件在工作过程中会产生热量，而温度的升高会降低组件的转换效率。因此，优质的光伏组件应具备较低的温度系数，能够在高温环境下保持较好的转换效率，从而提高发电量。就实际而言，高质量的光伏组件在高温条件下的转换效率损失率可能只有0.2 5%/，而一般的光伏组件可能达到0.5%/。不同光伏组件对应用能源技术于不同波长的光线的吸收能力并不相同。因此，光伏组件的光谱响应性能就决定了它能否高效地转化不同波长的光线为电能。优质的光伏组件应具备较广的光谱响应范围，能够充分利用太阳光的各个波长，提高发电量2 。2.2倾角与方向的选择对于不同地理位置和季节变化，选择合适的倾角可以使光伏组件更好地吸收太阳能。倾斜角是光伏阵列平面与水平地面的夹角,方位角和高度角可如图1所示。斜面上接收太阳总辐射量达到最大值时，称为最佳倾角，太阳辐射能达到最大,全年发电量也最大。例如,在北半球的地区，夏季时倾角应较小，以便光伏组件能够更接近地平面,从而更充分地接收太阳辐射。而在冬季时，倾角应较大，以便光伏组件能够更垂直地面对太阳光,最大程度地捕捉太阳能。而在方向的选择方面，通常来说，光伏组件应面向太阳方向以最大限度地接收太阳能。在北半球的地区,朝向正南方是最常见的选择，因为在大部分时间里太阳位于南方。然而,对于特定地理位置和季节变化,有时可能需要略微调整方向,以便更好地捕捉太阳能。例如,在冬季时，太阳的高度较低，此时光伏组件可能需要朝向稍微偏离正南方的方向，以便更好地接收太阳辐射。高度角S方位角E图1方位角和高度角2.3天气和季节的影响日照时间直接影响着光伏电站接收太阳能的时间，而云层越厚，对太阳辐射的吸收和反射就越大,从而减少了光伏电站接收到的太阳能。因此，27太阳W28阴雨天气或者多云天气会导致分布式光伏电站发电量的减少。在季节方面,在不同季节,太阳高度角和日照时间都会发生变化，从而影响太阳辐射强度的大小。例如,在冬季时，太阳高度角较低，日照时间较短，光伏电站接收到的太阳能较少，因此发电量也会相应减少。而在夏季时,太阳高度角较高，日照时间较长,光伏电站接收到的太阳能较多,因此发电量也会相应增加。根据中国气象局公布的数据，2 0 19年全国平均晴天日数为116天，而平均阴雨天数则为14 4 天。这表明,阴雨天气对分布式光伏电站发电量的影响是不可忽视的。此外，根据中国建筑科学研究院发布的数据，北京市在不同季节的太阳高度角变化范围为13.573.2之间，这说明太阳高度角的变化对分布式光伏电站发电量的影响非常显著。3提升分布式光伏电站发电量的策略3.1优化倾角和方向通过根据地理位置和季节变化选择合适的倾角和朝向，可以使光伏组件更好地接收太阳辐射，从而提高发电效率。优化光伏组件的倾角和朝向是提高光伏电站发电效率的重要手段。为了确定最佳的倾角和朝向，可以借助专业的光伏组件安装角度计算工具，从而能够根据具体的地理位置、季节和天气条件等因素，进行精确的计算和调整，以提高光伏电站的发电效率。具体来说，首先，通过利用计算工具考虑地理位置的经纬度信息。经纬度信息反映了光伏电站所处的地理位置，不同地区的太阳高度角和太阳方位角会有所差异。通过输入地理位置的经纬度信息，计算工具可以准确地确定太阳在不同时间和日期的位置，从而帮助确定最佳的倾角和朝向。例如,在北半球地区，光伏组件在夏季的倾角范围为15 2 5,方向为正南；而在冬季的倾角范围为3 5 4 5,方向为正南偏西或正南偏东。其次，考虑季节变化的因素。随着季节的变化,太阳高度角和太阳方位角也会发生变化。例如,在冬季时太阳辐射角度较应用能源技术低，而在夏季时太阳辐射角度较高。根据不同季节的太阳辐射角度变化,计算工具可以推荐相应的倾角和朝向,以使光伏组件能够最大程度地接收到太阳辐射。最后，对天气条件。天气因素如云量、阴影等会对光伏电站的发电效率产生影响的要素进行考虑。一些高级的工具会使用气象数据来预测未来的天气状况，并根据天气预报为光伏组件推荐最佳的倾角和朝向。这样可以在光照条件不佳时，通过调整倾角和朝向来最大限度地提高发电效率3 3.2优化系统设计和布局在光伏电站的布局方面，需要避免阴影遮挡现象。阴影会导致光伏组件接收到的太阳辐射减少,从而降低了发电效率。因此,光伏电站的布局应尽量避免建筑物、树木或其他障碍物对光伏组件的阴影覆盖。在选址时，应选择开阔无遮挡的场地，并确保光伏组件能够充分暴露在阳光下。此外,还可以利用遥感技术和三维建模技术对场地进行评估和分析,以确定最佳的布局方案。而在系统设计方面，需要避免光伏组件之间的相互遮挡。相互遮挡会造成部分光伏组件的发电效率降低,进而降低整个光伏电站的发电量。为了避免相互遮挡,可以采用合理的组件排列方式，例如,采用并排、分级或斜面布置方式，并将间距控制在1.5倍于组件的高度以内。为了避免相互遮挡现象,组件的纵横比应不超过3:1。此外，在设计电站的电气布线方案时，也应合理安排组串之间的连接和电缆布置，以减少阴影对光伏组件的遮挡。另外,还可以利用先进的光伏组件技术来提升发电量。例如,采用高效率的光伏组件、双面发光板、聚光型太阳能系统等，可以增加光伏组件的发电效率。最后,通过建立监测与维护系统,及时发现并解决系统中可能存在的故障和问题,确保光伏电站的正常运行。定期对光伏组件进行清洁和维护，保持组件表面的清洁度和光吸收效率，进一步提升发电量。为此,应每3 个月进行一次2023年第4 期（总第3 0 4 期）2023年第4 期（总第3 0 4 期）定期清理。采用合理的布局方案、优化的组件排列方式和电气布线方案，结合先进的光伏组件技术和监测维护系统，可以有效提升分布式光伏电站的发电效率和经济效益，推动可持续能源的发展4 。3.3综合考虑天气和季节的变化为了综合性地对天气和季节的变化进行考虑，首先，了解当地的天气和季节变化情况。通过收集和分析历史气象数据、天气预报以及季节性变化的特点等信息，可以更好地预测不同时间段的天气状况，为电站的运营策略制定提供依据。温度每升高1，光伏组件的发电效率大约下降0.5%0.7%。在阴雨天气下，由于阳光辐射减少,光伏组件的发电效率会受到影响,发电效率普遍下降10%2 0%。为了应对这种情况,可以根据天气预报提前调整电站的运行模式。例如，在阴雨天气预计持续较长时间时，可以降低光伏组件的工作温度，以减少光伏组件的温度效应损失，并且调整逆变器的工作参数，以提升电站的整体发电效率。其次，合理安排维护和检修工作。在不同的季节中，可以根据天气情况，选择合适的时间进行组件清洁、维护和检修工作。例如，在春季和夏季多雨的地区，可以选择晴朗的天气进行清洁和维护工作，以确保光伏组件表面的清洁度和光吸收效率。而在干旱季节，可以重点关注组件的散热和防尘措施，以保持组件的正常运行。3.4加强物联网技术的应用为了进一步提升分布式光伏电站的发电量，可以对物联网技术加以应用，建立光伏物联网体系。为此，首先，通过在光伏电站中部署传感器和监测设备，可以实时监测光伏组件的工作状态、温度、光照强度等关键参数。这些传感器可以将收集到的数据通过网络传输到数据中心，进行实时的数据分析和处理。运营人员可以通过远程监控应用能源技术系统随时了解电站的运行情况，及时发现故障、异常或低效问题,并采取相应的措施进行调整和修复,从而提高光伏组件的利用率和发电效率。例如,传感器通常每5min采集一次数据,有助于了解光伏组件所接受到的太阳能辐射能量。其次，通过对历史气象数据、天气预报、电网负荷等多种数据进行综合分析,可以建立预测模型，准确预测未来的天气情况和电力需求。运营人员可以根据这些预测结果制定合理的维护计划，及时进行清洁、检修和更换操作，保持光伏组件的正常工作状态，减少因故障或低效而造成的发电损失。3.5力加强与储能装置的协同应用通过与电网、储能系统等其他能源设备的连接，可以实现电站与周边能源系统的数据交互和协同控制。通过对能源数据的综合分析和优化调度，可以实现最大限度地匹配电力供需，提高发电量和能源利用效率。例如,在电网负荷早高峰期，可以通过与储能系统的协同运行，以确保电能充足，而在下午的电网负荷适中期，可以仅通过光伏电站发电,并对储能系统进行充电，以确保晚高峰的用电量,最大限度地提升发电量，提高电力利用率。其中,锂离子电池的循环寿命为3 0 0 0 5000次，其能量密度高、充放电效率较高、具有较快的相应速度，然而，锂离子电池的经济成本较高，且安全系数相对较低；而铅酸电池的循环寿命为50 0 10 0 0 次,因其技术较为成熟,所以成本较低，然而铅酸电池的质量较大、循环寿命较短、充放电效率较低；此外超级电容器的循环寿命大于10 0*10 次，这种储能装置具有响应效率快、充放电快、使用寿命长等优点，然而，其能量密度低，自放电较大。在光伏电站与储能系统协同运行的过程中，应结合实际情况，合理选择储能设备。就实际的使用效果来看,某电站将储能装置进行协同应用之后，负荷的变化情况见表1。2930表1时段0 时 8 时(谷时)8 时 12 时(峰时)12 时 17 时(平时)17 时 2 1 时(峰时)21 时 0 时(平时)4结束语文章针对分布式光伏电站的发电量提升问题,分析了其特点和影响因素,并提出了优化倾角和方向、加强系统设计和布局、综合考虑天气和季节变化以及加强物联网技术应用等策略。通过采取这些措施，能够有效提升分布式光伏电站的发电量,提高电站的经济效益和环境效益。未来，可以进一步探索其他有效的提升策略,以进一步优化分布式光伏电站的发电性能，推动清洁能源的发展和利用。应用能源技术协同应用后的负载变化情况不计光储的主变分布式光伏电站运行后的运行策略负荷/MW25.2光伏电站不发电，储能系统充电33.7光伏电站发电，储能系统放电32.0光伏电站发电，储能系统充电28.3光伏电站不发电，储能系统放电28.8光伏电站不发电，储能系统待机1 杨晨洲.分布式光伏电站发电效率提升策略研究J.光源与照明,2 0 2 3(9):12 3 -12 5.2孙和通.分布式光伏电站经济性指标优化分析J.邮电设计技术,2 0 2 3(6)：7 3-7 9.3陈洪明.分布式光伏电站发电量提升路径研究J.光源与照明,2 0 2 3(1):13 0-13 2.4胡华友，朱高麟，吴云来，并网型分布式光伏电站待机运行状态下的降损优化策略J.太阳能,2 0 2 0(6):49-54.2023年第4 期（总第3 0 4 期）计光储的主变主变负负荷影响/MW负荷/MW2.527.7-14.019.7-9.422.6-2.425.9028.8参考文献载率/%69.349.356.664.871.8