在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能光伏組件是實現(xiàn)光能到電能轉化的基本門戶，太陽能光伏組件的功率大小、轉換效率及電池片材質(zhì)等對于能量的轉換輸出起著決定性的作用。本文通過分析安裝于美國華盛頓州實際運行1年以上且太陽能光伏組件功率為280W的系統(tǒng)的長達一年的詳細監(jiān)控數(shù)據(jù)，分析了同一型號太陽能光伏組件之間在實際運行中的差異性，在一年不同月份、不同的光照條件下太陽能光伏組件實際輸出功率與其標稱值之間的關系以及同一型號的大組件在實際運行過程中發(fā)電量上的提升分析。

1、系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)簡介

本報告共選取4套位于美國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：

每日的太陽輻射-水平線/傾斜及可理解為每天峰值日照時數(shù);

峰值日照時數(shù)：通常表示日照輻射量達到1000W/m?2;時所持續(xù)或等效持續(xù)的時間。

2 、數(shù)據(jù)分析

2.1 同一臺逆變器的2塊直流輸入端的發(fā)電差異分析

通過對比同一臺逆變器下2塊板子之間的累計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，這是組件本身所無法避免的差異性，也是組串逆變器無法改變的發(fā)電差異損失。

表2.1 4臺微型逆變器(抽取)每個直流輸入端發(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能光伏組件在各功率段工作時間的占比情況數(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間占比表

注：

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

263W表示逆變器滿功率輸出且不存在由于功率限制導致的能量損失時，此時太陽能組件最大直流輸出功率值。

圖2.2 太陽能光伏組件每月各功率段輸出的占比柱形圖

通過以上表圖可以看出，光伏組件在一定光照條件下，組件的實際輸出功率值可以達到甚至超過組件STC條件下的標稱值的93.93%;從觀測一整年的數(shù)據(jù)來看，280W的組件在華盛頓州地區(qū)的光照條件下，超過95%以上的時間工作在逆變器的滿功率輸出要求的直流輸入功率范圍以內(nèi)，平均超過263W的工作時間占到全年有效的工作時間的0.64%，按照理想情況下計算得出由于逆變器的功率限制導致的發(fā)電量損失的占全年發(fā)電量的0.134%。

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

2.3 不同功率組件的年發(fā)電量對比

通過對比華盛頓州地區(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)，記錄了時間曲線從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)電量曲線中可以明顯看出280W組件相對于250W組件來說，其發(fā)電量在不同月份表現(xiàn)出來的明顯的發(fā)電量提升。

圖2.3 不同功率光伏組件每月的發(fā)電量曲線圖

注：數(shù)據(jù)來源于EMA監(jiān)控數(shù)據(jù)

對比以上數(shù)據(jù)可知，280W組件一年的實際發(fā)電量比250W組件一年的實際發(fā)電量高出12.19%。在實際的發(fā)電過程中，發(fā)電量與實際功率并非一種線性關系，而光伏系統(tǒng)發(fā)電量受光照條件、溫度、遮擋、設備損耗、線損等多種因素影響，從這套實際的數(shù)據(jù)對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。實際的多發(fā)電量遠大于由于逆變器設備的功率限制而導致的發(fā)電量損失，整體呈現(xiàn)多發(fā)電的趨勢。

2.4 不同功率組件理想情況下線性推演

表2.4.1理想情況下不同標稱功率組件對于微逆系統(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月的組件美國市場價格)計算。

2)25年發(fā)電量預測，第二年系統(tǒng)衰減按照1%計算，以后每年按照組件的線性衰減率0.86%估算得出25年的發(fā)電量，通過不同的FIT值計算得出25年的凈收益情況。

結合以上4套華盛頓州地區(qū)光伏系統(tǒng)的實際年發(fā)電量和當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)來看，在每年的4月份~9月份，平均每天峰值日照時數(shù)在4小時以上時，光伏系統(tǒng)的發(fā)電量在此階段有明顯提升，同時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，整個年發(fā)電量的提升值要遠大于超限損失值。通過計算不同組件的度電收益情況分析前期投入和后期回報的關系。

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250W的組件，在標準情況下，當組件標稱功率增加時，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25年發(fā)電凈收益

從上圖可以看出，當組件價格一定，由于大組件的多發(fā)電優(yōu)勢，投資者均可以在有限的時間內(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：?以上案例為美國華盛頓地區(qū)實例，具體光伏系統(tǒng)的光照條件、投資回報與實際安裝環(huán)境、各區(qū)域上網(wǎng)電價有關。

3 、結論總結

綜合上述圖表分析，可以得出以下結論：

1)同一型號的組件，在同樣的地點、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，這是組串逆變器無法改變的問題;

2)在華盛頓州，一定的光照條件下，組件實際輸出的功率值是可以達到STC標測情況下功率值的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95%的發(fā)電時間工作在263W以內(nèi)，即逆變器達到滿功率輸出時對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致的實際發(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。在長期看來，大組件的配置可以獲得比前期投入高很多的投資收益;

5)通過理想情況下的線性推演可以看出，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。

6)通過不同的度電收益，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間關系，當Fit=0.2美金/度時，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，整個光伏系統(tǒng)的投資收益率是持續(xù)提高。

文章來源：索比光伏網(wǎng)