高海拔荒漠地區(qū)光伏系統(tǒng)發(fā)電量受光照強(qiáng)度的影響分析

摘要：在高海拔荒漠地區(qū)，采集兩個(gè)光伏電站的發(fā)電數(shù)據(jù)，繪制一年中每月的發(fā)電量、月平均利用小時(shí)、月累計(jì)輻照度之間的曲線圖，對(duì)比分析三者之間的關(guān)系，結(jié)果表明，不同光伏電站，三者關(guān)系呈正相關(guān)，三者曲線走勢(shì)基本一致。在該地區(qū)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用光照強(qiáng)度檢測(cè)儀和功率記錄儀，采集光照強(qiáng)度和光伏組件的實(shí)際功率，通過(guò)MATLAB軟件繪制兩者的曲線圖，結(jié)果表明，無(wú)論是光伏電站還是光伏組件，光照強(qiáng)度對(duì)其影響基本一致，且光照強(qiáng)度與發(fā)電量關(guān)系呈高度正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：高海拔;光伏電站;光照強(qiáng)度;輻照度;正相關(guān)

0 引言

國(guó)家能源局下發(fā)的《太陽(yáng)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中指出：在青海、內(nèi)蒙古等高海拔地區(qū)（太陽(yáng)能資源好、土地資源豐富），充分建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電基地，其中青海省2020年光伏發(fā)電建設(shè)規(guī)模達(dá)1 000萬(wàn)kW。青海省大部分市區(qū)屬于高海拔荒漠地區(qū)，地緣遼闊，無(wú)遮擋光伏電池板的樹(shù)木或建筑物，空氣稀薄，云量少，透明度高，太陽(yáng)能輻射度高，日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)能、土地資源優(yōu)勢(shì)明顯。天然的優(yōu)勢(shì)為光伏電站的建設(shè)提供了有力保障[1]。

隨著光伏電站裝機(jī)容量的擴(kuò)大，高海拔荒漠地區(qū)的特殊環(huán)境因素對(duì)發(fā)電量的影響亟待研究[2]，本文采集了位于高海拔荒漠地區(qū)的錫鐵山電站、烏蘭電站的相關(guān)發(fā)電數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了一年中兩個(gè)電站的每月發(fā)電量、月平均利用小時(shí)、月累計(jì)輻照度的關(guān)系。為了驗(yàn)證光照強(qiáng)度對(duì)光伏組件和對(duì)整個(gè)光伏系統(tǒng)的影響是否一致，在高海拔荒漠地區(qū)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以每分鐘為采樣單位，采集每天的光照強(qiáng)度和光伏組件發(fā)電量數(shù)據(jù)，并用MATLAB編程處理龐大的數(shù)據(jù)，繪制兩者的曲線圖，結(jié)果表明，無(wú)論是光伏電站還是光伏組件，高海拔荒漠地區(qū)的光照強(qiáng)度對(duì)其影響基本一致，無(wú)論是月累計(jì)輻照度還是每天的光照強(qiáng)度，都與相對(duì)應(yīng)的發(fā)電量曲線走勢(shì)高度一致，呈正相關(guān)，這也表明輻照度是發(fā)電量非常重要的影響因素。

1 光伏電站數(shù)據(jù)分析

高海拔荒漠地區(qū)的錫鐵山電站和烏蘭電站在一年中的月發(fā)電量、月平均利用小時(shí)與月累計(jì)傾角輻射量之間的曲線圖如圖1所示，2個(gè)電站的曲線走勢(shì)具有統(tǒng)一的共性。

由圖1可得出以下結(jié)論：

（1）2個(gè)電站均在3月份發(fā)電量最大，從環(huán)境角度分析，3月份高海拔地區(qū)天氣晴朗，光照強(qiáng)度高，溫度適宜，由于2月份的雨雪沖刷，組件的清潔度較好，因此組件光電轉(zhuǎn)換效率較高，3月發(fā)電量在全年中最大。

（2）在一年發(fā)電周期內(nèi)月發(fā)電量和月累計(jì)傾角輻射量的關(guān)系基本呈正相關(guān)，但在5月份，月累計(jì)傾角輻射量較高，月發(fā)電量卻較低。原因在于光伏組件輸出功率主要受光照強(qiáng)度和溫度的影響，在5月份雖然月累計(jì)傾角輻射量較高，但溫度也很高，嚴(yán)重制約著組件光電轉(zhuǎn)換效率，導(dǎo)致月發(fā)電量下降。

（3）在后半年，發(fā)電量基本保持平穩(wěn)，沒(méi)有太大浮動(dòng)。在7月和8月，雨水天氣較多，光照強(qiáng)度有所下降，且環(huán)境溫度較高;而9月和10月環(huán)境溫度相對(duì)前兩個(gè)月有所下降，但9月和10月多發(fā)生沙塵暴天氣，光伏組件表面的清潔度較差，組件接收到的輻照度隨之降低;11月至2月，雨雪天氣多，易在組件表面形成灰塵和積雪，一方面光照強(qiáng)度有所下降，另一方面造成熱板效應(yīng)，組件溫度有所上升，因此考慮光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的共同作用，光伏電站的發(fā)電量在后半年基本保持平穩(wěn)。

（4）月平均利用小時(shí)與月累計(jì)傾角輻射量的曲線走勢(shì)基本一致。雖然平均利用小時(shí)數(shù)的影響因素較多[3]，但通過(guò)圖1進(jìn)一步說(shuō)明了輻射量是平均利用小時(shí)數(shù)的重要影響因素之一。

2 光伏組件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

利用搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和記錄儀，每隔1 min采集一次光伏組件的實(shí)際發(fā)電功率和光照強(qiáng)度，其中抽取了具有代表性一天的數(shù)據(jù)，并用MATLAB軟件繪制兩者的曲線圖。如圖2所示。為了保證數(shù)據(jù)的有效性，圖2曲線是由一天中08：00—18：00的數(shù)據(jù)構(gòu)成，共計(jì)600個(gè)。

從圖2可以看出，實(shí)際發(fā)電功率與光照強(qiáng)度的曲線走勢(shì)一致，但是在時(shí)間上有些錯(cuò)位，這是由于光照強(qiáng)度檢測(cè)儀與功率記錄儀之間在記錄上存在時(shí)間差，補(bǔ)償時(shí)間差后，不難看出兩者的曲線走勢(shì)一致，光伏組件實(shí)際發(fā)電功率隨光照強(qiáng)度的變化而變化，光照強(qiáng)度對(duì)其實(shí)際發(fā)電功率的影響頗大。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在高海拔荒漠地區(qū)，不管是光伏電站還是光伏組件，光照強(qiáng)度始終是光伏電站和光伏組件發(fā)電量的主要影響因素。月發(fā)電量、月平均利用小時(shí)與月累計(jì)傾角輻射量的曲線走勢(shì)基本一致，三者關(guān)系呈正相關(guān)，說(shuō)明光伏電站發(fā)電量除了受輻照度的影響外，還與平均利用小時(shí)密切相關(guān)。

（2）不同月份光伏電站的發(fā)電量受環(huán)境因素和組件表面清潔度的影響，通過(guò)分析2個(gè)電站一年中的發(fā)電量情況，可以看出3月份電站發(fā)電量最大，后半年發(fā)電量趨于穩(wěn)定，可根據(jù)這個(gè)規(guī)律，合理調(diào)度月上網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃，提高電站效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李柯，何凡能.中國(guó)陸地太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)潛力區(qū)域分析[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2010，29（9）：1049-1054.

[2] 馬巖巖，高德東，王珊，等.高海拔荒漠地區(qū)硅電池板輸出電流預(yù)測(cè)模型研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2016，32（6）：153-158.

[3] 肖黎明.設(shè)備衰減率對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電利用小時(shí)數(shù)的影響分析[J].華電技術(shù)，2017，39（12）：67-69.

收稿日期：2020-07-20

作者簡(jiǎn)介：馬巖巖（1991—），女，安徽阜陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向：光伏發(fā)電預(yù)測(cè)模型。