光伏儲能系統(tǒng)中光伏利用率的評估方法

關鍵詞：光伏儲能系統(tǒng)，光伏利用率，評價指標，輻照量

0 引言

新能源特別是光伏發(fā)電一直是國家重點支持的代替化石能源的發(fā)展方向。近年來，在政策、市場和技術發(fā)展的三重驅(qū)動下，光伏裝機容量和發(fā)電量取得了長足的發(fā)展。由于光伏等新能源本身具有的間歇性和不穩(wěn)定性，阻礙了可再生能源發(fā)電的快速發(fā)展和應用。將儲能系統(tǒng)應用于光伏發(fā)電，可以為光伏電站接入電網(wǎng)提供一定的緩沖，起到平滑和能量調(diào)度的作用；并可以在相當程度上改善新能源發(fā)電功能率不穩(wěn)定，從而改善電能質(zhì)量、提升新能源發(fā)電的可預測性，提高利用率。儲能系統(tǒng)也可根據(jù)當?shù)胤骞入姴顣r間設置削峰填谷產(chǎn)生收益。

截至2022年底，全國已投運新型儲能項目裝機規(guī)模達870萬千瓦，比2021年底增長110%以上[1]。新能源配儲中，2022年全年新增投運光伏儲能項目裝機規(guī)模2204 MW/4520 MWh[2]。未來，儲能系統(tǒng)在光伏的滲透率將會穩(wěn)步提升。

針對并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)電氣效率顯示了系統(tǒng)輸出功率與光伏組件在一定條件下產(chǎn)生的電功率之比，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)能效PR顯示了某時段內(nèi)光伏等效利用小時數(shù)與光伏組件傾斜面峰值日照時數(shù)的比值[3-4]，用百分比表示，是評估光伏電站質(zhì)量的綜合性指標。

然而上述并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的相關參數(shù)指標并不適用于正在發(fā)展的光伏儲能系統(tǒng)。光伏儲能系統(tǒng)具有多輸入和多輸出端，并且具有雙向性，然而當前并無此類計算方法，導致光伏儲能系統(tǒng)評估標準不完善。故需重新定義光伏儲能系統(tǒng)的評估標準。

1 定義

本文通過綜合考慮光伏儲能系統(tǒng)的輸入輸出特點，提出一種適用于光伏儲能系統(tǒng)的評估參數(shù)-光伏利用率。定義光伏利用率為某時段內(nèi)光伏儲能系統(tǒng)中由光伏提供的負載用電量部分與光伏組件裝機量所發(fā)電理論值的比值。光伏利用率是評價光伏儲能系統(tǒng)好壞的關鍵指標，光伏利用率越高，說明光伏儲能系統(tǒng)的設計運行狀況越合理。

2 設計方案

光伏儲能系統(tǒng)的組成一般包括光伏組件、儲能變流器、蓄電池、交流負載、電網(wǎng)。具體拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

光伏儲能系統(tǒng)中光伏利用率的步驟如下：（1）構(gòu)建光伏儲能系統(tǒng)中的光伏利用率的目標函數(shù)；（2）根據(jù)目標函數(shù)計算得出光伏利用率；（3）根據(jù)評估得分標準對光伏儲能系統(tǒng)評價周期內(nèi)光伏利用率進行評價。

2.1 光伏利用率目標函數(shù)

構(gòu)造光伏儲能系統(tǒng)光伏利用率的目標函數(shù)的過程如下：

2.2 評估標準

建立光伏儲能系統(tǒng)光伏利用率的指標得分評估標準，如表1所示。光伏儲能系統(tǒng)的光伏利用率應按照某段時間的電量統(tǒng)計來進行計算。

當光伏儲能系統(tǒng)運行周期內(nèi)W 0-（W 3-W 2）-（W5-W4）＞W(wǎng) 0，此時負載電量完全由光伏提供，則光伏儲能系統(tǒng)光伏利用率為100%。

3 研究實例

搭建1.5 kW的光伏儲能實證系統(tǒng)進行性能評估研究，該系統(tǒng)安裝在華南地區(qū)，如圖2～圖4所示。

光伏組件選用6塊250 W多晶硅光伏組件組成1.5 kW光伏方陣；儲能變流器選用固德威GW3600-ES-20，其額定電池電壓為48 V，最大充電功率3600W，最大光伏輸入功率5400 W，額定并網(wǎng)輸出及最大離網(wǎng)輸出功率3680 VA。電池選用LX U5.4-L，額定容量為5.4 kWh，實際容量為4.8 kWh。

對2024年3月19日至2024年3月24日全天的輻照量，上網(wǎng)電量，下網(wǎng)電量，負載用電量進行統(tǒng)計。

3.1 采集輻照量

將輻照儀安裝在電化學儲能光伏系統(tǒng)現(xiàn)場，使之與光伏組件處于同一平面，采集記錄方陣平面內(nèi)一段時間的輻照度數(shù)據(jù)，如圖5所示，得到輻射累計值，單位：kJ/m2。

根據(jù)公式將輻照度數(shù)據(jù)進行換算，Hi =輻射累計值÷3600，單位：kWh·m-2；2024年3月19日至2024年3月24日的輻照量累計值為88，910.74 kJ/m2，則計算Hi =輻射累計值÷3600，Hi =24.70 kWh·m-2。本試驗平臺光伏裝機容量1.5 kW，計算基于光伏方陣額定功率的直流發(fā)電量W 1，根據(jù)公式（1）計算可得W1=37.05 kWh。

3.2 采集電量

采集光伏儲能實證系統(tǒng)的上網(wǎng)電量，下網(wǎng)電量，蓄電池充電電量，蓄電池放電電量，負載端電量，如表2所示。下網(wǎng)電量W 3 -上網(wǎng)電量W 2是從電網(wǎng)進入光伏儲能系統(tǒng)的電量，蓄電池放電電量W 5 -蓄電池充電電量W 4是光伏儲能系統(tǒng)蓄電池的輸出電量。

利用公式（2）計算運行周期內(nèi)光伏儲能系統(tǒng)光伏利用率：

根據(jù)光伏儲能系統(tǒng)光伏利用率的指標得分評估標準，判定該系統(tǒng)的光伏利用率得分處于第5檔。由圖2可以看出，該實證平臺被周圍樹木遮擋，且表面有灰塵，造成光伏組件發(fā)電功率較低，光伏利用率較低符合實際情況。

4 結(jié)語

光伏和儲能是當前新能源產(chǎn)業(yè)的熱點，市場也是如火如荼。然而，其技術標準和規(guī)范仍舊跟不上行業(yè)的發(fā)展。

本文所提出的光伏儲能系統(tǒng)光伏利用率計算方法是在現(xiàn)有光伏和儲能相關標準和大量檢測實踐中總結(jié)提煉而成。利用本計算方法可以評估計算光伏儲能系統(tǒng)的建設及運行水平，反應了光伏儲能系統(tǒng)的質(zhì)量水平，為光伏儲能的運行維護提供理論指導，為智能電網(wǎng)調(diào)度運行提供必要的技術支撐。