光伏发电系统效率的计算方法

—— ——

发布时间:2020-03-11   点击数:20

光伏系统总效率的计算是一个复杂而细致的过程,它涉及多个环节的效率评估以及外部环境因素的影响。为了全面理解这一过程,我们需要知道光伏阵列效率(η1)、逆变器的转换效率(η2)、光伏交流并网效率(η3)以及温度对光伏发电量的影响(ζ)等关键因素。

光伏系统总效率的计算公式是:η1*η2*η3*(1-ζ)

1、光伏阵列效率(η1)

光伏阵列效率是衡量光伏系统将太阳辐射能转换为直流电能的能力,是光伏系统总效率的重要组成部分。它受到多种因素的影响,主要包括组件匹配损失、太阳辐射损失、最大功率点跟踪(MPPT)精度以及直流线路损失。

  • 组件匹配损失:在实际应用中,由于组件之间的性能差异、布局不合理或阴影遮挡等问题,会导致组件之间的不匹配,进而造成能量损失。对于精心设计且施工良好的系统,这部分损失通常控制在4%左右。


  • 太阳辐射损失:太阳辐射并非总是处于理想状态,组件表面尘埃遮挡、低辐射强度以及不可利用的低、弱太阳辐射都会减少实际接收到的太阳能量。这部分损失一般取值为3%。


  • 最大功率点跟踪(MPPT)精度:MPPT技术用于确保光伏系统始终工作在最大功率输出状态。然而,由于算法限制、硬件性能等因素,MPPT精度无法达到100%,通常会有约2%的损失。


  • 直流线路损失:电流在直流线路中传输时会产生一定的损耗,这部分损失根据线路材质、长度及负载情况而定,按照相关标准,应控制在3%以内。


综合上述因素,光伏阵列效率η1的计算公式可以表示为各效率的乘积,即η1 = 96% × 97% × 98% × 97% ≈ 88.5%。这一数值反映了光伏阵列在理想条件下的实际转换效率。


2、逆变器的转换效率(η2)

逆变器是光伏系统中的关键设备,负责将直流电转换为交流电以供电网使用。逆变器的转换效率η2定义为逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比。对于大型并网逆变器而言,其转换效率通常较高,可达97%。这意味着在逆变过程中,仅有3%的能量以热能等形式损失。


3、光伏交流并网效率(η3)

光伏交流并网效率η3指的是从逆变器输出至高压电网点的传输效率。这一过程中,最主要的损失来源于变压器的效率。变压器在电压变换过程中会产生一定的能量损耗,通常这部分损失较小,η3可取值为99%。


4、温度对光伏发电量的影响(ζ)

光伏电池组件的性能受温度影响较大。在标准测试条件下(电池温度25℃、垂直入射日照强度1000W/㎡、太阳光谱等同于大气质量1.5),光伏电池组件的功率才能达到标定值。然而,随着环境温度的升高,光伏电池的功率会有所下降。这种影响可以通过专业的软件如Pvstsy、RETScreen等进行仿真评估,以估算环境温度变化对发电量的具体影响。假设由环境温度造成的发电量损失为ζ,这一参数在总效率计算中起着至关重要的作用。


光伏系统总效率的计算

综合以上分析,光伏系统总效率的计算公式可以表示为:η总 = η1 × η2 × η3 × (1 - ζ)。我们在计算光伏发电系统总效率时要综合考虑了光伏阵列的转换效率、逆变器的转换效率、交流并网效率以及温度对发电量的影响。


在实际应用中,为了提高光伏系统的总效率,需要从多个方面入手:优化光伏阵列的设计布局,减少组件匹配损失;定期清洁组件表面,减少太阳辐射损失;选用高性能的MPPT算法和逆变器,提高转换精度和效率;合理选择变压器,降低并网损失;同时,通过智能温控系统调节电池温度,减小温度对发电量的负面影响。