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【系列】光伏电站辐照仪之总辐照表(一)

2016-10-25 pv兔子 PV兔子


前言

在前几期中,兔子提到了光伏电站的辐照仪问题。辐照仪,在整个光伏电站中,只是一个小小的配件,很多业主在安装光伏电站时候并不重视。最开始的时候仅仅是为了满足光功率预测和国家标准的要求。然而,在国内电站安装量突飞猛进,电站质量问题日益突出,业主方对电站状态的掌握需求日渐明显,后评估和大数据分析的需要下,如何测量精准辐照度,选择合理的辐照仪,正确的安装和匹配辐照仪方案,成了当下的主要问题。在应用中很多业主遇到以下问题: 1. 应该选择什么样的辐照仪?2. 辐照仪的精度如何,重点参数都是什么?3. 辐照数据可以应用在哪方面?4. 辐照仪如何维护?5. 辐照仪如何正确安装?
兔子君在接下来的几期当中,通过对相关话题的汇总介绍,帮助大家梳理以上问题的答案。
辐照仪重要性
辐照仪在电站当中,属于辅助测量工具,然而意义是十分重要的 1. 辐照仪的精度直接影响到光功率预测的精度,对电网调配电量,业主精确预测电厂发电量有至关重要的作用。 
a)根据国家电网公司规定,电站系统接入需要光功率预测。b)其中辐照仪作为辅助光功率预测系统进行光伏照推演和光功率计算的测量工具,起到至关重要的作用。有关光功率预测系统的精度,架构原理和算法,兔子君会在之后的话题里进行分享。
2. 辐照仪直接影响到电站性能效率的计算在内的后评估。作为靠天吃饭的光伏电站,光照度就是它赖以生存的输入变量。 
a)真正可以测量光伏电站接受到光照的来源主要有卫星观测地面观测。b)卫星作为光伏电站上方的数据源,可以精确定位到光伏电站上方。地面官方气象站布点不一定总在光伏电站附近,且地域差异对光照影响很大。因而光伏电站本地辐照仪对光伏电站所接受到的福照度测量是最准确的,是最接近组件上方光辐照强度的变量。当然这也涉及到本地具体的测量方式,这个兔子在下文中会介绍到。c)准确的辐照度直接影响到电站的PR值计算,效能评估,技术可用性评估,系统设备效能评估等后评估工作。
3. 辐照仪直接影响到光伏电站的运维。a)利用辐照仪,可以了解到电站组件的积灰情况b)很多考核指标需要辐照度值来计算
4. 辐照仪作为历史数据收集,有着关键的意义。a)当集团电站数量够多,分布够广的时候,气象网络形成了强大的数据收集网络。b)时间越长,累计的数据量越大越丰富,这个时候数据综合整理有将是非常有益的电站选址参考,兔子君在之前一期中有谈到利用辐照度进行相关电站选址的考量点。c) 配合相关模拟手段和算法可以实现高精度电站发电量评估和选址。 总结一下,就是辐照仪是电站资源的探测器,是电站检测评估的重要工具。同时,收集来的数据作为关键的实测资源信息,可以有很多种应用。


主要辐照分类仪
测量辐照的传感器,在光伏领域主要有两种,

一种是用太阳能电池做成的辐照传感器,如下图




另一种是根据热电效应原理制作的总辐照表,如下图




二者皆有应用。本期主要讨论总辐照表的基础参数和使用相关标准规定。兔子君会在后面详细分析辐照仪的差别,选型等相关问题。
辐照仪原理



1. 总辐照表主要依据热电效应原理,将无形的光照强度转化为电信号,并进行捕捉计算。

2. 感应元件采用绕线电镀式多接点热电堆,其表面涂有高吸收率的黑色涂层。3. 热接点在感应面上,而冷结点则位于机体内,冷热接点产生温差电势。4. 在线性范围内,输出信号与太阳辐照度成正比。5. 为减小温度的影响则配有温度补偿线路,为了防止环境对其性能的影响,则用两层石英玻璃罩,罩是经过精密的光学冷加工磨制而成的。
辐照仪主要参数
了解到的辐照仪的主要工作原理,大家可能会很关心怎样算是好的辐照仪,辐照仪平时的运行参数有那些? 首先兔子君为大家搜集了标准和相关企业对各个参数的解释: l 辐照度:落到接受体单位面积上的辐射功率。单位为W/m 2. l 灵敏度:仪器达到稳定后,输出的电信号与总辐射的比值。单位为µ v m2/W-1 l 晌应时间:当仪器输入有阶跃变化时,仪器输出从一个稳态值到另一个稳态值所需的时间。单位为s。 

余弦响应:如下图,余弦响应为入射光线方向随天顶角的变化引起的灵敏度变化。


 l 方位响应:入射光线方向随方位角的变化引起的灵敏度变化。 l 非线性:不同辐照度下的灵敏度变化。 l 倾斜晌应:仪器倾斜角度变化引起的灵敏度变化。 l 温度特性:环境温度变化引起的灵敏度变化。 

A类零偏:如下图,由于天空是个恒定存在的冷源,仪器体的温度必然会经由感应面、内罩和外罩向天空散发热量,进而导致罩温度要比气温低。发射出去的热量来自仪器体(通过热传导)、空气(通过风)、内罩和感应面(通过长波辐射)。这样内罩和感应面的温度也下降了。这一热流与太阳辐射正好相反,从而引起夜间的零偏移。这也是为什么有些辐照仪夜间会出现负值。



辐照仪等级
很多的参数,在实际应用和选型中,未必来得及逐一分析。ISO和WMO对辐照仪进行了分类,如下表
以上表中,将辐照仪分为次基准级(secondary class),一级(first class)和二级(second class)。这里secondary standard并不等同于second class。次基准级辐照仪一般有较高的精度,可以给其他辐照仪做调校。
辐照仪选型注释
对于辐射数据及其测量应该符合GB/T20513-2006国标文件中光伏系统性能监测、测量、数据交换和分析导则中的内容,该技术标准等效于IEC61724。


可以看到,国标和IEC标准对辐照仪只有相对精简的要求。实际使用当中常常设计到更多的考量点。不同企业,不同实际环境会有不同的需要。标准中也提到了标准电池辐照仪和辐照计。标准电池辐照仪主要是用硅基电池作为感光元件对光照进行测量。二者的区别,兔子会在接下来的几期中给大家详细分析。


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