【理论篇】PV兔子手把手：看了你也会自己估算光伏电站发电量

前言

估算电站的发电量，一直是一个大家都关注的问题。精准估算，对于产业内不同角色有着不同的意义。 对于电站开发商来说，估算电站发电量直接影响电站的选址，关键元器件选型等前期工作。对于电站运维人员来讲，估算发电量可以有助于对电站的后评估，也就是发电状态评估，损失评价以及原件性能评价等。对于投资上来说，直接影响到其对电站的投资收益，今儿影响到相应的融资计划，电站交易决策和投资决策。对于售配电人员来讲，也希望准确了解光伏电站未来一段时间的发电量，有助于其对电站的交易，以及电网的区域性调配。 根据兔子的经验，电站发电量评估，说容易也容易，说难也比较难。容易是指，关键的计算方式和需要考虑的因素已经基本明确。在特定的比较成熟的区域，某些服务机构可以实现高精度发电量评估。说难是因为，关键的模型所需要的变量均为未知，如果可以根据相应的经验研究，准确了解相关参数，那么电站评估的最难瓶颈就迎刃而解了。 今天兔子就手把手给大家提供一种光伏电站发电量计算方式，当然并不是唯一的方式。希望可以帮助大家平时的业务。

原理篇
工欲善其事必先利其器，光伏电站的发电量评估需要考虑到相关的数据输入，模型建立和修正等因素。虽说目前很多模拟是使用软件进行的，但是了解一般的光伏电站发电量模拟计算思路可以有助于对实际操作的理解。更有助于处理特殊的情况。同时目前不同的软有自己的局限性。后期部分数据也需要单独修正。因而对相关原理的了解是很有必要的。首先，在本期当中兔子就位大家总结介绍模拟的基本思路和应用到的原理。

计算发电量的考量因素

12环境变量环境变量：光伏电站主要靠光照资源吃饭，最关键的主要为光辐照度、环境温度以及其他天气变量。    a) 光辐照度直接影响到电站所获得的能源原料。简单的比方，正如火电站的煤炭资源，水电站的水资源。光伏电站的光照资源直接影响到电站有多少原料可以转化为发电。关于光辐照资源的获取，在之前一期，兔子有谈到过，大家可以参照相关的内容深入学习。  光照的计算方法会影响到光辐照的计算准确度。一般在估算光辐照的时候，使用的是水平面的辐照，这就涉及到水平面的辐照向倾斜面转化的因素。一般在pvsyst里面使用的是Preze或者Hay两个模型。b) 环境温度主要影响到电站本身器件的转化效率。组件，逆变器的运行直接受到温度的影响。在兔子之前的文章中有提到过组件发电效率与温度的关系。实际的电站运行当中，可以明显发现高温天气，电站的发电量会有明显的衰减。当然，逆变器的运行效率也会受到温度的影响。关于逆变器的运行，兔子会在以后的文章中详细描述。c) 其他天气变量主要有：灰尘，积雪以及极端的天气。变量主要以前两个变量为主。每年关系到各个地区，光伏电站都会有相关的损失。

12关键电器模型
其中最主要的电器为光伏组件、逆变器和箱式变压器。三者者的运行效率直接关系到光伏电站的运行状态。a) 光伏组件：需要考虑的主要是：温度，光照以及效率。i. 对于温度来说，温度升高，组件的发电量会下降。这个在光伏电池出场的时候会注明相关的温度系数。根据该系数就可以修正组件的功率。ii. 光照角度和计算方法会产生一定的损失。首先，组件的测量是在光源正对组件情况下完成的。但是正常的太阳光照在一天中是变化的，光照入射到组件上产生的角度差别会导致一定的损失。这点在估算中需要对组件的功率进行相关的修正。iii. 低光响应。组件在不同光照强度下，输出功率会与实际功率有所差别。因而存在一定的修正系数。
 b) 光伏逆变器：i. 逆变器效率：逆变器本身有自己的运行效率，并且受其工作状态和周边环境的影响。一般逆变器有相关的运行模型，可以模拟其功率输出。ii. 逆变器运行功率和电压窗口。逆变器有规定的输入电压和功率范围。对于电压来讲，当超出了一定的电压范围，逆变器将无法完成组串运行功率的最大点跟踪，或者逆变器会关闭。对于功率来讲，当功率超出一定范围，逆变器会限制功率输出或者关闭。这类运行会直接影响到电站的运行效率。
c) 箱式变压器：主要涉及到箱变的标称容量，有负载损失和无负载损失

12损失因素
多种因素会影响到电站的实际发电量
a)积灰。积灰是影响到光伏电站发电量的一个主要因素。主要是影响到伏组件的发电能力。在干燥的沙漠地区，工厂集中地区和建筑施工密集地区尤为严重。根据经验，清理之后的光伏组件发电量会比清理之前的组件发电量高出10%以上！在不同的地区，根据经验可以总结出不同月份、季节或者年的平均积灰损失。对于准确估算发电量是十分有意义的。
b)积雪。积雪在部分地区对光辐照的影响较大，在每年的特定季节会对光伏组件功率输出造成一定的影响。
c)失配损失。失配损失主要产生在线路并联和串联的过程中。一方面由于组件出场功率与发电参数之间各有差别，另一方面也取决与实际安装过程中组件倾斜度不好，所处地区温度差别，遮阴等等。组件之间相互制约会导致一部分损失。当然，逆变器所连接的不同区域之间的发电不匹配也会有相关的失配产生。
d)遮阴。阴影遮挡有很多种情况。首先阵列之间的前后排遮挡是很难避免的。需要通过设计尽量减少。另外周边建筑物情况，季节性杂草生长都会导致组件的遮阴损失。很好的估算这方面损失可以帮助精准评估电站的发电量。
e)线损。电力传输过程中必然会造成线路损失。线路内阻，各个节点的接触电阻，漏电等等。主要的损失均可以根据相关参数进行计算。
f) 限电因素。在电网运行当中，处于电力消纳或者电力稳定运行的考虑，会对光伏电站进行限电，该项也是目前西部电站所遇到的主要问题。g)现场运行损失。逆变器等电器其实在待机的时候是会消耗能量的，同时现场部分的电器也是在光伏阵列端直接采电，因而其中会有部分损失。

计算逻辑

光照资源评估电站建模数据修正

12光照资源评估
根据以后的数据库统计计算实际落在组件平面上的光辐照度。这就涉及到以下两个步骤：a) 实际水平面光照数据收集。该项在兔子之前的文章里有详细描述，如何选择不同数据源，其准确性如何。在兔子文章里还描述了如何对所获得的光辐照数据进行处理。b) 水平面光辐照数据转化为组件平面光辐照的算法。该项有很多已经建立起来的模型。兔子会在后面的文章里跟小伙伴们进行深入探讨。

12电站建模

根据已有的光伏组件运行数据，光伏逆变器运行数据以及箱式变压器等对电站进行建模。主要运用光伏电站模拟软件进行模拟，将相关参数输入。

其中包括以下参数的确认：

a) 光伏组件相关参数b) 环境参数确认c) 光伏逆变器相关参数d) 箱变相关参数e) 光伏电站设计连接方式f) 光伏电站运行方式

12数据修正

有了以上模型和输入数据，就可以估算电站的大致光辐照输出，但是仍需要进行相关的数据修正，主要是根据本文中所讲到的各项损失对结果。

其中部分数据已经在相关软件中有所体现，也有一部分需要手动修正。

a) 积灰积雪b) 遮阴c) 失配d) 线损e) 限电f) 现场电量损失g) 低光响应h) 组件温度响应i) 逆变器功率和电压响应

总结

以上为对整个发电量评估涉及到的原理，需要考量的因素和具体模拟步骤的介绍，光伏电站模拟需要考量的因素较多，主要的均概括在本文当中，

附上pvsyst中对电站模拟的电量损失图，里面形象的描述了发电量损失的主要方面和具体发电量的计算逻辑。供大家参考

具体的发电量模拟主要涉及到以下几个步骤：

1. 确定光辐照资源数据：通过相关的数据库，服务商等渠道获得数据资源。

2. 建立模型。通过相关的软件建立光伏电站模型，估算光照资源转换率。

3. 修正数据。通过已知的光伏电站实际情况对数据进行修正。
   

在后面几期中，兔子会在【实战篇】里为大家讲解发电量评估的实例，详细介绍具体的模拟步骤。欢迎大家关注兔子，并积极讨论。

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