温度修正对光伏发电系统性能比影响分析

温度修正对光伏发电系统性能比影响分析

马小喻

黄河公司海南分公司

摘要：近几年来，随着世界范围内的碳减排，光伏发电作为一种可再生清洁能源得到了迅猛的发展。尽管光伏技术革新推动了光伏发电成本的下降，但是光伏发电已从补贴上网转向平价上网，如何降低度电成本、增加收入成为目前人们关注的焦点。光伏发电的出力直接影响到用电成本，进而影响到最终的收入。光伏性能比（PR）是当前国际上衡量光伏发电效率的重要综合指标。在此基础上，重点研究了温度校正对光伏发电系统性能比的影响。温度是影响光伏系统性能的重要因素之一，其性能随温度的变化而变化。因此，温度的校正是非常重要的。

关键词：温度修正；光伏发电；系统性能比；影响分析

引言

随着世界能源危机的加剧及环境污染的加剧，光伏发电作为一种可再生的清洁能源受到人们的广泛关注。性能比是衡量光伏发电效率的一个重要指标，而温度又是影响光伏发电效率的重要因素。通过本项目的研究与应用，可有效提升光伏发电系统的功率与稳定性，为光伏发电行业的健康发展提供强有力的支撑。

1.光伏发电系统性能比受温度影响的原因

一是电池的温度特性：温度对电池输出的影响。一般来说，温度越高，电池输出功率越低。二是温度对电池填充系数及开路电压的影响：温度越高，电池的填充因子越低，开路电压越低。三是温度对系统部件的影响：光伏系统除光伏电池外，还包含蓄电池，控制器，逆变器等部件。这些部件的特性还受温度的影响。

2.基于光伏发电系统性能的温度修正方法

光伏发电系统是一类重要的可再生能源发电装置，具有环境友好、效率高和可持续发展等特点。然而，环境因素对光伏发电系统的性能有很大影响，其中温度就是其中的一个重要因素。为提高光伏发电系统的稳定性与精度，开展基于光伏发电系统特性的温度校正方法研究。一是建立在数学模型基础上的温度校正法；在此基础上，建立了光伏发电系统数学模型，分析了温度变化对系统性能的影响，并提出了相应的温度校正方法。二是在试验数据基础上进行温度校正。本项目拟以光伏发电系统为研究对象，通过对实验数据的统计分析，获得温度对系统性能的影响规律，建立温度校正方法。三是智能化温度校正法。采用神经网络、SVM等人工智能技术，预测并拟合温度与光伏发电性能间的关系，实现智能温控。四是以环境温度为基础进行修正。在此基础上，提出了一种基于温度特性曲线的光伏发电性能修正方法。该方法具有操作简便、精度不高等优点。五是根据电池的温度特性进行修正。在此基础上，本项目提出了一种基于温度修正的光伏电池模型，并在此基础上对电池的发电性能进行修正。此法精度高，但试验与计算复杂。

3.温度对光伏发电系统性能的影响

光伏电池的温度特性指的是电池在不同温度条件下的电学性能。太阳能电池的光电转化效率与温度直接相关，一般情况下，温度越高，转化效率越高。然而，过高的温度会导致电池内部电子－空穴复合，导致电池效率下降。另外，温度也是影响电池寿命的重要因素，温度升高会加速电池老化，降低电池寿命。

一是光电池转换效率随温度的变化。温度是影响光电转化效率的重要因素。一般情况下，太阳能电池的转换效率在低温时比较高，而高温时则比较低。这是因为随着温度的升高，电池内部电子－空穴复合加速，从而增加了电池的损耗。二是温度对光伏系统输出功率的影响.随着温度的升高，系统输出功率将逐渐下降。结果表明，随着温度的升高，电池开路电压下降，短路电流下降。三是温度对光伏组件的影响。在光伏发电系统中，逆变器和电缆等元件都会受到温度的影响.温度过高会降低组件的使用寿命，降低系统的稳定性与可靠性。四是温度对光伏发电系统运行和维护造成的影响.温度变化对光伏发电系统的运行和维护费用有很大影响。过高的温度会造成系统组件的损坏，增加了维护的次数和费用。

4.温度修正对光伏发电系统性能比的影响分析

考虑到光伏电站现场供电有限、检测时间有限等特点，检测单位一般在现场安装气象采集设备（如辐射计）和逆变器输出采集设备，通过短时间内的方阵发电量或者发电总量计算系统PR来度量光伏系统的发电性能。由于试验时间较短，各月份环境温度的不同，导致试验结果在不同时段有较大的差别。主要原因在于组件在不同环境温度下的工作温度差异显著，且组件温度对组件光电转化效率有显著影响，导致不同程度的温升损耗，从而影响系统的可扩展性，进而影响系统输出功率。

4.1.实际案例分析

本文以某光伏电站为研究对象，对其在不同温度条件下的测试结果进行了比较。并基于IEC61724-1-2016中热电联产系统热膨胀系数与年温升系数修正方法为基础，开展个例数据验证与分析，对比不同元件温升计算方法与不同温度修正方法的异同，总结出具有较高精度的光伏系统热膨胀系数修正方法。计算结果表明，未经温度校正的机组出力与实际出力相差很大。经温度校正后，发电性能与实际发电量之差明显减小。

在计算月平均辐射强度或月平均辐射强度时，还应考虑不同日辐亮度、温度对月辐射的影响，并将日辐射占月总辐射量的权重计算为月平均气温。系统

PR虽然可以反映系统故障等对系统造成的影响，但是却会影响到系统实际发电性能的计算与评估。在实际的测试评估中，一般不会剔除不合理天数的系统PR，这是因为它能全面地反映出系统当天的运行情况，而且以天为单位的系统PR可以清楚地识别出问题，不会影响到日常的系统PR评估。测量系统的PR值在一段时间内出现显著升高或降低的现象，这主要是由于组件温度不一致或出现故障、停电检修等原因造成的。但是，在计算一个月或一段时期的PR时，如果没有将明显不合理的天数（如限电、设备故障等）剔除，则会影响到月或一段时间内的真实PR评估。观测数据、平均气温订正、加权平均气温订正后的总体PR曲线与日系统PR拟合的趋势线相吻合，均反映了实测PR值在年中偏低而在年初和年末偏高；气温校正后的系统PR值在年中偏高，年初和年末偏低。此外，由于光伏组件的输出功率受到入射角效应的影响，因此修正后的PR趋势曲线类似于光伏组件的入射角效应。受地球自转影响，正午太阳高度角发生变化，年中入射角最小，年末入射角最大，进而影响组件输出效率，最终影响系统性能。

4.2.仿真实验分析

利用光伏系统仿真软件PVSYST等，开展温度校正对光伏发电性能比的影响研究。在实际测试中发现，由于大多数电站系统没有实时监测部件的工作温度，因此很难得到全年部件的每日不同时刻的温度，也就不能求出全年的加权平均气温。利用PVsyst软件对该地区进行了模拟，获得了该地区1小时的辐射强度和组分温度的模拟结果，并计算了该地区的年平均气温。以PVsyst的历史资料为基础，对个例项目的年平均气温进行了计算，得出了研究区年平均气温为36.34℃。因此，本实例所在地或气候型区域的系统PR可利用PVsyst模拟的局地辐照度、组件运行平均温度计算年平均气温，对实测PR进行校正。实验结果表明，经过温度校正的光伏发电系统性能比有较大提高。

5.结束语

综上所述，温度校正是影响光伏系统性能比的一个重要因素。通过本项目的研究与应用，可提升光伏发电系统性能，为我国光伏发电产业的发展与应用提供强有力的支撑。在后续研究中，可进一步对温度校正方法进行优化与完善，以提高光伏发电性能比校正精度。此外，本项目还将对其他因素（如粉尘、湿度等）进行研究，为实现光伏发电系统高效率运行提供理论基础。