CN103942440A - 一种光伏电站实时发电效率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏电站实时发电效率计算方法，通过对光伏电站实时发电功率的计算；采集光伏电站需要分析效率的断面的功率，实现了光伏电站实时发电效率的计算。本发明为光伏电站提供了科学决策的依据，首先分析了常规光伏电站的可采集数据；再分别根据经典天球坐标系统理论、太阳辐射理论计算出光伏组件的理论发电量；最后经过温度修正后结合光伏电站实际发电功率计算出发电效率。

Description

一种光伏电站实时发电效率计算方法

技术领域

本发明涉及一种用于计算光伏电站的实时发电效率的方法，通过对光伏电站实时发电功率的计算；采集光伏电站需要分析效率的断面的功率，实现了光伏电站实时发电效率的计算。该方法可用于光伏电站的实时监测、管理；设备验证、选型；电站后评估。

背景技术

截至2013年2月底，我国总共披露光伏电站已完工的项目是4997MW，包含并网项目、离网项目及金太阳屋顶项目。随着国内大量大型并网光伏电站相继并网投产。但光伏电站类型不同；地域不同、气候条件不同；光伏组件、逆变器、电气主接线、中高压电气设备的选型不同。

而光伏电站的发电效率作为评价电站设计、施工、运行的重要指标之一，目前国内尚见有相关成熟手段评估。

光伏电站的发电效率的首要工作就是要实现光伏电站的实时发电量计算。而目前国内对光伏电站的发电量的计算大部分采用RETScreen、PVSYST软件计算。上述软件尚未不能实现实时发电功率计算，因此当需要检验某个工况下的电站发电量及该状态下的电站效率，软件目前亦尚不能实现。

本方法针对该问题，通过以下步骤解决了上述问题：

1)首先分析了常规光伏电站可采集的数据；

2)其次根据经典天球坐标系统理论计算了各时刻下的太阳与光伏组件的位置关系参数；

3)再次根据太阳辐照原理得出了固定倾角光伏组件的理论发电功率；

4)结合电站的地理经度、组件实时工作温度修正后，计算出该光伏电站的校正理论发电功率；

5)最后结合电站可采集的实时运行发电功率计算电站各断面的发电效率。

发明内容

目前国内对光伏电站的效率一般采用经验值，其电站的效率取值主要考虑由光伏阵列效率、逆变器效率、交流并网效率三部分组成。

(1)光伏阵列效率η₁：光伏阵列在1000W/m²太阳辐射强度下，实际的直流输出功率与标称功率之比。光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括：组件匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、温度的影响以及直流线路损失等；

(2)逆变器的转换效率η₂：逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比。包括逆变器转换的损失、最大功率点跟踪(MPPT)精度损失等；

(3)交流并网效率η₃：即从逆变器输出至高压电网的传输效率，其中最主要的是升压变压器的效率和交流电气连接的线路损耗。

由于效率采用经验值，而由于光伏电站的各类差异均根据设计、研究人员的经验不同，进行取值。因此，设计取值与光伏电站的实际发电效率将存在差异。同时考虑到电气设备在不同工况下、不同发电负荷下，电气设备的效率也随着变化。而设计取值为定值，亦不能反映光伏电站的实时运行效率。因此需要提出一种能实际反映光伏电站运行效率的方法，对后期的光伏电站的设计、建设、运行提供参考。

基于上述传统方法的不同，本发明方法采用了如下技术方案：

一种光伏电站实时发电效率计算方法，本发明采用如下步骤：

1)光伏电站的可采集数据

采用数据监控系统，对光伏电站的包括太阳能电池方阵、并网逆变器、升压站及站用电电气系统的设备运行状况；实时气象数据进行监测；其中，电站各断面设置的数据采集点包含：

(1)气象站

主要采集太阳总辐射、散射辐射、直接辐射、温度、湿度等数据；其数据作为监测光伏电站能量输入原始数据；其具有数据采样频率高，数据量大的特点。

(2)汇流箱

主要采集光伏组串直流电流、汇流箱出口直流电流；其数据分别作为监测光伏组串、汇流箱正常工作与否的作用；其数据精度低、仅做为监测使用。

(3)逆变器直流侧

主要采集逆变器直流侧电压、直流侧电流、直流功率；其数据作为监测直流配电柜正常工作与否、监控逆变器过载、为计算逆变器本体效率提供参考等作用；其数据用于逆变器本体的效能监测。部分电站中，汇流箱出口直流电流、逆变器直流侧电流只监测后者。

(4)逆变器交流侧

主要采集逆变器交流电压、交流电流、交流功率、频率、日发电量(二次计算值)、累计发电量(二次计算值)；其结合数据3为计算逆变器本体效率提供参考作用。

(5)集电线路开关柜

主要采集交流电压、交流电流、交流功率；其数据作为保护、测量、计量等作用。

(6)主变进线开关柜

与数据5特点一致。

(7)电站关口表

主要采集交流电压、交流电流、交流功率；其数据作为保护、测量、计量等作用。其为电力系统内变电站的必要配置，为变电站的送出净功率。

2)太阳方位计算

按照球面天文学理论，与太阳观测相关的天球坐标系主要为以下两种：

(1)赤道坐标系

其基本圈是天球赤道，由地球的自转轴确定的；在赤道坐标系上，太阳的位置就由两个坐标确定：

①太阳赤纬δ：太阳位置的连心线与天赤道面的夹角，即太阳离赤道的角距；

②太阳时角ω：子午圈与通过太阳赤道副圈之间的夹角；

(2)地平坐标系

其基本圈为地平圈，即观测者的真地平；太阳的位置由两个坐标来确定：

①太阳高度角α：观测点与太阳的连线和地平面夹角；

②太阳方位角γ：观测者到太阳的视线在地平面上的投影与南北方向的夹角；

(3)赤道坐标系与地平坐标系的选择

本方法在进行太阳位置计算时，采用地平坐标系作为基准坐标系，并借助赤道坐标系来进行空间坐标转换以获得即时的太阳高度角和方位角；

故，太阳的位置通过下列球面公式求出：

①太阳赤纬δ：

$\mathrm{\δ}=23.45\sin \left[\frac{\mathrm{\π}}{2}(\frac{{\mathrm{\α}}_1}{N_1}+\frac{{\mathrm{\α}}_2}{N_2}+\frac{{\mathrm{\α}}_3}{N_3}+\frac{{\mathrm{\α}}_4}{N_4})\right]---\left(1\right)$

式中：

N₁：92.975(春分日到夏至日的天数)，α₁为从春分日开始计算的天数；

N₂：93.629(夏至日到秋分日的天数)，α₂为从夏至日开始计算的天数；

N₃：89.865(秋分日到冬至日的天数)，α₃为从春分日开始计算的天数；

N₄：89.012(冬至日到春分日的天数)，α₄为从春分日开始计算的天数；

②太阳高度角α：

式中：

地理纬度

δ：太阳赤纬

ω：太阳时角

③太阳时角ω：

ω＝15(12-T_h-T_m/60)   (3)

式中：

T_h：小时采用真太阳时

T_m：分钟采用真太阳时

由于国内各地时间均采用北京时间，可根据下式将北京时间换算成当地的真太阳时；

式中：

T_solar：当地真太阳时

T_st：北京时间

地理经度

E：校正时差，由下式计算：

E＝229.2(0.000075+0.001868cosB-0.032077sinB

-0.014615cos2B-0.04089sin2B)   (5)

其中B由下式计算：

n：一年中的日期序号；   (6)

④太阳方位角γ：

3)光伏电站理论实时发电量

(1)根据太阳辐射原理，Q_n水平面逐时理论辐照值包含直接辐射、散射辐射；即：

Q_P＝S_P+D_P   (8)

式中：

Q_P：水平面接收的总辐射(MJ)；

S_P：水平面接收的直接辐射(MJ)；

D_P：水平面接收的散射辐射(MJ)；

根据Erbs等人提出的计算小时散射辐射量与总辐射的比值可分解出直接辐射：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{D_P}{Q_P}=1.0-0.09k_t,k_t\&le;0.22\\ \frac{D_P}{Q_P}=0.9511-0.1607k_t+4.388k_t^2+16.638k_t^3+12.336k_t^4,0.22<k_t\&le;0.80\\ \frac{D_P}{Q_P}=0.165,k_t>0.80\end{array}\right.---\left(9\right)$

式中，k_t为小时清晰度指数，其由下式确定：

其中Q_sc：时刻所处的小时内累计总辐射(MJ)；

(2)而光伏电站为提高发电量，光伏组件均以一定角度朝向赤道；计算光伏组件倾斜面上的太阳辐射量，采用Klein法计算：

Q_t＝S_t+D_t+R_t   (10)

式中：

Q_t：倾斜面接收的总辐射(MJ)；

S_t：倾斜面接收的直接辐射(MJ)

D_t：倾斜面接收的散射辐射(MJ)；

R_t：倾斜面接收的地面反射(MJ)；

其中：

S_t＝S_Pcosθ   (11)

$D_t=D_P\frac{1+\cos \mathrm{\&beta;}}{2}---\left(12\right)$

$R_t={\mathrm{\&rho;Q}}_P\frac{1-\cos \mathrm{\&beta;}}{2}---\left(13\right)$

式中：

β：斜面倾角

ρ：地表物体表面反射率，取值参考如下：

干燥土地取14％、湿黑土取8％、干灰色地面取25～30％、湿灰色地面取10～12％、干草地取15～25％、湿草地取14～26％、森林取4～10％、干砂地取18％、湿砂地取9％、新雪取81％、残雪取46～70％。

式10中倾斜面的太阳入射角cosθ的通式为：

cosθ＝sinαcosβ+cosαsinβcos(γ-γ_s)   (14)

式中：

θ：太阳入射角

β：斜面倾角

γ_s：倾斜面方位角

(3)倾斜面的太阳入射角cosθ可根据当地纬度、时刻等计算获得。而电站在运行时采集水平面的太阳总辐射，需将总辐射分解为直接辐射和散射辐射后，再根据式9～13、结合光伏组件的设备参数获得倾斜光伏组件的理论发电量；

3)实时发电量校正

考虑到温度对光伏组件发电量的影响，再根据光伏组件的工作温度校正出实际的发电量。

G_R＝G_T(1-(T_R-25)co_g)   (15)

式中：

G_R：倾斜面实时计算发电量(kWh)

G_T：倾斜面理论计算发电量(未考虑温度因素)(kWh)

T_R：光伏组件表面实时温度(℃)

co_g：光伏组件温度系数(％/℃)

根据以上计算方法，采集电站几个代表时刻的辐射数据、逆变器出口发电量、组件工作温度等参数进行计算，得出光伏电站实时发电效率；

4)实时效率计算

则电站各断面的效率如下：

η_i＝G_R/W_i   (16)

式中：

η_i：各断面的实时发电效率；

W_i：各断面的实时发电功率。

本发明的有益效果是，本方法为光伏电站提供了科学决策的依据。首先分析了常规光伏电站的可采集数据；再分别根据经典天球坐标系统理论、太阳辐射理论计算出光伏组件的理论发电量；最后经过温度修正后结合光伏电站实际发电功率计算出发电效率。

本方法已应用于国内多个建成投产的光伏电站，完成了电站的后评估。完成了相应光伏电站的设备运行情况分析；电站运行缺陷分析；分析电站前期设计、施工的不足；通过对不同断面的实时效率分析，提出光伏电站发电效率提高的措施。

因此通过本方法解决光伏电站的实时发电效率分析后，再综合光伏电站前期设计，为提高光伏电站的设计、施工、运行水平提供参考。

附图说明

图1为本发明计算流程图。

具体实施方式

一种光伏电站实时发电效率计算方法，本发明采用如下步骤：

1)光伏电站的可采集数据

采用数据监控系统，对光伏电站的包括太阳能电池方阵、并网逆变器、升压站及站用电电气系统的设备运行状况；实时气象数据进行监测；其中，电站各断面设置的数据采集点包含：

(1)气象站

采集太阳总辐射、散射辐射、直接辐射、温度、湿度数据；其数据作为监测光伏电站能量输入原始数据；其具有数据采样频率高，数据量大的特点；

(2)汇流箱

采集光伏组串直流电流、汇流箱出口直流电流；其数据分别作为监测光伏组串、汇流箱正常工作与否的作用；其数据精度低、仅做为监测使用；

(3)逆变器直流侧

采集逆变器直流侧电压、直流侧电流、直流功率；其数据作为监测直流配电柜正常工作与否、监控逆变器过载、为计算逆变器本体效率提供参考作用；其数据用于逆变器本体的效能监测。部分电站中，汇流箱出口直流电流、逆变器直流侧电流只监测后者；

(4)逆变器交流侧

采集逆变器交流电压、交流电流、交流功率、频率、日发电量、累计发电量；其结合数据3为计算逆变器本体效率提供参考作用；

(5)集电线路开关柜

采集交流电压、交流电流、交流功率；其数据作为保护、测量、计量的作用；

(6)主变进线开关柜

与数据5特点一致；

(7)电站关口表

采集交流电压、交流电流、交流功率；其数据作为保护、测量、计量的作用，其为电力系统内变电站的必要配置，为变电站的送出净功率；

2)太阳方位计算

按照球面天文学理论，与太阳观测相关的天球坐标系主要为以下两种：

(1)赤道坐标系

其基本圈是天球赤道，由地球的自转轴确定的；在赤道坐标系上，太阳的位置就由两个坐标确定：

①太阳赤纬δ：太阳位置的连心线与天赤道面的夹角，即太阳离赤道的角距；

②太阳时角ω：子午圈与通过太阳赤道副圈之间的夹角；

(2)地平坐标系

其基本圈为地平圈，即观测者的真地平；太阳的位置由两个坐标来确定：

①太阳高度角α：观测点与太阳的连线和地平面夹角；

②太阳方位角γ：观测者到太阳的视线在地平面上的投影与南北方向的夹角；

(3)赤道坐标系与地平坐标系的选择

本方法在进行太阳位置计算时，采用地平坐标系作为基准坐标系，并借助赤道坐标系来进行空间坐标转换以获得即时的太阳高度角和方位角；

故，太阳的位置通过下列球面公式求出：

①太阳赤纬δ：

$\mathrm{\&delta;}=23.45\sin \left[\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_1}{N_1}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_2}{N_2}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_3}{N_3}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_4}{N_4})\right]---\left(1\right)$

式中：

N₁：92.975即春分日到夏至日的天数，α₁为从春分日开始计算的天数；

N₂：93.629即夏至日到秋分日的天数，α₂为从夏至日开始计算的天数；

N₃：89.865即秋分日到冬至日的天数，α₃为从春分日开始计算的天数；

N₄：89.012即冬至日到春分日的天数，α₄为从春分日开始计算的天数；

②太阳高度角α：

式中：

地理纬度

δ：太阳赤纬

ω：太阳时角

③太阳时角ω：

ω＝15(12-T_h-T_m/60)   (3)

式中：

T_h：小时采用真太阳时

T_m：分钟采用真太阳时

由于国内各地时间均采用北京时间，根据下式将北京时间换算成当地的真太阳时；

式中：

T_solar：当地真太阳时

T_st：北京时间

地理经度

E：校正时差，由下式计算：

E＝229.2(0.000075+0.001868cosB-0.032077sinB

-0.014615cos2B-0.04089sin2B)   (5)

其中B由下式计算：

n：一年中的日期序号；   (6)

④太阳方位角γ：

3)光伏电站理论实时发电量

(1)根据太阳辐射原理，Q_n水平面逐时理论辐照值包含直接辐射、散射辐射；即：

Q_P＝S_P+D_P   (8)

式中：

Q_P：水平面接收的总辐射(MJ)；

S_P：水平面接收的直接辐射(MJ)；

D_P：水平面接收的散射辐射(MJ)；

根据Erbs等人提出的计算小时散射辐射量与总辐射的比值可分解出直接辐射：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{D_P}{Q_P}=1.0-0.09k_t,k_t\&le;0.22\\ \frac{D_P}{Q_P}=0.9511-0.1607k_t+4.388k_t^2+16.638k_t^3+12.336k_t^4,0.22<k_t\&le;0.80\\ \frac{D_P}{Q_P}=0.165,k_t>0.80\end{array}\right.---\left(9\right)$

式中，k_t为小时清晰度指数，其由下式确定：

其中Q_sc：时刻所处的小时内累计总辐射(MJ)；

(2)而光伏电站为提高发电量，光伏组件均以一定角度朝向赤道；计算光伏组件倾斜面上的太阳辐射量，采用Klein法计算：

Q_t＝S_t+D_t+R_t   (10)

式中：

Q_t：倾斜面接收的总辐射(MJ)；

S_t：倾斜面接收的直接辐射(MJ)

D_t：倾斜面接收的散射辐射(MJ)；

R_t：倾斜面接收的地面反射(MJ)；

其中：

S_t＝S_Pcosθ   (11)

$D_t=D_P\frac{1+\cos \mathrm{\&beta;}}{2}---\left(12\right)$

$R_t={\mathrm{\&rho;Q}}_P\frac{1-\cos \mathrm{\&beta;}}{2}---\left(13\right)$

式中：

β：斜面倾角

ρ：地表物体表面反射率，取值如下：

干燥土地取14％、湿黑土取8％、干灰色地面取25～30％、湿灰色地面取10～12％、干草地取15～25％、湿草地取14～26％、森林取4～10％、干砂地取18％、湿砂地取9％、新雪取81％、残雪取46～70％；

式10中倾斜面的太阳入射角cosθ的通式为：

cosθ＝sinαcosβ+cosαsinβcos(γ-γ_s)   (14)

式中：

θ：太阳入射角

β：斜面倾角

γ_s：倾斜面方位角

(3)倾斜面的太阳入射角cosθ可根据当地纬度、时刻计算获得；而电站在运行时采集水平面的太阳总辐射，需将总辐射分解为直接辐射和散射辐射后，再根据式9～13、结合光伏组件的设备参数获得倾斜光伏组件的理论发电量；

4)实时发电量校正

考虑到温度对光伏组件发电量的影响，再根据光伏组件的工作温度校正出实际的发电量。

G_R＝G_T(1-(T_R-25)co_g)   (15)

式中：

G_R：倾斜面实时计算发电量(kWh)

G_T：倾斜面理论计算发电量(未考虑温度因素)(kWh)

T_R：光伏组件表面实时温度(℃)

co_g：光伏组件温度系数(％/℃)

根据以上计算方法，采集电站几个代表时刻的辐射数据、逆变器出口发电量、组件工作温度的参数进行计算，得出光伏电站实时发电效率；

5)实时效率计算

则电站各断面的效率如下：

η_i＝G_R/W_i   (16)

式中：

η_i：各断面的实时发电效率；

W_i：各断面的实时发电功率。

下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

本例的基于实时运行数据的光伏电站效率计算方法是通过采集光伏电站的如下实测数据实现：1)需要进行效率计算的断面的实时功率；2)数据采集的时间；3)光伏组件表面温度；4)实时辐射数据(实时数据所处小时的总辐射)；

其主要解决的技术问题是：1)计算光伏电站各断面的实时效率，分析各断面间设备运行情况；2)指导光伏电站设备选型；3)为光伏电站的后评估提供依据。

根据上述构思，本实施例的基于实时运行数据的光伏电站效率计算流程如图1所示。其步骤描述如下：

1)根据数据采集时间，利用式1～7进行太阳赤纬、时角、高度角、方位角计算。

2)采集光伏电站内辐射仪该时刻的辐射值、该时刻所处的小时内累计总辐射；首先根据式8、式9对总辐射进行分解；再根据式10～15分别计算倾斜光伏组件理论实时发电量。

3)采集光伏组件表面温度，并结合光伏组件设备参数；利用式15完成光伏组件实时发电量的校正。

4)分别采集各光伏电站各断面的实时功率，分别计算完成各断面的实时效率。考虑到目前光伏电站电能计量设备的安装位置，可计算的断面分别为：逆变器交流侧、集电线路开关柜、光伏电站的系统接入点。

本方法已应用于国内多个建成投产的光伏电站，完成了电站的后评估。完成了相应光伏电站的设备运行情况分析；电站运行缺陷分析；分析电站前期设计、施工的不足；通过对不同断面的实时效率分析，提出光伏电站发电效率提高的措施。

Claims (1)

1.一种光伏电站实时发电效率计算方法，其特征是，采用如下步骤：

1)光伏电站的可采集数据

采用数据监控系统，对光伏电站的包括太阳能电池方阵、并网逆变器、升压站及站用电电气系统的设备运行状况，实时气象数据进行监测；其中，电站各断面设置的数据采集点包含：

(1)气象站

采集太阳总辐射、散射辐射、直接辐射、温度、湿度数据；其数据作为监测光伏电站能量输入原始数据；

(2)汇流箱

采集光伏组串直流电流、汇流箱出口直流电流；其数据分别作为监测光伏组串、汇流箱正常工作与否的作用；

(3)逆变器直流侧

采集逆变器直流侧电压、直流侧电流、直流功率；其数据作为监测直流配电柜正常工作与否、监控逆变器过载、为计算逆变器本体效率提供参考作用；其数据用于逆变器本体的效能监测；部分电站中，汇流箱出口直流电流、逆变器直流侧电流只监测后者；

(4)逆变器交流侧

采集逆变器交流电压、交流电流、交流功率、频率、日发电量、累计发电量；其结合数据3为计算逆变器本体效率提供参考作用；

(5)集电线路开关柜

采集交流电压、交流电流、交流功率；其数据作为保护、测量、计量的作用；

(6)主变进线开关柜

与数据5特点一致；

(7)电站关口表

采集交流电压、交流电流、交流功率；其数据作为保护、测量、计量的作用，其为电力系统内变电站的必要配置，为变电站的送出净功率；

2)太阳方位计算

按照球面天文学理论，与太阳观测相关的天球坐标系为以下两种：

(1)赤道坐标系

其基本圈是天球赤道，由地球的自转轴确定的；在赤道坐标系上，太阳的位置就由两个坐标确定：

①太阳赤纬δ：太阳位置的连心线与天赤道面的夹角，即太阳离赤道的角距；

②太阳时角ω：子午圈与通过太阳赤道副圈之间的夹角；

(2)地平坐标系

其基本圈为地平圈，即观测者的真地平；太阳的位置由两个坐标来确定：

①太阳高度角α：观测点与太阳的连线和地平面夹角；

②太阳方位角γ：观测者到太阳的视线在地平面上的投影与南北方向的夹角；

(3)赤道坐标系与地平坐标系的选择

本方法在进行太阳位置计算时，采用地平坐标系作为基准坐标系，并借助赤道坐标系来进行空间坐标转换以获得即时的太阳高度角和方位角；

故，太阳的位置通过下列球面公式求出：

①太阳赤纬δ：

$\mathrm{\&delta;}=23.45\sin \left[\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_1}{N_1}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_2}{N_2}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_3}{N_3}+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_4}{N_4})\right]---\left(1\right)$

式中：

N₁：92.975即春分日到夏至日的天数，α₁为从春分日开始计算的天数；

N₂：93.629即夏至日到秋分日的天数，α₂为从夏至日开始计算的天数；

N₃：89.865即秋分日到冬至日的天数，α₃为从春分日开始计算的天数；

N₄：89.012即冬至日到春分日的天数，α₄为从春分日开始计算的天数；

②太阳高度角α：

式中：

地理纬度

δ：太阳赤纬

ω：太阳时角

③太阳时角ω：

ω＝15(12-T_h-T_m/60)   (3)

式中：

T_h：小时采用真太阳时

T_m：分钟采用真太阳时

由于国内各地时间均采用北京时间，根据下式将北京时间换算成当地的真太阳时；

式中：

T_solar：当地真太阳时

T_st：北京时间

地理经度

E：校正时差，由下式计算：

E＝229.2(0.000075+0.001868cosB-0.032077sinB

-0.014615cos2B-0.04089sin2B)   (5)

其中B由下式计算：

n：一年中的日期序号；   (6)

④太阳方位角γ：

3)光伏电站理论实时发电量

(1)根据太阳辐射原理，Q_n水平面逐时理论辐照值包含直接辐射、散射辐射；即：

Q_P＝S_P+D_P   (8)

式中：

Q_P：水平面接收的总辐射(MJ)；

S_P：水平面接收的直接辐射(MJ)；

D_P：水平面接收的散射辐射(MJ)；

根据Erbs等人提出的计算小时散射辐射量与总辐射的比值可分解出直接辐射：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{D_P}{Q_P}=1.0-0.09k_t,k_t\&le;0.22\\ \frac{D_P}{Q_P}=0.9511-0.1607k_t+4.388k_t^2+16.638k_t^3+12.336k_t^4,0.22<k_t\&le;0.80\\ \frac{D_P}{Q_P}=0.165,k_t>0.80\end{array}\right.---\left(9\right)$

式中，k_t为小时清晰度指数，其由下式确定：

其中Q_sc：时刻所处的小时内累计总辐射(MJ)；

(2)而光伏电站为提高发电量，光伏组件均以一定角度朝向赤道；计算光伏组件倾斜面上的太阳辐射量，采用Klein法计算：

Q_t＝S_t+D_t+R_t   (10)

式中：

Q_t：倾斜面接收的总辐射(MJ)；

S_t：倾斜面接收的直接辐射(MJ)

D_t：倾斜面接收的散射辐射(MJ)；

R_t：倾斜面接收的地面反射(MJ)；

其中：

S_t＝S_Pcosθ   (11)

$D_t=D_P\frac{1+\cos \mathrm{\&beta;}}{2}---\left(12\right)$

$R_t={\mathrm{\&rho;Q}}_P\frac{1-\cos \mathrm{\&beta;}}{2}---\left(13\right)$

式中：

β：斜面倾角

ρ：地表物体表面反射率，取值如下：

干燥土地取14％、湿黑土取8％、干灰色地面取25～30％、湿灰色地面取10～12％、干草地取15～25％、湿草地取14～26％、森林取4～10％、干砂地取18％、湿砂地取9％、新雪取81％、残雪取46～70％；

式10中倾斜面的太阳入射角cosθ的通式为：

cosθ＝sinαcosβ+cosαsinβcos(γ-γ_s)   (14)

式中：

θ：太阳入射角

β：斜面倾角

γ_s：倾斜面方位角

(3)倾斜面的太阳入射角cosθ可根据当地纬度、时刻计算获得；而电站在运行时采集水平面的太阳总辐射，需将总辐射分解为直接辐射和散射辐射后，再根据式9～13、结合光伏组件的设备参数获得倾斜光伏组件的理论发电量；

4)实时发电量校正

考虑到温度对光伏组件发电量的影响，再根据光伏组件的工作温度校正出实际的发电量，

G_R＝G_T(1-(T_R-25)co_g)   (15)

式中：

G_R：倾斜面实时计算发电量(kWh)

G_T：倾斜面理论计算发电量(未考虑温度因素)(kWh)

T_R：光伏组件表面实时温度(℃)

co_g：光伏组件温度系数(％/℃)

根据以上计算方法，采集电站几个代表时刻的辐射数据、逆变器出口发电量、组件工作温度的参数进行计算，得出光伏电站实时发电效率；

5)实时效率计算

则电站各断面的效率如下：

η_i＝G_R/W_i   (16)

式中：

η_i：各断面的实时发电效率；

W_i：各断面的实时发电功率。