CN108880470B - 一种计算积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的方法，具体为，根据不同环境与积灰速率的联系，建立环境与组件表面清洁度的关系；基于积灰对光伏组件影响的原理，提出一种基于步长法计算组件积灰损失的模型；其次，建立了不同降雨量对光伏组件积灰的清洗模型，得到每天光伏组件由于积灰引起的输出功率降低百分比；最后，以日总辐照表征组件的发电量，计算得到发电量损失。本发明对光伏组件积灰损失进行实时的计算和预测，为组件清洗策略的制定奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的方法，属于太阳能光伏系统应用技术领域。
背景技术
光伏组件自工作开始就会一直受到积灰问题的困扰，但由于光伏电池与组件受不同环境条件影响，其积灰现象及所产生的积灰损失问题不尽相同。光伏组件表面积灰的速率与积灰的多少受到当地空气质量，实时降雨量，风速和湿度等因素的影响，导致不同地区不同时间下组件表面的积灰程度大不相同。
目前，光伏积灰问题已经成为制约光伏产业发展的一个重要问题，然而由于组件积灰的复杂性，导致对组件积灰造成的发电量损失方面的研究较少。因此，光伏电站急需要一种可以实时计算组件由于积灰造成的功率损失及发电量损失的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种计算积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的方法，根据实时的天气状况，即可计算得到组件由于积灰导致的发电量损失。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种计算积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的方法，包括以下步骤：
1)计算光伏组件表面清洁度；
2)建立晴天基于步长法计算光伏组件积灰损失的模型；
3)建立雨天不同降雨量对光伏组件积灰清洗的等效模型；
4)利用日总辐照代替发电量计算积灰引起的光伏组件发电量损失。
前述的步骤1)中，光伏组件表面清洁度的计算如下：
1-1)光伏组件一天的积灰累积程度表达式如下：
Ni＝(P·A·K·L·PM10i)％ (1)
其中，Ni表示光伏组件第i天的积灰累积程度，P为固定系数，取0.4％～0.5％；A为倾角系数，K为气候系数，L为区域系数，PM10i为城市第i天的PM10指数；
1-2)光伏组件表面清洁度为：
其中，Cm为光伏组件积灰m天后的表面清洁度。
前述的倾角系数A计算公式如下：
A＝βθ+γ (3)
其中，θ为光伏组件安装倾角，β和γ取-0.04～-0.03和2.8～3.7。
前述的气候系数K取值如下：
亚热带季风气候取K＝1；热带季风气候取K＝1.2；温带季风气候取K＝0.8；温带大陆性气候取K＝0.7；青藏高原高寒气候取K＝0.6。
前述的区域系数L取值如下：
安装在水面空气指数良好区：
L＝0.6～0.8；
安装在校园或城区：
L＝0.9～1；
安装在工业污染区：
L＝1.1～1.2。
前述的步骤2)晴天光伏组件积灰损失模型为：
其中：Ploss，m为光伏组件积灰m天后的功率损失，η为步长，取1％～2％；
前述的步骤3)雨天不同降雨量对光伏组件积灰清洗的等效模型为：
1)降雨量<Dmm为无清洗效果，该情况下的降雨对光伏组件积灰造成的功率损失无影响，降雨后光伏组件积灰造成的功率损失较降雨前无变化；
2)Dmm<降雨量<Emm为微清洗效果，该情况下的降雨会降低积灰对光伏组件引起的功率损失，降雨后光伏组件积灰造成的功率损失设置为降雨前功率损失的8％；
3)降雨量>Emm为完全清洗效果，该降雨情况下积灰会被完全清除，降雨后光伏组件积灰造成的功率损失设置为0％；
其中，D取2～4，E取9～11。
前述的步骤4)中，光伏组件发电量损失计算分为晴天和雨天两种情况，
晴天情况下：
Gloss，m＝Gm·Ploss，m (5)
其中，Gm为光伏组件积灰m天后，当天接收的辐照总量；Gloss，m为光伏组件积灰m天后，当天的发电量损失；Eloss，m为光伏组件积灰m天后，当天的发电量损失百分比；Eloss为在积灰一年期间光伏组件总发电量损失百分比；
雨天情况下：
降雨量<Dmm时，则采用式(5)、(6)、(7)计算；
Dmm<降雨量<Emm时，降雨后光伏组件积灰发电量损失降为降雨前积灰发电量损失的8％；
降雨量>Emm时，降雨后积灰发电量损失为0％，
其中，D，E由实验确定。
本发明所达到的有益效果：
通过本发明可以利用实时的天气状况数据，通过辐照表征每天光伏组件的发电量，可以计算得到不同地区，不同时刻积灰对光伏组件输出功率及发电量影响，从而可得到由积灰引起的光伏组件每天及每年的发电量损失百分比，从而为光伏组件提供适时的积灰清理时间点起到指导型的意义。
附图说明
图1为光伏组件安装倾角示意图；
图2为步长法积灰原理示意图；
图3为降雨清洗模型示意图；
图4为实施例中实测数据与本发明计算的积灰对组件输出功率影响的比较图；
图5为实施例中本发明计算的辐照表征的积灰引起的日发电量损失曲线图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的计算积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的方法，包括以下几个部分：
1、计算光伏组件表面清洁度；
1-1)光伏组件一天的积灰累积程度表达式如下：
Ni＝(P·A·K·L·PM10i)％ (1)
其中：P为固定系数，由实验确定，通常取0.4％～0.5％；A为倾角系数，不同安装倾角取不同值；K为气候系数，按不同城市的气候类型划分；L为区域系数，包括水面，校园，工业区三个系数；PM10i为城市第i天的PM10指数，也就是城市该天PM10数据的平均值；Ni表示光伏组件第i天的积灰累积程度。
1-2)则积灰了m天的光伏组件每天的表面清洁度计算公式为：
其中：Cm为组件积灰m天后的清洁度，Cm越大表征的清洁度越差；Ni表示光伏组件第i天的积灰累积程度。
各系数求解如下：
a、倾角系数A
组件安装倾角示意图如图1所示，组件安装倾角θ越大，组件表面的积灰量累积就越慢，把组件安装倾角与组件表面清洁度看作一种线性关系，倾角系数A的计算公式如下：
A＝βθ+γ (3)
其中：θ为组件安装倾角；β和γ取-0.04～-0.03和2.8～3.7。
b、气候系数K
气候系数主要是表征风湿度对组件积灰的影响，根据不同气候类型对组件积灰的影响可取不同的气候系数，详细划分如下：
亚热带季风气候取1为参照值；热带季风气候空气较为湿润，更利于灰尘沉积，取1.2；温带季风气候空气略为干燥，取0.8；温带大陆性气候远离海洋，空气更为干燥，取0.7；青藏高原高寒气候寒冷干燥，取0.6。
c、区域系数L
由于式(1)中PM10指数在一个城市中只有一个气象站点数据，为了获取不相同城市不同区域的组件积灰清洁度关系，引入了区域系数，主要划分如下：
安装在水面等空气指数良好区：
L＝0.6～0.8
安装在校园或城区：
L＝0.9～1
安装在工业污染区：
L＝1.1～1.2。
2、建立晴天步长法计算组件积灰损失的模型；
步长法积灰模型如图2所示，以η为步长，把积灰在组件表面的沉积看作多层积灰的堆积，每层积灰会使组件的透光率降低η，积灰的层数用Cm/η表征，具体计算公式如下：
其中：Ploss，m为组件积灰m天后的输出功率损失；η为步长，取1％～2％。
3、建立雨天不同降雨量对组件积灰等效清洗模型；
降雨等效清洗模型曲线图如图3所示，按降雨量多少，把降雨对组件积灰的清洗效果划分为无效清洗，微清洗和完全清洗。具体划分如下：
1)降雨量<Dmm为无清洗效果；该情况下的降雨对光伏组件积灰造成的功率损失无影响，降雨后组件积灰造成的功率损失较降雨前无变化。
2)Dmm<降雨量<Emm为微清洗效果；该情况下的降雨会降低积灰对光伏组件引起的功率损失，但不会完全消除积灰的影响，降雨后组件积灰造成的功率损失设置为降雨前功率损失的8％。参见图3，降雨前天功率损失约40％，降雨后约40％*8％＝3.2％。
3)降雨量>Emm为完全清洗效果。该降雨情况下积灰会被完全清除，光伏组件已不受积灰影响，降雨后组件积灰造成的功率损失设置为0％。
其中：D，E由实验确定，一般D取2～4，E取9～11。
4、利用日总辐照代替发电量得到积灰引起的光伏组件发电量损失；
为了获得由于积灰引起的光伏组件发电量损失，具体需要获取电站的详细发电数据，但很多时候我们并没有实际的电站数据，根据日总辐照量与发电量的正比关系，可以采用日辐照总量表征电站无积灰损失的发电量，即把每天的辐照总量看作组件的发电量，晴天发电量损失计算公式如下：
Gloss，m＝Gm·Ploss，m (5)
其中：Gm为光伏组件积灰m天后，当天接收的辐照总量；Gloss，m为光伏组件积灰m天后，当天的发电量损失(以辐照表征)；Eloss，m为光伏组件积灰m天后，当天的发电量损失百分比；Eloss为在积灰一年期间光伏组件总发电量损失百分比。
雨天则依据不同降雨量，按照步骤3给出的降雨量<Dmm为无清洗效果，积灰损失继续用上式(5)(6)(7)计算；Dmm<降雨量<Emm为微清洗效果，降雨后积灰损失降为降雨前积灰损失的8％；降雨量>Emm为完全清洗效果，降雨后积灰损失为0％。
按以上步骤即可得到积灰导致光伏组件每天及每年损失的发电量百分比。
为了验证本发明方法的准确性和可行性，选取烟台某电站2017.07.03～2017.11.12的数据，采用实验数据计算与本发明方法计算，对光伏组件每天的输出性能进行分析，由于无法直接获取积灰对组件功率影响的数据，本发明采用每日中午11点～14点间辐照大于600W/m2的无遮挡的发电数据计算组件的PR值变化，看作积灰对组件输出功率的影响。采用实验数据计算的组件日输出功率百分比与本发明模型计算日输出功率百分比比较如图4所示；本发明方法计算的积灰引起的日发电量损失(辐照表征)如图5所示，并可计算得2017.07.03～2017.11.12期间积灰造成的总发电量损失为2.069％。
由图4可知，本发明方法与实测计算方法得到的组件输出功率在趋势上基本一致，只是在某些天会出现实测数据有偏差较大的现象，考虑到实测计算方法由实测数据通过辐照，温度换算而来，在某些天气下会采集数据可能会有较大的误差，所以本发明模型计算已较为准确，同时可侧面说明，采用本发明计算模型可以有效的避免环境变化对实验数据测量的影响。
本发明适用于不同天气条件下，积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的计算，实验和计算结果反映了本发明的参考价值及适用性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种计算积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)计算光伏组件表面清洁度；计算如下：
1-1)光伏组件一天的积灰累积程度表达式如下：
Ni＝(P·A·K·L·PM10i)％ (1)
其中，Ni表示光伏组件第i天的积灰累积程度，P为固定系数，取0.4％～0.5％；A为倾角系数，K为气候系数，L为区域系数，PM10i为城市第i天的PM10指数；
1-2)光伏组件表面清洁度为：
其中，Cm为光伏组件积灰m天后的表面清洁度；
2)建立晴天基于步长法计算光伏组件积灰损失的模型：
其中：Ploss，m为光伏组件积灰m天后的功率损失，η为步长，取1％～2％；
3)建立雨天不同降雨量对光伏组件积灰清洗的等效模型；所述等效模型为：
1)降雨量<Dmm为无清洗效果，该情况下的降雨对光伏组件积灰造成的功率损失无影响，降雨后光伏组件积灰造成的功率损失较降雨前无变化；
2)Dmm<降雨量<Emm为微清洗效果，该情况下的降雨会降低积灰对光伏组件引起的功率损失，降雨后光伏组件积灰造成的功率损失设置为降雨前功率损失的8％；
3)降雨量>Emm为完全清洗效果，该降雨情况下积灰会被完全清除，降雨后光伏组件积灰造成的功率损失设置为0％；
其中，D取2～4，E取9～11；
4)利用日总辐照代替发电量计算积灰引起的光伏组件发电量损失，所述光伏组件发电量损失计算分为晴天和雨天两种情况，
晴天情况下：
Gloss，m＝Gm·Ploss，m (5)
其中，Gm为光伏组件积灰m天后，当天接收的辐照总量；Gloss，m为光伏组件积灰m天后，当天的发电量损失；Eloss，m为光伏组件积灰m天后，当天的发电量损失百分比；Eloss为在积灰一年期间光伏组件总发电量损失百分比；
雨天情况下：
降雨量<Dmm时，则采用式(5)、(6)、(7)计算；
Dmm<降雨量<Emm时，降雨后光伏组件积灰发电量损失降为降雨前积灰发电量损失的8％；
降雨量>Emm时，降雨后积灰发电量损失为0％。
2.根据权利要求1所述的一种计算积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的方法，其特征在于，所述倾角系数A计算公式如下：
A＝βθ+γ (3)
其中，θ为光伏组件安装倾角，β和γ取-0.04～-0.03和2.8～3.7。
3.根据权利要求1所述的一种计算积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的方法，其特征在于，所述气候系数K取值如下：
亚热带季风气候取K＝1；热带季风气候取K＝1.2；温带季风气候取K＝0.8；温带大陆性气候取K＝0.7；青藏高原高寒气候取K＝0.6。
4.根据权利要求1所述的一种计算积灰对光伏组件输出功率及发电量影响的方法，其特征在于，所述区域系数L取值如下：
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