太阳辐射监测：关于光伏、光热资源的评估、选址与超临近预报、短时预报

2018/05/06   下载量： 2 次

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应用领域 能源/新能源
检测样本 太阳能
检测项目
参考标准 ISO 9060

精准监测太阳辐射有效提升太阳能电站产能 1：高品质监测太阳辐射的重要性 2：太阳能电站选址与资源评估 3：优化系统选型，指导投资决策 4：最大功率跟踪 5：日常维护 6：监测和评估系统运行效率 7：发电量预报 8：质量控制及技术开发 如何为配备太阳辐射监测系统 选择高品质太阳辐射监测仪的首要条件是，设备通过ISO9060等级标准，可以溯源到世界辐射测量基准值(ＷRR)，并可以全天候正常工作。满足该条件的辐射监测仪才可用于客观分析太阳能组件发电效率、预测电站发电量、电站运维管理、电站绩效评估、比较不同电站的优异性等。 针对商用电站，一般要求太阳辐射监测系统至少包括GHI、DNI和DHI的观测。并且，需要有一套备份观测系统同时工作，两套系统之间可以互相校验，一旦一套系统出现故障时，可以被及时发现。图3为典型太阳辐射监测站。该辐射监测站可以监测GHI、DNI、DHI以及温度、湿度、风向、风速等与太阳能发电效率相关的气象要素。

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精准监测太阳辐射有效提升太阳能电站产能

1、高品质监测太阳辐射的重要性

太阳能电站发电效率与太阳辐射强度、空气温度等随机性变化的气象要素密切相关，造成了电力输出的不连续性和不确定性。随着太阳能发电装机容量在电力系统中比例的增大，这些不确定性将会对电网的安全性、稳定性和高效率运行造成一定的影响。为了避免太阳能电站出现重大产能损失，在实际应用中，高品质的太阳辐射监测设备尤为重要。例如，针对一个20MW的太阳能电站，其发电量的1%产生的价值可以粗略估算为20MW×2000h/Year(日照时长)×1.2RMB/kWh(上网电价)×25Year(电站寿命)×1%=12,000,000RMB。即，从电站规划设计、运行维护至后评估，1%的数据质量提升可以为业主带来巨大的经济效益。太阳辐射数据作为太阳能电站最重要的输入量之一，其主要用途分为以下几个方面：

 

图1. 中国区域卫星观测太阳辐射资源分布状况（2009年总辐射）

（1）太阳能电站选址与资源评估

在建立太阳能电站之前，利用长期太阳辐射历史数据对太阳能电站规划区域的太阳能资源状况进行评估。通常情况下，精度和可靠性较高的长期地面观测数据非常有限，而不得不选用空间分辨率和时间分辨率较低的卫星观测数据（如图1）。由于受到地形、区域气候等因素的影响，在几百公里范围内日照时长每年可以相差上百小时。为了减少不确定性，需要在规划站点建立太阳辐射观测站进行连续观测，对太阳能资源评估结果进行必要的验证和补充。

 

（2）优化系统选型，指导投资决策

太阳辐射数据的质量直接关系到电站太阳能资源的评定结果，影响太阳能电站的选型和布局。高品质太阳辐射数据有利于帮助投资者选择最适合当地气候特点的太阳能发电系统、制定合理的投资策略和提高回报率。

（3）最大功率跟踪

最大功率跟踪技术是通过调整光伏阵列端电压，使光伏阵列在各种不同的日照和温度环境下实现最大功率输出。为了实现最大功率跟踪，需要实时高精度太阳观测数据、背板温度数据等其他气象数据。

 

（4）日常维护

通过实时对比太阳辐射强度数据与电站逐个逆变器输出功率，可以实时计算太阳能组件的发电效率。当此效率发生快速变化时，可能是太阳能组件或者逆变器出现了故障，需要检修或更换；当此效率在短期发生明显衰减时，可能是太阳能组件受到污染，需要清洗了；当此效率随着时间发生正常缓慢的衰减时，可能是太阳能发电系统随着时间在发生老化。

 

（5）监测和评估系统运行效率

连续的高精度太阳辐射数据可以用于计算和建立太阳能电站系统效率数据库，此数据库可以用于更好的预报未来电站产能和盈利情况。

 

（6）发电量预报

受太阳辐射周期变化的影响，太阳能电站输出功率变化具有很强的周期性，包括日变化和季节变化周期。同时，太阳辐射、空气温度等气象要素变化的随机性导致了太阳能电站输出功率的不连续性和不确定性。随着大规模集中并网太阳能发电系统容量的增加，为了避免并网太阳能发电系统输出功率固有的间歇性和不可控等缺点对电网的冲击，需要利用实时监测的高精度太阳辐射数据、环境温度数据等气象要素对太阳能电站发电量（或功率）进行预报。

 

（7）质量控制及技术开发

高品质的太阳辐射监测数据可有效的指导电站运维工作，例如，一般希望保证电站性能变化不超过5%，那么在运维过程中使用的太阳辐射监测仪的精度就要好于5%。高品质的太阳辐射监测还用于验证和比较不同品牌的太阳能组件性能指标，开发新的技术和产品。例如，在研发的过程中，两种解决方案的理论转化效率分别为20%和22%，仅存在2%差别。在实际验证过程中则需要太阳辐射监测仪的精度好于2%。

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北京博伦经纬科技发展有限公司
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