Efektywność systemu elektrowni fotowoltaicznej: Czy wiesz, jak ją obliczyć?

W przemyśle fotowoltaicznym wskaźnik wydajności (PR) jest kluczowym wskaźnikiem oceny skuteczności systemu, który bezpośrednio wpływa na wartość inwestycyjną i operacyjną elektrowni słonecznych. Ostatnio wielu klientów pytało o efektywność systemu fotowoltaicznego, starając się lepiej zrozumieć pojęcie PR i jak go obliczyć. Wielu zakłada, że degradacja wydajności modułów lub wydajność konwersji falowników stanowią ogólną wydajność systemu, ale nie jest to prawda.

Jako profesjonalny dostawca produktów fotowoltaicznych, Maysun Solar ma na celu szczegółowe wyjaśnienie z następujących perspektyw: definicja i obliczanie PR, kluczowe czynniki wpływające na PR oraz skuteczne metody poprawy PR. Dzięki temu wprowadzeniu mamy nadzieję pomóc klientom lepiej zrozumieć efektywność systemu fotowoltaicznego oraz zapewnić wsparcie naukowe dla decyzji inwestycyjnych i zarządzających w projektach słonecznych.

Spis treści:

1. Czym jest efektywność systemu? Jak ją obliczyć?
2. Kluczowe czynniki przy testowaniu wartości PR
3. Co wpływa na efektywność systemu?
4. Jaka wartość PR jest uważana za standardową?
5. Metody poprawy PR
6. Podsumowanie

Czym jest efektywność systemu? Jak ją obliczyć?

Wydajność energetyczna elektrowni fotowoltaicznej zależy od trzech kluczowych czynników:

1. Zainstalowana moc: Całkowita moc paneli słonecznych w elektrowni, zazwyczaj mierzona w kilowatach (kW).
2. Godziny szczytowego nasłonecznienia: Całkowita liczba godzin w roku, w których elektrownia może generować energię elektryczną pod maksymalnym nasłonecznieniem, w zależności od warunków lokalnej radiacji słonecznej.
3. Efektywność systemu (Wskaźnik wydajności, PR): Ogólna efektywność elektrowni w przekształcaniu energii słonecznej w energię elektryczną. Jest to kluczowy wskaźnik oceny wydajności elektrowni fotowoltaicznej.

Po ustaleniu lokalizacji i skali elektrowni fotowoltaicznej, zainstalowana moc i godziny szczytowego nasłonecznienia są zazwyczaj ustalone. Aby zwiększyć generację energii, konieczne jest dokonanie ulepszeń poprzez poprawę efektywności systemu.

Efektywność systemu elektrowni fotowoltaicznej (Wskaźnik Wydajności, PR) jest kluczowym wskaźnikiem oceny zdolności elektrowni do przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną. Obejmuje ona nie tylko efektywność konwersji energii paneli słonecznych, ale także uwzględnia ogólne straty mocy w całym systemie fotowoltaicznym. Zrozumienie efektywności systemu pomaga ocenić różnicę między rzeczywistą a teoretyczną produkcją energii. Im wyższa efektywność systemu, tym lepsza wydajność generowania energii elektrowni fotowoltaicznej.

Typowo, efektywność systemu elektrowni fotowoltaicznej można obliczyć za pomocą następującego wzoru:
Efektywność systemu (%) = Rzeczywista produkcja energii / Teoretyczna produkcja energii × 100%

• Rzeczywista produkcja energii: Odnosi się do rzeczywistej ilości energii elektrycznej wygenerowanej przez elektrownię fotowoltaiczną podczas jej pracy, zazwyczaj rejestrowanej w czasie rzeczywistym przez system monitorujący.
• Teoretyczna produkcja energii: To przewidywana ilość wygenerowanej energii obliczona na podstawie warunków lokalnej radiacji słonecznej, mocy systemu oraz idealnej efektywności konwersji.

Teoretyczną produkcję energii elektrowni fotowoltaicznej można obliczyć za pomocą następującego wzoru:
Teoretyczna produkcja energii = Całkowita radiacja słoneczna × Efektywność konwersji paneli słonecznych × Powierzchnia paneli słonecznych × Czas

IEC 61724 to międzynarodowa norma monitorowania wydajności elektrowni fotowoltaicznych, która dostarcza wytycznych do monitorowania, oceny i raportowania wydajności systemów fotowoltaicznych. Jest stosowana w elektrowniach fotowoltaicznych wszystkich rozmiarów, zapewniając dokładność danych i porównywalność.

W tym standardzie, wzór do obliczania efektywności systemu (PR) dla elektrowni fotowoltaicznej jest następujący:

• PRT: Średnia efektywność systemu elektrowni fotowoltaicznej w okresie T.
• ET: Ilość energii elektrycznej wprowadzonej do sieci z elektrowni fotowoltaicznej w określonym okresie.
• Pe: Nominalna moc komponentów systemu fotowoltaicznego.
• hT: Godziny szczytowego nasłonecznienia na powierzchni paneli w określonym okresie.

*Warto zauważyć, że rzeczywista produkcja energii i efektywność systemu elektrowni fotowoltaicznej są zależne od różnych czynników, takich jak pogoda, temperatura, nasłonecznienie i straty w falowniku. W związku z tym, rzeczywista efektywność operacyjna może się wahać.

Przykład obliczania PR przy użyciu zasymulowanych danych pomiarowych:

Załóżmy przykład obliczania rocznego PR (Wskaźnika Wydajności). Przyjmujemy, że całkowite roczne promieniowanie odebrane przez układ fotowoltaiczny wynosi 1600 kWh/㎡, co oznacza, że układ odbiera całkowity czas promieniowania słonecznego wynoszący 1600 godzin w ciągu roku. Jeśli licznik energii zapisuje roczną produkcję energii na poziomie 1300 kWh/kW, roczny PR można obliczyć w następujący sposób:

Kroki i uwagi przy pomiarze wartości PR:

Aby zmierzyć wartość PR elektrowni fotowoltaicznej, należy wykonać następujące kroki:

Zainstalowanie urządzeń monitorujących: Zainstaluj urządzenia monitorujące, takie jak mierniki promieniowania słonecznego, termometry i amperomierze, aby w czasie rzeczywistym monitorować moc wyjściową, czynniki środowiskowe i warunki meteorologiczne.

Zbieranie danych: Przez określony czas zbieraj dane dotyczące mocy wyjściowej instalacji, promieniowania słonecznego na jednostkę powierzchni, temperatury modułów i kąta nachylenia, oraz innych parametrów.

Obliczanie teoretycznej produkcji energii: Na podstawie parametrów technicznych modułów fotowoltaicznych, lokalnego promieniowania słonecznego i temperatury otoczenia oblicz całkowitą przewidywaną produkcję energii przy standardowych warunkach testowych (STC).

Obliczanie rzeczywistej produkcji energii: Wykorzystaj dane z monitoringu w czasie rzeczywistym, aby obliczyć rzeczywistą moc wyprodukowaną przez system w danym okresie.

Obliczanie wartości PR: Porównaj rzeczywistą produkcję energii z teoretyczną produkcją energii, aby obliczyć wartość PR systemu.

Kluczowe uwagi przy testowaniu wartości PR

Wybór typowych słonecznych okresów
Aby zapewnić wiarygodność wyników testów, zaleca się wybór typowych słonecznych okresów do przeprowadzania pomiarów. Dzięki temu unika się zakłóceń spowodowanych zmianami pogody, takich jak pochmurne lub deszczowe warunki, które mogą zniekształcić wyniki testów.

Zapewnienie dokładności urządzeń pomiarowych
Podczas procesu testowania należy upewnić się, że wszystkie urządzenia pomiarowe, takie jak mierniki promieniowania, termometry i inne sprzęty monitorujące, są skalibrowane i dokładne. Jest to kluczowe, aby zapewnić precyzję i wiarygodność danych testowych.

Przeprowadzanie powtarzanych testów w celu zapewnienia dokładności
Testy powinny być powtarzane wielokrotnie, aby zapewnić wiarygodność i spójność wyników. Wiele pomiarów pomaga potwierdzić, że wyniki są dokładne, a wszelkie potencjalne nieprawidłowości zostały zidentyfikowane i uwzględnione.

Zapewnienie spójności warunków testowych
Aby uzyskać spójne dane testowe, ważne jest utrzymanie stabilnych warunków przez cały okres testowania. Obejmuje to stałe godziny testów, ustawienia urządzeń pomiarowych oraz warunki środowiskowe podczas każdego testu. Utrzymanie jednolitości tych czynników zapewnia, że zebrane dane będą porównywalne i dokładne.

Co wpływa na efektywność systemu?

Degradacja mocy komponentów (2-3% w pierwszym roku, następnie 0,5% rocznie)
W systemach fotowoltaicznych, degradacja mocy komponentów jest istotnym czynnikiem wpływającym na ogólną efektywność systemu, ale nie jest to jedyny decydujący czynnik. Wiele osób błędnie uważa, że degradacja komponentów bezpośrednio określa ogólną efektywność systemu. Jednak efektywność systemu zależy od wielu różnych czynników.

Degradacja komponentów w trakcie normalnej pracy zwykle mieści się w dopuszczalnym zakresie. Typowo, panele słoneczne z monokrystalicznego krzemu doświadczają spadku mocy o 2-3% w pierwszym roku, a po tym czasie roczna degradacja wynosi około 0,5%. Niemniej jednak efektywność systemu zależy również od innych czynników, takich jak efektywność falownika, straty w kablach, wpływ temperatury, kurz i zacienienie. Nawet przy rozsądnej kontroli degradacji, ogólna efektywność systemu może być nadal wpłynięta przez te inne czynniki.

Więcej informacji na temat degradacji komponentów można znaleźć na naszym blogu: Degradacja paneli słonecznych.

Niedopasowanie komponentów i zacienienie (Wpływ: około 3%)
Gdy ogniwa słoneczne są połączone szeregowo lub równolegle, ich wydajność elektryczna może się różnić, co skutkuje łączną mocą wyjściową, która jest zazwyczaj mniejsza niż suma mocy poszczególnych ogniw. Zjawisko to nazywane jest niedopasowaniem. W elektrowniach fotowoltaicznych główną przyczyną niedopasowania komponentów nie są same komponenty, lecz zacienienie, szczególnie od pobliskich budynków, drzew lub innych stałych przeszkód.

W przypadku instalacji na dachach o mniej idealnym ustawieniu, niedopasowanie w konfiguracji szeregowej lub zestawie paneli może prowadzić do utraty efektywności rzędu około 3%.

Straty spowodowane kurzem, śniegiem i przeszkodami (Zakres wpływu: 4,0% - 5,4%)
Zewnętrzne czynniki środowiskowe, takie jak kurz, śnieg lub inne przeszkody, mogą blokować bezpośrednie światło słoneczne docierające do paneli, zmniejszając ich zdolność do wytwarzania energii. Kurz i śnieg są szczególnie problematyczne w niektórych regionach i zazwyczaj powodują straty efektywności w zakresie od 4,0% do 5,4%. Metody czyszczenia paneli z kurzu i śniegu można znaleźć w tym artykule: Czyszczenie paneli słonecznych.

Straty spowodowane współczynnikiem temperatury modułów (Wpływ: około 4%)
Współczynnik temperatury (jak omówiono w naszym artykule: Współczynniki temperatury paneli słonecznych) jest kluczowym parametrem, który znajduje się w specyfikacjach każdego modułu fotowoltaicznego. Na przykład, moduł z współczynnikiem temperatury napięcia otwartego obwodu wynoszącym -0,33%/°C oznacza, że przy wzroście temperatury o 1°C napięcie otwartego obwodu spadnie o 0,33%. Ten efekt jest bardziej widoczny w regionach, gdzie występują duże wahania temperatury pomiędzy latem a zimą. Zazwyczaj straty związane ze współczynnikiem temperatury prowadzą do spadku wartości PR o około 4%.

Straty związane z przewodami (Wpływ: około 2%)
Straty w przewodach można podzielić na straty w przewodach DC (prądu stałego) i AC (prądu zmiennego). Wpływ strat przewodów na efektywność systemu wynosi zazwyczaj około 2%. Straty w przewodach DC występują podczas przesyłania prądu stałego z paneli do inwertera, zwykle wynoszące około 2%. Straty w przewodach AC pojawiają się podczas przesyłania prądu zmiennego z inwertera do systemu dystrybucji, a ich wielkość zależy od długości kabli i obciążenia prądowego.

Straty w inwerterze (Wpływ: około 3%)
Inwerter (omówiony w naszym artykule: Inwertery fotowoltaiczne: Kluczowy komponent) konwertuje moc DC generowaną przez panele słoneczne na moc AC i ma bezpośredni wpływ na efektywność systemu (PR). Straty w inwerterze można podzielić na dwie części: inherentne straty energii samego inwertera oraz straty wynikające z przekroczenia nominalnej mocy wejściowej lub napięcia roboczego inwertera. Łącznie, inwerter może przyczynić się do straty efektywności na poziomie około 3%.

Straty związane z efektywnością transformatora (Wpływ: około 2%)
Rola transformatora polega na dostosowaniu napięcia do poziomu odpowiedniego do podłączenia do sieci. Jednak transformatory również generują straty energetyczne, w tym inherentne straty energii transformatora oraz straty występujące podczas nocnego bezczynnego okresu lub regulacji napięcia. Te straty mogą powodować spadek efektywności systemu (PR).

Jaka wartość PR jest uważana za standardową?

1. Wartość PR w idealnych warunkach
Pod teoretycznie idealnymi warunkami (brak zacienienia, brak strat temperaturowych, brak degradacji komponentów itd.), wartość PR może osiągnąć poziom od 90% do 95%. Jednak w praktyce niemal niemożliwe jest, aby system fotowoltaiczny osiągnął ten zakres z powodu różnych czynników środowiskowych oraz strat systemowych.

2. Zakresy wartości PR dla rzeczywistych projektów

• Farmy fotowoltaiczne na gruncie: Zazwyczaj wartość PR wynosi od 80% do 90%. Wysoce efektywne farmy fotowoltaiczne, działające w optymalnych warunkach, mogą zbliżyć się do 90%.
• Farmy fotowoltaiczne na dachach: Z powodu takich czynników jak zacienienie dachów, ograniczenia kąta nachylenia czy ograniczona przestrzeń, wartość PR zazwyczaj mieści się w przedziale od 75% do 85%.
• Energia fotowoltaiczna w środowiskach specjalnych (rolnicze lub pływające instalacje): Z powodu zmiennych warunków nasłonecznienia i temperatury, wartość PR dla farm fotowoltaicznych w takich środowiskach może wynosić od 70% do 85%.

3. Różnice regionalne w wartościach PR

• Obszary o wysokiej radiacji (np. Bliski Wschód i część Australii): Wartości PR mogą być wyższe niż średnia, zazwyczaj wynoszą od 85% do 90%.
• Obszary o średniej radiacji (np. Południowa Europa): Wartości PR zazwyczaj mieszczą się w przedziale od 80% do 85%.
• Obszary o niskiej radiacji (np. Północna Europa): Z powodu warunków klimatycznych, wartość PR może wynosić od 75% do 80%.

4. Norma IEC 61724 dla wartości PR
IEC 61724 zapewnia wytyczne dotyczące mierzenia wartości PR, ale nie definiuje ściśle, co stanowi "kwalifikowaną" wartość PR. Ogólnie przyjęta wartość PR powyżej 80% uznawana jest za efektywną, podczas gdy wartość PR poniżej 70% może wskazywać na potrzebę przeprowadzenia konserwacji lub optymalizacji.

Metody poprawy PR

Innowacyjne i elastyczne metody poprawy efektywności systemu PV (PR)

Oprócz powszechnie wspomnianych metod, istnieją również innowacyjne i elastyczne sposoby, które mogą pomóc w dalszym poprawieniu Wskaźnika Wydajności (PR) elektrowni fotowoltaicznych. Klienci mogą odwołać się do wzoru na efektywność:

PRT = ET / (Pe * hT)

aby elastycznie zastosować go do różnych scenariuszy.

Na przykład, instalacja ręcznie regulowanych uchwytów montażowych to prosty, ale skuteczny sposób na poprawę wydajności systemu. Te regulowane uchwyty mogą być ustawione pod dwoma różnymi kątami na zimę i lato, pozwalając systemowi dostosować się do zmieniających się kątów promieniowania słonecznego przez cały rok. Maksymalizuje to ekspozycję paneli słonecznych na światło słoneczne, zwiększając zarówno produkcję energii, jak i efektywność systemu, co z kolei poprawia wartość PR.

Ponadto, zastosowanie inteligentnych systemów operacyjnych i konserwacyjnych (O&M) może znacznie zoptymalizować wydajność elektrowni fotowoltaicznych. Te inteligentne systemy analityczne są w stanie monitorować i analizować status elektrowni w czasie rzeczywistym, dokładnie identyfikować usterki i szybko je usuwać. Taka precyzyjna diagnostyka usterek i szybka reakcja mogą zminimalizować czas przestojów, poprawiając ogólną efektywność systemu i zapewniając długoterminową stabilną produkcję energii, co dodatkowo zwiększa wartość PR.

Wniosek

Poprzez przedstawienie powyższych aspektów, mamy nadzieję, że teraz masz jaśniejsze zrozumienie efektywności systemu (PR) elektrowni fotowoltaicznych. W praktyce, czy wyższy PR zawsze jest lepszy? W rzeczywistości, optymalna wartość PR musi być rozważana w połączeniu z takimi czynnikami jak opłacalność ekonomiczna, środowisko geograficzne i specyficzne przypadki użycia. Ważne jest, aby znaleźć równowagę pomiędzy tymi czynnikami przy podejmowaniu decyzji o projektowaniu i optymalizacji systemu.

Mamy nadzieję, że ten artykuł dostarczył cennych informacji, a jeśli masz jakiekolwiek uwagi lub pytania, nie wahaj się zostawić komentarza poniżej. Podzielmy się pomysłami i dyskutujmy!

Od 2008 roku Maysun Solar z zaangażowaniem produkuje wysokiej jakości moduły fotowoltaiczne.Nasza oferta paneli słonecznych, w tym panele IBC, HJT, TOPCon oraz stacje balkonowe, jest wytwarzana z wykorzystaniem zaawansowanej technologii, co zapewnia doskonałą wydajność i gwarantowaną jakość. Maysun Solar z powodzeniem otworzyło biura i magazyny w wielu krajach oraz nawiązało długoterminowe partnerstwa z czołowymi instalatorami! W celu uzyskania najnowszych ofert na panele słoneczne lub jakichkolwiek zapytań związanych z fotowoltaiką, prosimy o kontakt. Jesteśmy zaangażowani w Państwa obsługę, a nasze produkty zapewniają niezawodność i pewność jakości.

Może Ci się spodobać: