环境因素对光伏工程发电影响的研究-惠星-西北勘测设计研究院有限公司

2 摘要/Abstract 由于太阳能光伏发电效率与其本身的温度有直接关系，而太阳能光伏板温度又会受到自然环境、光伏组件安装阵列以及运行工况的影响。本项目使用试验研究、数学建模、数值计算模型相结合的方法研究太阳电池组件温度分别与日照强度、环境空气温度、风速、风向等因素的关系；得到了有价值的成果。 Since the efficiency of solar photovoltaic power generation is directly related to its own temperature, the temperature of the photovoltaic panel will be affected by the natural environment, the array of photovoltaic modules installed and the operating conditions. This project uses the combination of experimental research, mathematical modeling and numerical calculation model to study the relationship between solar cell module temperature and sunshine intensity, ambient air temperature, wind speed and wind direction, and obtains valuable results. 3 目录/Contents01020304 西勘院简介光伏试验平台介绍环境因素对组件影响实验研究精细化设计与系统效率提升05 主要研究成果及创新点 4 目录/Contents01020304 Introduction to Northwest Engineering Corporation limitedIntroduction to photovoltaic experiment platform Experimental study on the influence of environmental factors on componentsRefined design and system efficiency05 Main research results and innovations 5 01 西勘院简介Introduction to Northwest Engineering Corporation limited 6 西勘院简介Introduction to Northwest Engineering 7 02 光伏实验平台介绍Introduction to photovoltaic experiment platform 8 研究方法和技术路线Research methods and technical routes1、研究方法和技术路线Research methods and technical routes本 项 目 采 用 理 论 研 究 和 工 程 实 践 相 结 合 的 方 法 ， 以 我院 已 经 完 成 的 数 十 项 光 伏 发 电 工 程 前 期 设 计 工 作 为 依 托 ， 以已 经 并 网 发 电 的 电 站 为 基 础 ， 采 取 调 研 、 收 集 运 行 资 料 、 统计 分 析 、 实 验 分 析 、 理 论 分 析 、 仿 真 分 析 （ 数 值 模 拟 ） 、 计算 研 究 等 方 法 ， 完 成 拟 研 究 的 内 容 。2、技术路线Technical routes （ 1） 气 象 条 件 影 响 因 素 辨 识 。（ 2） 研 究 组 件 化 学 热 过 程 特 点 及 对 系 统 性 能 的 影 响 。（ 3） 光 伏 阵 列 的 布 置 对 系 统 性 能 的 影 响 。（ 4） 进 行 太 阳 能 光 伏 系 统 实 际 运 行 测 试 ， 进 一 步 验 证研 究 结 果 。 The project adopts a combination of theoretical research and engineering practice. Based on the pre-design work of dozens of photovoltaic power generation projects that have been completed by our institute, based on the power plants already connected to the grid, research, collection of operational data, statistical analysis , experimental analysis, theoretical analysis, simulation analysis (numerical simulation), computational research and other methods to complete the content of the proposed study.(1)Identification of influencing factors of meteorological conditions.(2) Study the characteristics of the chemical thermal process of components and their impact on system performance.(3)The influence of the arrangement of the photovoltaic array on the system performance.(4)Carry out the actual operation test of the solar photovoltaic system to further verify the research results. 9 实验工程概况Experimental project overview3、实验概况Experimental overview本 项 目 组 在 西 安 市 中 电 投 太 阳 能 电 力 公 司 内 搭 建 了 环 境 因 素 对光 伏 发 电 工 程 发 电 量 影 响 研 究 试 验 场 ， 在 该 试 验 场 中 可 以 获 取 研 究所 需 的 环 境 气 象 、 光 伏 组 件 温 度 及 发 电 量 等 数 据 ， 这 些 试 验 数 据 将用 以 研 究 环 境 因 素 对 光 伏 发 电 系 统 热 性 能 及 电 性 能 的 影 响 ， 同 时 对建 立 的 可 用 于 工 程 实 践 的 数 学 模 型 进 行 验 证 。The project team set up a research and test site for the impact of environmental factors on the generation of photovoltaic power generation in Xidian Zhongdian Solar Power Company.试 验 场 占 地 约 489平 方 米 ， 设 置 6个 同 类 型 的 太 阳 能 电 池 方 阵 ， 分 为 4个 实 验 组 ， 2个 对 比 组 。 每 个方 阵 有 9块 电 池 组 件 ， 组 件 间 长 边 与 长 边 紧 挨 布 置 ， 电 池 组 件 的 背 板 上 装 有 热 电 偶 进 行 温 度 测 量 ， 每 个 方阵 均 安 装 逆 变 器 ， 实 验 场 地 的 北 边 设 有 测 光 站 ， 测 量 太 阳 辐 射 、 环 境 温 度 、 风 速 、 风 向 等 气 象 数 据 。The test site covers an area of about 489 square meters, and six solar cell arrays of the same type are set up, which are divided into four experimental groups and two comparison groups. 西 安 市 中 电 投 太 阳 能电 力 公 司 试 验 场Xi an Zhongdian Solar Energy Power company test site 10 实验工程概况Experimental project overview4、实验项目experimental project：（ 1） 实 测 不 同 辐 射 强 度 、 温 度 、 风 速 、 风 向 条 件 下 太 阳 电 池 组 件 温 度 的 变 化 ；The change of temperature of the solar cell module under different radiation intensity, temperature, wind speed and wind direction is measured;（ 2） 实 测 不 同 辐 射 强 度 、 电 池 片 温 度 下 每 组 太 阳 电 池 组 件 的 瞬 时 最 大 输 出 功 率 （ 以 组 串 式 逆 变 器 单 路 MPPT跟 踪 的 直 流 输 入 功 率 减 去 灰 尘遮 挡 损 耗 、 组 件 不 匹 配 损 耗 、 线 路 损 耗 、 二 极 管 损 耗 等 ） ；Measure the instantaneous maximum output power of each group of solar modules under different radiation intensity and cell temperature (DC input power of single-chip MPPT tracking by string inverter minus dust blocking loss, component mismatch loss, line loss, diode Loss, etc.) （ 3） 对 于 成 阵 列 布 置 的 太 阳 电 池 组 件 ， 在 同 等 行 间 距 条 件 下 ， 实 测 不 同 倾 角 布 置 时 ， 逆 变 器 单 路 MPPT跟 踪 的 直 流 输 入 功 率 变 化 ；For the solar cell modules arranged in an array, the DC input power of the single channel MPPT tracking of the inverter changes when the different inclination angles are measured under the same line spacing condition;（ 4） 对 于 成 阵 列 布 置 的 太 阳 电 池 组 件 ， 在 同 等 行 间 距 条 件 下 ， 实 测 不 同 方 位 角 布 置 时 ， 逆 变 器 单 路 MPPT跟 踪 的 直 流 输 入 功 率 变 化 ；For the solar cell modules arranged in an array, the DC input power of the single channel MPPT tracking of the inverter changes when the different inclination angles are measured under the same line spacing condition;（ 5） 实 测 灰 尘 遮 挡 对 太 阳 电 池 组 件 发 电 量 的 影 响The effect of measured dust shielding on the power generation of solar modules 11 实验工程概况Experimental project overview5、热电偶测温Thermocouple temperature measurement：采 用 选 择 T型 （ TC-TFF-30） ， 即 为 铜 -康 铜 热 电 偶 进 行 温 度 数 据 采 集 工 作 ， 热 电 偶 安 装 位 置 为 太 阳 能 电 池 板 的 背 板 。Temperature data acquisition is performed by selecting T-type (TC-TFF-30), and the thermocouple is installed at the back panel of the solar panel.6、温度采集系统Temperature acquisition system：本 试 验 所 用 温 度 采 集 系 统 为 美 国 Campbell公 司 出 品 的 AM25T通 道 固 态 扩 展 板 （ 如 下 图 1） 和 CR1000数 据 采 集 器 （ 如 下 图 2） 。 AM25T可以 连 接 多 达 25个 热 电 偶 ，The temperature acquisition system used in this test is the AM25T channel solid state expansion board (Figure 1) and the CR1000 data collector (Figure 2) from Campbell Corporation of the United States. The AM25T can connect up to 25 thermocouples.1.AM25T通 道 固 态 扩 展 板 AM25T channel solid state expansion board 2.CR1000数 据 采 集 器 CR1000 data collector 12 实验工程概况Experimental project overview 温度采集系统Temperature acquisition system 遮环以及日照传感强度计Occlusion ring and sunshine sensor intensity meterRSR1OOO旋 转 式 太 阳 能 测 量 系 统 ，精 确 测 量 总 辐 射 ， 散 射 ， 直 接 辐 射每 根 热 电 偶 首 尾 两 端 都 用标 签 进 行 编 号 湿度传感器Humidity Sensor旋 转 式 太 阳 能 测 量 系 统Rotary solar measurement system 采 集 数 据 软 件 ： Logger Net操 作 界 面 13 实验工程概况Experimental project overview 变 量 名 含 义TIMESTAMP 时 间 标 签RECORD 记 录 数Place 测 量 数 据 的 所 在 地Lat 纬 度 Lon 经 度Global_Avg 水 平 总 辐 射 分 钟 平 均 辐 照 度Direct_Avg 直 接 辐 射 分 钟 平 均 辐 照 度Diffuse_Avg 散 射 辐 射 分 钟 平 均 辐 照 度Secondary_Irradiance_Avg 倾 角 为 3 5 ° 时 分 钟 平 均 辐 照 度Thirdary_Irradiance_Avg 倾 角 为 3 0 ° 时 分 钟 平 均 辐 照 度Forthary_Irradiance_Avg 倾 角 为 2 5 ° 时 分 钟 平 均 辐 照 度AirTemp_C_Avg 环 境 温 度 分 钟 平 均 值RH_Avg 湿 度 分 钟 平 均 值 Press_Avg 气 压 分 钟 平 均 值WS_ms_WVc(1 ) 分 钟 矢 量 合 成 风 速WS_ms_WVc(2 ) 分 钟 矢 量 合 成 风 向WS_ms_Max 分 钟 风 速 最 大 值ZenDeg_Avg 天 顶 角 分 钟 平 均 值Rain_mm_Tot 分 钟 雨 量 总 计 RSR1000系 统 1分 钟 数 据 表 （ 系 统 采 样 时 间 间 隔 3S）RSR1000 system 1 minute data sheet(Time interval 3S)View pro数 据 图View pro data map 14 04 环境因素对组件影响实验研究Experimental study on the influence of environmental factors on components 15 环境因素对组件影响的试验研究Experimental study on the influence of environmental factors on components太阳电池组件温度响应的滞后性Hysteresis of temperature response of solar modules 试 验 记 录 的 数 据 为 每 一 时 刻 所 对应 的 太 阳 辐 射 照 度 以 及 太 阳 能 电 池 板 背板 的 温 度 。 对 于 成 阵 列 布 置 的 通 过 以 上分 析 表 明 ， 在 保 持 风 速 ， 风 向 ， 环 境 因素 相 对 稳 定 的 条 件 下 ， 电 池 板 温 度 的 最大 值 ， 与 太 阳 辐 射 照 度 最 大 值 同 步 。 在太 阳 辐 射 的 照 射 下 ， 电 池 模 块 温 度 响 应可 以 认 为 是 同 步 的 ， 没 有 滞 后 。 Under the condition of maintaining wind speed, wind direction and relatively stable environmental factors, the maximum temperature of the panel is synchronized with the maximum solar irradiance. Under the illumination of solar radiation, the battery module temperature response can be considered synchronous without hysteresis. 16 灰尘遮挡对组件温度影响Dust shielding affects component temperature 选 取 无 风 的 情 况 下 ， 最 大 程 度 降 低 环 境 风 速 对 太 阳 能 电 池 板 温 度 的 影 响 。When no wind is selected, the effect of ambient wind speed on solar panel temperature is minimized. 环境因素对组件影响的试验研究Experimental study on the influence of environmental factors on components 17 灰尘遮挡对组件温度影响Dust shielding affects component temperature 没 有 灰 尘 覆 盖 的 电 池 板 的 温 度 明 显 高于 有 灰 尘 覆 盖 的 ， 在 风 很 小 的 情 况 下 ， 太 阳辐 射 强 度 在 192.8W/㎡ 时 ， 温 差 最 大 可 以 达到 1.46℃ ， 最 小 也 在 1.13℃ ， 平 均 值 的 最 大温 差 为 1.257℃ 。 The temperature of the panel without dust is obviously higher than that covered by dust. When the wind is small, the solar radiation intensity is 192.8W/m2, the temperature difference can reach 1.46 °C, and the minimum is 1.13 °C. The maximum temperature difference is 1.257 °C. 环境因素对组件影响的试验研究Experimental study on the influence of environmental factors on components 18 灰尘遮挡对发电量的影响The effect of dust occlusion on power generation 结 论 ： 自 然 积 灰 8天 ， 玻 璃 盖 板 的 透 光 率 就 会 减 小 到 80%， 发 电 相 对 率 只有 0.8794， 即 发 电 量 相 对 减 少 了 12％ 之 多 。 所 以 建 议 清 扫 灰 尘 的 周 期 定为 一 周 为 宜 。 不 同 透 光 率 下 光 伏 组 发 电 量 对 比 图灰 尘 取 自 试 验 场 周 边 的 尘 土 ， 通 过 纤 维 布 的 筛 分 ， 使 其 粒 径 尽 量 接 近自 然 降 落 的 灰 尘 粒 径 ， 灰 尘 重 量 分 别 为 1.26g， 1.89g， 3.15g， 组 件同 一 倾 角 布 置 ， 分 别 铺 上 灰 尘 ， 一 块 表 面 清 洁 ， 在 两 块 板 的 背 面 分 别水 平 放 置 1个 日 照 辐 射 探 头 。 环境因素对组件影响的试验研究Experimental study on the influence of environmental factors on components 19 灰尘遮挡对发电量的影响The effect of dust occlusion on power generation Conclusion: Natural light accumulation for 8 days, the light transmittance of the glass cover will be reduced to 80%, the relative rate of power generation is only 0.8794, that is, the power generation is reduced by as much as 12%. Therefore, it is recommended to set the period for cleaning dust to be one week.Comparison of photovoltaic generation power generation under different transmittances The dust is taken from the dust around the test field. The particle size is as close as possible to the particle size of the natural falling dust. The dust weight is 1.26g, 1.89g, 3.15g, and the components are arranged at the same inclination. Dust, one surface is clean, and one solar radiation probe is placed horizontally on the back of the two boards. 环境因素对组件影响的试验研究Experimental study on the influence of environmental factors on components 20 太阳辐射、环境温度、风速对组件的温度及发电量的影响—— 太 阳 辐 射 对 组 件 温 度 及 发 电 量 的 影 响 规 律结 论 ： 从 图 中 看 到 ， 两 个 曲 线的 变 化 规 律 都 与 太 阳 辐 射 变 化规 律 一 致 ， 都 为 抛 物 线 形 。 由此 可 见 ， 电 池 组 件 温 度 和 发 电量 变 化 与 太 阳 辐 射 成 正 比 关 系 ， 当 太 阳 辐 射 升 高 时 ， 电 池 组 件温 度 和 发 电 量 也 升 高 ； 当 太 阳辐 射 处 于 峰 值 时 ， 电 池 组 件 的温 度 和 发 电 量 也 处 于 峰 值 ， 且出 现 峰 值 的 时 刻 也 相 同 ； 当 太阳 辐 射 降 低 时 ， 电 池 组 件 温 度和 发 电 量 也 随 着 降 低 。 太 阳 辐 射 随 时 间 变 化 图 环 境 温 度 随 时 间 变 化 图 太 阳 能 电 池 组 件 温 度 随 时 间 变 化 图 电 池 组 件 发 电 量 随 时 间 变 化 图 环境因素对组件影响的试验研究Experimental study on the influence of environmental factors on components 21 Effects of solar radiation, ambient temperature, and wind speed on component temperature and power generation—— The effect of solar radiation on component temperature and power generationConclusion: It can be seen from the figure that the changes of the two curves are consistent with the law of solar radiation and are parabolic. It can be seen that the change of battery m o d u l e t e m p e r a t u r e a n d p o w e r generation is proportional to solar radiation. When the solar radiation increases, the temperature and power generation of the battery component also increase. When the solar radiation is at the peak, the temperature and power generation of the bat t e r y component are also The time is at the peak and the peak occurs. When the solar radiation is lowered, the battery m o d u l e t e m p e r a t u r e a n d p o w e r generation are also reduced. Solar radiation over time Ambient temperature versus time graph Solar cell module temperature change with time Battery module power generation with time 环境因素对组件影响的试验研究Experimental study on the influence of environmental factors on components 22 时 间 4月 28日 平 均 温 度 4月 29日 平 均 温 度2014.4.28 13:30 51.739 53.32912014.4.28 13:31 51.6694 53.6972 2014.4.28 13:32 51.7944 53.96722014.4.28 13:33 52.1181 53.97132014.4.28 13:34 52.4148 53.75132014.4.28 13:35 52.2347 53.6041实 验 组 4平 均 温 度 52.00 53.6发 电 量 平 均 值 1749 1554实 验 组 4 ， 1 ~9 号 组 件 温 度 及 发 电 量 平 均 值时 间 5 月 7 日 平 均 温 度 5 月 2 0 日 平 均 温 度2014/5/7 14:30 55.3503 53.86842014/5/7 14:31 55.6279 53.45272014/5/7 14:32 55.7812 53.06252014/5/7 14:33 55.4452 53.10452014/5/7 14:34 55.083 53.52522014/5/7 14:35 55.7756 53.88242014/5/7 14:36 56.0143 53.93262014/5/7 14:37 56.0191 53.63082014/5/7 14:38 56.5764 53.7972014/5/7 14:39 57.0595 53.9801实 验 组 4, 平 均 温 度 55.87 53.62发 电 量 平 均 值 1498 1551 用 控 制 变 量 法 ， 即 选 取 两个 时 间 段 ， 使 这 两 段 时 间的 太 阳 辐 射 相 同 ， 风 速 相同 ， 但 环 境 温 度 有 明 显 差异 ， 来 比 较 环 境 温 度 不 同对 电 池 组 件 温 度 和 发 电 量的 影 响 。结 论 ： 环 境 温 度 可 以 提 高组 件 的 温 度 ， 风 速 会 降 低组 件 温 度 ， 迎 风 面 的 组 件低 于 背 风 面 ， 组 件 温 度 高会 降 低 组 件 发 电 量 。 环境因素对组件影响的试验研究Experimental study on the influence of environmental factors on components太阳辐射、环境温度、风速对组件的温度及发电量的影响Effects of solar radiation, ambient temperature, and wind speed on component temperature and power generation 23 时 间 4月 28日 平 均 温 度 4月 29日 平 均 温 度2014.4.28 13:30 51.739 53.32912014.4.28 13:31 51.6694 53.6972 2014.4.28 13:32 51.7944 53.96722014.4.28 13:33 52.1181 53.97132014.4.28 13:34 52.4148 53.75132014.4.28 13:35 52.2347 53.6041实 验 组 4平 均 温 度 52.00 53.6发 电 量 平 均 值 1749 1554Group 4 , Average temperature and power generation of components 1～ 9时 间 5 月 7 日 平 均 温 度 5 月 2 0 日 平 均 温 度2014/5/7 14:30 55.3503 53.86842014/5/7 14:31 55.6279 53.45272014/5/7 14:32 55.7812 53.06252014/5/7 14:33 55.4452 53.10452014/5/7 14:34 55.083 53.52522014/5/7 14:35 55.7756 53.88242014/5/7 14:36 56.0143 53.93262014/5/7 14:37 56.0191 53.63082014/5/7 14:38 56.5764 53.7972014/5/7 14:39 57.0595 53.9801实 验 组 4, 平 均 温 度 55.87 53.62发 电 量 平 均 值 1498 1551 Using the control variable method, two time periods are selected so that the solar radiation in these two periods is the same, the wind speed is the same, but the ambient temperature is significantly different to compare the effects of different ambient temperatures on the temperature and power generation of the battery components.Conclusion: Ambient temperature can increase the temperature of the component. The wind speed will lower the temperature of the component. The components on the windward side are lower than the leeward side. The high temperature of the component will reduce the power generation of the component. 环境因素对组件影响的试验研究Experimental study on the influence of environmental factors on components太阳辐射、环境温度、风速对组件的温度及发电量的影响Effects of solar radiation, ambient temperature, and wind speed on component temperature and power generation 24 组件正、背面温度关系Component front and back temperature relationship 选 取 实 验 组 1的 4号 组 件 和 5号 组 件 作 为 研 究对 象 。 在 4号 组 件 和 5号 组 件 的 中 间 位 置 同 时分 别 测 量 正 、 背 面 温 度 ， 保 证 正 面 板 的 测 量位 置 与