高海拔荒漠地區光伏系統發電量受光照強度的影響分析

摘要：在高海拔荒漠地區，采集兩個光伏電站的發電數據，繪制一年中每月的發電量、月平均利用小時、月累計輻照度之間的曲線圖，對比分析三者之間的關系，結果表明，不同光伏電站，三者關系呈正相關，三者曲線走勢基本一致。在該地區搭建實驗平臺，利用光照強度檢測儀和功率記錄儀，采集光照強度和光伏組件的實際功率，通過MATLAB軟件繪制兩者的曲線圖，結果表明，無論是光伏電站還是光伏組件，光照強度對其影響基本一致，且光照強度與發電量關系呈高度正相關。

關鍵詞：高海拔;光伏電站;光照強度;輻照度;正相關

0 引言

國家能源局下發的《太陽能發展“十三五”規劃》中指出：在青海、內蒙古等高海拔地區（太陽能資源好、土地資源豐富），充分建設太陽能發電基地，其中青海省2020年光伏發電建設規模達1 000萬kW。青海省大部分市區屬于高海拔荒漠地區，地緣遼闊，無遮擋光伏電池板的樹木或建筑物，空氣稀薄，云量少，透明度高，太陽能輻射度高，日照時間長，太陽能、土地資源優勢明顯。天然的優勢為光伏電站的建設提供了有力保障[1]。

隨著光伏電站裝機容量的擴大，高海拔荒漠地區的特殊環境因素對發電量的影響亟待研究[2]，本文采集了位于高海拔荒漠地區的錫鐵山電站、烏蘭電站的相關發電數據，對比分析了一年中兩個電站的每月發電量、月平均利用小時、月累計輻照度的關系。為了驗證光照強度對光伏組件和對整個光伏系統的影響是否一致，在高海拔荒漠地區搭建實驗平臺，以每分鐘為采樣單位，采集每天的光照強度和光伏組件發電量數據，并用MATLAB編程處理龐大的數據，繪制兩者的曲線圖，結果表明，無論是光伏電站還是光伏組件，高海拔荒漠地區的光照強度對其影響基本一致，無論是月累計輻照度還是每天的光照強度，都與相對應的發電量曲線走勢高度一致，呈正相關，這也表明輻照度是發電量非常重要的影響因素。

1 光伏電站數據分析

高海拔荒漠地區的錫鐵山電站和烏蘭電站在一年中的月發電量、月平均利用小時與月累計傾角輻射量之間的曲線圖如圖1所示，2個電站的曲線走勢具有統一的共性。

由圖1可得出以下結論：

（1）2個電站均在3月份發電量最大，從環境角度分析，3月份高海拔地區天氣晴朗，光照強度高，溫度適宜，由于2月份的雨雪沖刷，組件的清潔度較好，因此組件光電轉換效率較高，3月發電量在全年中最大。

（2）在一年發電周期內月發電量和月累計傾角輻射量的關系基本呈正相關，但在5月份，月累計傾角輻射量較高，月發電量卻較低。原因在于光伏組件輸出功率主要受光照強度和溫度的影響，在5月份雖然月累計傾角輻射量較高，但溫度也很高，嚴重制約著組件光電轉換效率，導致月發電量下降。

（3）在后半年，發電量基本保持平穩，沒有太大浮動。在7月和8月，雨水天氣較多，光照強度有所下降，且環境溫度較高;而9月和10月環境溫度相對前兩個月有所下降，但9月和10月多發生沙塵暴天氣，光伏組件表面的清潔度較差，組件接收到的輻照度隨之降低;11月至2月，雨雪天氣多，易在組件表面形成灰塵和積雪，一方面光照強度有所下降，另一方面造成熱板效應，組件溫度有所上升，因此考慮光照強度和環境溫度的共同作用，光伏電站的發電量在后半年基本保持平穩。

（4）月平均利用小時與月累計傾角輻射量的曲線走勢基本一致。雖然平均利用小時數的影響因素較多[3]，但通過圖1進一步說明了輻射量是平均利用小時數的重要影響因素之一。

2 光伏組件實驗數據分析

利用搭建的實驗平臺和記錄儀，每隔1 min采集一次光伏組件的實際發電功率和光照強度，其中抽取了具有代表性一天的數據，并用MATLAB軟件繪制兩者的曲線圖。如圖2所示。為了保證數據的有效性，圖2曲線是由一天中08：00—18：00的數據構成，共計600個。

從圖2可以看出，實際發電功率與光照強度的曲線走勢一致，但是在時間上有些錯位，這是由于光照強度檢測儀與功率記錄儀之間在記錄上存在時間差，補償時間差后，不難看出兩者的曲線走勢一致，光伏組件實際發電功率隨光照強度的變化而變化，光照強度對其實際發電功率的影響頗大。

3 結語

（1）在高海拔荒漠地區，不管是光伏電站還是光伏組件，光照強度始終是光伏電站和光伏組件發電量的主要影響因素。月發電量、月平均利用小時與月累計傾角輻射量的曲線走勢基本一致，三者關系呈正相關，說明光伏電站發電量除了受輻照度的影響外，還與平均利用小時密切相關。

（2）不同月份光伏電站的發電量受環境因素和組件表面清潔度的影響，通過分析2個電站一年中的發電量情況，可以看出3月份電站發電量最大，后半年發電量趨于穩定，可根據這個規律，合理調度月上網發電計劃，提高電站效益。

[參考文獻]

[1] 李柯，何凡能.中國陸地太陽能資源開發潛力區域分析[J].地理科學進展，2010，29（9）：1049-1054.

[2] 馬巖巖，高德東，王珊，等.高海拔荒漠地區硅電池板輸出電流預測模型研究[J].電網與清潔能源，2016，32（6）：153-158.

[3] 肖黎明.設備衰減率對太陽能光伏發電利用小時數的影響分析[J].華電技術，2017，39（12）：67-69.

收稿日期：2020-07-20

作者簡介：馬巖巖（1991—），女，安徽阜陽人，碩士研究生，研究方向：光伏發電預測模型。