光伏儲能系統中光伏利用率的評估方法

關鍵詞：光伏儲能系統，光伏利用率，評價指標，輻照量

0 引言

新能源特別是光伏發電一直是國家重點支持的代替化石能源的發展方向。近年來，在政策、市場和技術發展的三重驅動下，光伏裝機容量和發電量取得了長足的發展。由于光伏等新能源本身具有的間歇性和不穩定性，阻礙了可再生能源發電的快速發展和應用。將儲能系統應用于光伏發電，可以為光伏電站接入電網提供一定的緩沖，起到平滑和能量調度的作用；并可以在相當程度上改善新能源發電功能率不穩定，從而改善電能質量、提升新能源發電的可預測性，提高利用率。儲能系統也可根據當地峰谷電差時間設置削峰填谷產生收益。

截至2022年底，全國已投運新型儲能項目裝機規模達870萬千瓦，比2021年底增長110%以上[1]。新能源配儲中，2022年全年新增投運光伏儲能項目裝機規模2204 MW/4520 MWh[2]。未來，儲能系統在光伏的滲透率將會穩步提升。

針對并網光伏系統，并網光伏系統電氣效率顯示了系統輸出功率與光伏組件在一定條件下產生的電功率之比，并網光伏系統能效PR顯示了某時段內光伏等效利用小時數與光伏組件傾斜面峰值日照時數的比值[3-4]，用百分比表示，是評估光伏電站質量的綜合性指標。

然而上述并網光伏系統的相關參數指標并不適用于正在發展的光伏儲能系統。光伏儲能系統具有多輸入和多輸出端，并且具有雙向性，然而當前并無此類計算方法，導致光伏儲能系統評估標準不完善。故需重新定義光伏儲能系統的評估標準。

1 定義

本文通過綜合考慮光伏儲能系統的輸入輸出特點，提出一種適用于光伏儲能系統的評估參數-光伏利用率。定義光伏利用率為某時段內光伏儲能系統中由光伏提供的負載用電量部分與光伏組件裝機量所發電理論值的比值。光伏利用率是評價光伏儲能系統好壞的關鍵指標，光伏利用率越高，說明光伏儲能系統的設計運行狀況越合理。

2 設計方案

光伏儲能系統的組成一般包括光伏組件、儲能變流器、蓄電池、交流負載、電網。具體拓撲結構如圖1所示。

光伏儲能系統中光伏利用率的步驟如下：（1）構建光伏儲能系統中的光伏利用率的目標函數；（2）根據目標函數計算得出光伏利用率；（3）根據評估得分標準對光伏儲能系統評價周期內光伏利用率進行評價。

2.1 光伏利用率目標函數

構造光伏儲能系統光伏利用率的目標函數的過程如下：

2.2 評估標準

建立光伏儲能系統光伏利用率的指標得分評估標準，如表1所示。光伏儲能系統的光伏利用率應按照某段時間的電量統計來進行計算。

當光伏儲能系統運行周期內W 0-（W 3-W 2）-（W5-W4）＞W 0，此時負載電量完全由光伏提供，則光伏儲能系統光伏利用率為100%。

3 研究實例

搭建1.5 kW的光伏儲能實證系統進行性能評估研究，該系統安裝在華南地區，如圖2～圖4所示。

光伏組件選用6塊250 W多晶硅光伏組件組成1.5 kW光伏方陣；儲能變流器選用固德威GW3600-ES-20，其額定電池電壓為48 V，最大充電功率3600W，最大光伏輸入功率5400 W，額定并網輸出及最大離網輸出功率3680 VA。電池選用LX U5.4-L，額定容量為5.4 kWh，實際容量為4.8 kWh。

對2024年3月19日至2024年3月24日全天的輻照量，上網電量，下網電量，負載用電量進行統計。

3.1 采集輻照量

將輻照儀安裝在電化學儲能光伏系統現場，使之與光伏組件處于同一平面，采集記錄方陣平面內一段時間的輻照度數據，如圖5所示，得到輻射累計值，單位：kJ/m2。

根據公式將輻照度數據進行換算，Hi =輻射累計值÷3600，單位：kWh·m-2；2024年3月19日至2024年3月24日的輻照量累計值為88，910.74 kJ/m2，則計算Hi =輻射累計值÷3600，Hi =24.70 kWh·m-2。本試驗平臺光伏裝機容量1.5 kW，計算基于光伏方陣額定功率的直流發電量W 1，根據公式（1）計算可得W1=37.05 kWh。

3.2 采集電量

采集光伏儲能實證系統的上網電量，下網電量，蓄電池充電電量，蓄電池放電電量，負載端電量，如表2所示。下網電量W 3 -上網電量W 2是從電網進入光伏儲能系統的電量，蓄電池放電電量W 5 -蓄電池充電電量W 4是光伏儲能系統蓄電池的輸出電量。

利用公式（2）計算運行周期內光伏儲能系統光伏利用率：

根據光伏儲能系統光伏利用率的指標得分評估標準，判定該系統的光伏利用率得分處于第5檔。由圖2可以看出，該實證平臺被周圍樹木遮擋，且表面有灰塵，造成光伏組件發電功率較低，光伏利用率較低符合實際情況。

4 結語

光伏和儲能是當前新能源產業的熱點，市場也是如火如荼。然而，其技術標準和規范仍舊跟不上行業的發展。

本文所提出的光伏儲能系統光伏利用率計算方法是在現有光伏和儲能相關標準和大量檢測實踐中總結提煉而成。利用本計算方法可以評估計算光伏儲能系統的建設及運行水平，反應了光伏儲能系統的質量水平，為光伏儲能的運行維護提供理論指導，為智能電網調度運行提供必要的技術支撐。