光伏系统综合量化评价体系探讨

目前，国内外还没【méi】有业内普遍认同的和完整【zhěng】的【de】光伏系统评价体系。我国【guó】自2015年开【kāi】始实施的【de】光【guāng】伏“领跑者计划”则提出了【le】4项评价指【zhǐ】标，如表【biǎo】1所示。

表1 光伏“领跑者计划”的评价指标

注：后3项为基本准入要求；第3项指标来【lái】自工信部《光伏制【zhì】造【zào】行业规范条件【jiàn】-2015》

毫无疑【yí】问【wèn】，上述【shù】4项【xiàng】评价指标非常重要，但是还不够全面，有些指标在验收【shōu】测试【shì】时还【hái】存在参考基准缺失和准确【què】数据不【bú】易【yì】获得的困难。

本【běn】文基于“领跑者计划”和国际上流【liú】行的评价指【zhǐ】标提出基于现场测试的光伏发【fā】电系统【tǒng】综合量【liàng】化【huà】评价体系【xì】，供大【dà】家讨论。

2.1 评价周期

建议自【zì】光伏系统建成1年【nián】后，对系统进行评【píng】价，这是因为【wéi】1年【nián】是沙尘【chén】、雨季、高低温【wēn】等气候【hòu】变化和太阳运行轨迹的完整周期，也【yě】有【yǒu】利于客观判断光伏组件、逆【nì】变器和【hé】太阳跟踪器等部【bù】件的质量【liàng】和运【yùn】行【háng】特【tè】性。若评价【jià】周期过短，比如系统建成后1~3个月，则【zé】会在组件【jiàn】效率衰降、遮挡损【sǔn】失、温度损失、太阳跟踪【zōng】器的跟踪效果、逆变器的负荷【hé】条件等多个技术指标【biāo】的测试上出现较大偏差【chà】。

2.2 光伏部件的评价指标

2.2.1 光伏组件额定功率和组件效率

光伏组件的额定功率和组件效率是【shì】“领跑【pǎo】者【zhě】计划”中对光【guāng】伏组件最重要【yào】的考核指标，这一指标必须【xū】在光【guāng】伏【fú】系统建【jiàn】成后立即【jí】抽【chōu】查，以【yǐ】评【píng】价开发商选用的光伏组件是否达【dá】到了投标时承诺的效率水平。抽【chōu】查要求【qiú】生产厂家【jiā】提供至少3块同型号组件的出厂测试技术【shù】参数，以提高可信度和冗【rǒng】余度，并将抽查组件的技【jì】术参数【shù】备【bèi】案，作为1年后测试和评价光伏组件衰降率时【shí】的参考【kǎo】基【jī】准。

为【wéi】了保证参考【kǎo】基准组件【jiàn】参数的准确性【xìng】，应当对基【jī】准【zhǔn】组件进行现场【chǎng】测试，测试【shì】结【jié】果与【yǔ】出厂技术参数的【de】差异【yì】不应超过2%。如果偏差大于【yú】2%，则应查找原因，排除问题，务必【bì】使基准组件参数可信，从而才【cái】能【néng】保证1年【nián】后组【zǔ】件衰降率的测试结果可信。

现场【chǎng】抽检可以在【zài】组【zǔ】件检测车中【zhōng】的标【biāo】准条件（STC）下进【jìn】行，依据标【biāo】准为GB/T 6495.1-1996《光伏器件 第1部分：光伏电流－电压特性的测量》；也【yě】可以在现场【chǎng】室【shì】外进行，依据标【biāo】准为IEC 61829-1995《晶体硅光【guāng】伏方阵 I-V特性现场【chǎng】测【cè】量》。

2.2.2 光伏组件功率衰降率

功率衰降率是“领跑者计划”对于光伏组件的重要考核指标。

对于【yú】设备【bèi】停机或【huò】非正常工作状态，需要区分是由外部原因导致还是由【yóu】设备本身原因导致。外【wài】部原因导致【zhì】的停【tíng】机时间【jiān】不【bú】应算作故障时间【jiān】，一【yī】般包【bāo】括：

全年【nián】正常工作时间【jiān】= 3650－20－60－30 = 3540 h

设备故障停机时间= 24 + 30 + 6 = 60 h

逆【nì】变器正常运行率= 3540/(3540+60)= 98.33%

在计算正常运行率时需要注意：

1）正常运行【háng】率原则上仅适【shì】用于光伏系统的逆变器【qì】、太阳跟踪器、变压器等电气设备，而【ér】不适用于光伏组件。因为【wéi】非正【zhèng】常运行状态是以停机或偏【piān】离设计精度【dù】（针对太阳【yáng】跟【gēn】踪器）为准，而光伏组件没【méi】有或很少【shǎo】有停机状态【tài】，功【gōng】率偏离也【yě】没有参照标准。而【ér】且，既然光伏组件已【yǐ】经有功率衰降率的【de】测试和评价，没有必要再【zài】用正【zhèng】常【cháng】运【yùn】行率【lǜ】对光【guāng】伏组件【jiàn】进行【háng】评价。

2）正常运行【háng】率可【kě】以是基于时【shí】间（h）的，也【yě】可以是基于发电【diàn】量（kWh）的（参照IEC 61724-3），建议采用基于“时间【jiān】（小时【shí】）”的【de】正常运【yùn】行率。若采用【yòng】基于发【fā】电量的【de】正【zhèng】常运行率，不但需要记录【lù】正常运行【háng】时间，还【hái】需要实时记录发电功率的【de】变化【huà】，较为复【fù】杂。基于时间的正常运行【háng】率完【wán】全可以反映【yìng】设备的可靠性，没必要计算能量利用率，能量评价用【yòng】PR即可。

3）当前，风力【lì】发电的正常运行率【lǜ】的【de】公式采【cǎi】用“正【zhèng】常工作小时除以全【quán】年【nián】小时数（即8760 h）”。由于光伏系统和设【shè】备夜晚不工作，所以不建议【yì】沿用风电的计算公【gōng】式，建议【yì】采用IEC标准给出的计算公式【shì】。当然【rán】，这对【duì】于【yú】数据采【cǎi】集系【xì】统【tǒng】提出了更高的要求。

2.2.5 太阳跟踪器的正常运行率

太阳【yáng】跟踪【zōng】器正常运行率的定【dìng】义和计算【suàn】公式【shì】与逆变【biàn】器的正常运行率一致，差别【bié】在【zài】于太阳跟踪器有跟踪精度的要求，因此对于太阳【yáng】跟【gēn】踪器的非正【zhèng】常工作时间除了故障【zhàng】停机，还应包括跟踪轴的跟【gēn】踪【zōng】偏差超过设计值的时【shí】间段；同时也要求数据采【cǎi】集【jí】系统能够准确【què】判【pàn】断这一【yī】故障现象【xiàng】，并准确记录故【gù】障时间。

2.3 光伏系统的评价指标

光伏系【xì】统的评价指【zhǐ】标应至少【shǎo】包【bāo】括系统的电气质量、系统设【shè】计的先进性、系统占【zhàn】地和系【xì】统的经济性。

2.3.1 光伏系统能效比

能【néng】效比（Performance Ratio，PR）是国际【jì】通用的光伏系统质量评价指标，这一【yī】指标代表了【le】光【guāng】伏系【xì】统评价【jià】时段内的可靠性【xìng】和综合效【xiào】率【lǜ】的高低，但不代表【biǎo】项目的经济性【xìng】，也【yě】不代表设计的先进性。IEC 61724-1给【gěi】出能效比的定义为：

PR评价指标排【pái】除了地区之【zhī】间的【de】太阳能资【zī】源【yuán】差异和同一【yī】地点年度太阳能资源的差异【yì】，客【kè】观评价了光伏系【xì】统的【de】质【zhì】量。比如太【tài】阳能【néng】资【zī】源好的地方，发电量多，分子大，但【dàn】当地辐射量也高【gāo】，分母也大，所以PR结【jié】果并不【bú】一【yī】定就【jiù】高。此外，很【hěn】多项目业主要求建设单位担保【bǎo】发电【diàn】量，由于太阳能资源【yuán】的年际差异，这一要求并不【bú】科学【xué】，科【kē】学的【de】担保指标应当是【shì】PR值。PR值【zhí】是【shì】系统【tǒng】的能量效率指标，代【dài】表了系统【tǒng】和部件【jiàn】的可靠性和【hé】效率水平的高低，可以分解成表【biǎo】2中的14个分项，PR值是这14个效率项的乘积。

表2 PR的14个影响因素和判定指标

关于PR值需要注意以下几点：

1）PR值可以是整个光伏系统，也可以是特定的逆变单元；

2）具体分析PR值高或低【dī】的原因时，需【xū】要分【fèn】别检测表2中的14个【gè】分【fèn】项；

3）表【biǎo】2给出的PR值是【shì】在满足14个效率项的基本合格指标要求【qiú】下的结果，实际情【qíng】况应该可以【yǐ】做得更【gèng】好【hǎo】

图1为IEA PVPS依据TUV的测试数据给出的【de】世界【jiè】各国大【dà】约400个【gè】电站的PR统计数据。可以看出，1998~2004年，绝大【dà】部【bù】分【fèn】项目的PR值在0.7~0.8之【zhī】间。对于光伏系统PR的分级【jí】标准【zhǔn】建议指标如【rú】表3所示。

图1 IEA PVPS 给出的PR统计值

表3 光伏系统PR的分级标准

PR虽然排除【chú】了不同地区【qū】之间太阳能【néng】资源【yuán】条件的差异【yì】，但并没有排除不同地区间环境温度的差【chà】异【yì】，而【ér】不同地【dì】区环境温度的差异会直【zhí】接影响到PR值。对【duì】于晶体硅光【guāng】伏组【zǔ】件而言，如果【guǒ】环【huán】境温度相差20 ℃，由温度损失【shī】造【zào】成的PR差异【yì】会高达8%以【yǐ】上。因此【cǐ】，在比较不同地区光伏电站的质量时，应对PR值进行温度修正。

PRSTC不但排除了不同地区太阳能资源的【de】差异，而且还【hái】排除【chú】了环境【jìng】温度的差异，对不同地区【qū】的光伏项目更加公平。而【ér】对于同一【yī】地【dì】区【qū】的光【guāng】伏项目，没有必【bì】要一定要【yào】修正到PRSTC，普通PR即【jí】可比【bǐ】较不同项目间质量的高低。

2.3.2 光伏系统功率比

PR虽然【rán】普遍用于评价光【guāng】伏【fú】系统的质量，但很多情况下【xià】PR值并【bìng】不容易获【huò】取。例如：对于户用光伏系统和屋顶光伏系统而【ér】言，没有安装辐照度测【cè】试仪【yí】，没有光伏方阵【zhèn】面的【de】辐射量数据，这【zhè】样就无法计算PR值；再有，很多光伏电【diàn】站虽然安装了小型【xíng】气象站，但是【shì】只有水平【píng】面辐射量【liàng】的测【cè】量，而PR值的计算需【xū】要光伏方阵【zhèn】面的辐射量数据；另外【wài】，还有一些光伏电【diàn】站，虽然【rán】安装了光伏方阵面的【de】辐射量测【cè】试【shì】仪器，但由于准确度【dù】不高或维护不当，得到【dào】的数据不准确，也【yě】无法准确得到PR值。在这些【xiē】情【qíng】况下【xià】，我们【men】可以采用“功率比【bǐ】”代替PR，也能够基【jī】本判【pàn】定光【guāng】伏系【xì】统质量好坏，而采【cǎi】用功率比最大的优点是【shì】在【zài】现场【chǎng】可以准确测量。

IEC 61724-4《光伏【fú】系统性能 第四【sì】部分：衰降【jiàng】率【lǜ】评价方法》给【gěi】出了功率比【bǐ】的计算公【gōng】式和修正公式【shì】。功率比，即功率转【zhuǎn】换率（Responsivity，简写为R），为安【ān】装的光伏组件总【zǒng】功率转【zhuǎn】换成交流并网点的交流功率的比例。

功率比的计算公式为：

在【zài】实际测试【shì】中，到现场只【zhī】需要带1个【gè】修整【zhěng】过的辐照度仪【yí】、1个测试背板【bǎn】温度的【de】温度传感器即【jí】可。如果不测背板温【wēn】度，知道环境【jìng】温度也行，晶【jīng】体硅光伏组件结温可进行简单估算，为“背板温度+2 ℃”或“环【huán】境温度+25 ℃”。同时，读取并网点的交流功【gōng】率和方阵面上的太【tài】阳辐照度【dù】，确定【dìng】所有对【duì】应组件【jiàn】的额定功【gōng】率【lǜ】之和，即可【kě】通过式（6）、式（7）计【jì】算出准【zhǔn】确的功率【lǜ】比R。

测试过【guò】程10 min之【zhī】内即可【kě】搞【gǎo】定，尤其【qí】便于快速【sù】判【pàn】断没有辐射量数据的户用光伏和【hé】屋顶光伏的质量。

功率比R比较的是瞬时功率【lǜ】，因此【cǐ】不【bú】包【bāo】含【hán】受时间影响【xiǎng】的遮挡【dǎng】损失、反射损失（阳光入射角小于45°），逆【nì】变器的【de】早【zǎo】晚【wǎn】“死区”损失等，积尘损失也只是随【suí】机值；由于进行了温【wēn】度修正，所以也不包【bāo】括温升【shēng】损失。但功率比R包【bāo】含了绝大部分PR的效【xiào】率【lǜ】项，具体如表4所示。

表4 功率比R的9个影响因素和判定指标

关于功率比需要注意以下几点：

1）功率【lǜ】比【bǐ】的指标可以针对整个光【guāng】伏系统，也【yě】可以针对特定的逆变单元；

2）由【yóu】于需要进【jìn】行辐照度修【xiū】正，因此【cǐ】测试必须在辐照度≥700 W/m2时【shí】进行，只有在【zài】这样的辐照度【dù】条件下，才允许进行线性【xìng】修【xiū】正【zhèng】；

3）当要具【jù】体分析功【gōng】率比的指【zhǐ】标高【gāo】或【huò】低的原因时，需要分别【bié】检测表4中的9个分项；

4）功率比对于光【guāng】伏系统的输【shū】出功率进【jìn】行了辐照【zhào】度和【hé】温【wēn】度修正，其结果不受资源条【tiáo】件和环境【jìng】温【wēn】度差异的影响，比没有排【pái】除温度影【yǐng】响的普通PR更加公平；由于【yú】排除了温度的影【yǐng】响【xiǎng】，功率比的【de】判定指标【biāo】要比PR相对提高很多【duō】。

5）表5列出的判定指标是基本要求，应该可以做得更好。

表5 光伏系统功率比R的分级标准

2.3.3 年等效利用小时数

年等效利用【yòng】小时数是国内比较【jiào】不同发电方式【shì】时的参【cān】照【zhào】条件，例如燃煤火电典型的年【nián】等效利用小【xiǎo】时数为【wéi】5000 h，风电的【de】典型值是【shì】2000 h，光伏发【fā】电的【de】典型值是1500 h等。而国际上【shàng】采用年kW发【fā】电【diàn】量（Yield）作【zuò】为比较【jiào】不同发电【diàn】方式时【shí】的参照条件，二【èr】者【zhě】数值相同，意义相同，但单位【wèi】不【bú】同，Yield的单位是kWh/kW，而年等效利用小时数【shù】的单位是h（其实是将分子和【hé】分母【mǔ】的【de】kW约分约掉了）。

年等效利【lì】用小时数（kW发电【diàn】量），对【duì】于不同地【dì】域的项目，代【dài】表了资源条件的好【hǎo】坏；对于同一地域【yù】的项目，则【zé】代【dài】表了资源利【lì】用率和设【shè】计方【fāng】案的先进性，值越高【gāo】越好【hǎo】，因为在同样的资源条件下，kW发电量越【yuè】高，说明对【duì】于资源的利用率也越高。提高年等效利【lì】用【yòng】小时数【shù】的有效方【fāng】法通【tōng】常有提高PR（减少遮挡、减少组件衰降【jiàng】、提【tí】高【gāo】各个环【huán】节效率、减少【shǎo】积尘损【sǔn】失等）、增加光【guāng】伏/逆变器的容配比、采用太阳跟踪【zōng】器等【děng】。

年等效利用小时数的计算公式为：

关于年等效利用小时数，需要注意的是：

1）一定要用并网点的交流额定功率，而不能用【yòng】直流侧的光伏组【zǔ】件【jiàn】功率，否则就体现不【bú】出增【zēng】加容配比的【de】优势【shì】；

2）增加容配【pèi】比和采用【yòng】太阳跟踪【zōng】器【qì】可以大幅提高kW发电【diàn】量【liàng】，改善项目【mù】的收益，但并不改善PR值。

2.3.4 土地利用率

国际【jì】上常用土【tǔ】地占用率（Ground Cover Rate，GCR），而国内常【cháng】用kW占地作为土地利用【yòng】率的【de】指【zhǐ】标。无论是GCR还是kW占地，都【dōu】是辅助性指标，在【zài】PR或等效利用【yòng】小时数相【xiàng】同【tóng】的条件下，占地越少越好。

关于土地利用率，需要注意的是：

1）计算土地利【lì】用率应该用额定【dìng】交流功率【lǜ】计算【suàn】，便于比【bǐ】较不同【tóng】光伏/逆变【biàn】器容配比条件【jiàn】下的占地差异【yì】；

2）土地利用率虽然【rán】仅是一个【gè】辅助性指标，但必须有【yǒu】，因【yīn】为计算度电成本【běn】时【shí】还会用到。

2.3.5 光伏项目的度电成本

度【dù】电【diàn】成本（LCOE）是国际上通用的比较不【bú】同发电【diàn】方式度电【diàn】成本的指标，是客【kè】观评价光伏项目【mù】经济性的重要【yào】指标，能够间接评价【jià】项目的收益水平【píng】，更能直【zhí】接【jiē】判断项【xiàng】目【mù】是亏损还是盈利。但【dàn】LCOE并不是【shì】具【jù】体项【xiàng】目经济性评价指【zhǐ】标，并不包含电价、收【shōu】益【yì】、贷款【kuǎn】利息、贷【dài】款【kuǎn】周期、贷款比例等因素【sù】。低的LCOE是光伏项目最终追求的目标，越低越好。

LCOE虽【suī】然包【bāo】含贴【tiē】现率一项【xiàng】，但贴现率不同【tóng】于贷【dài】款利息，这二【èr】者最【zuì】大不同在于贷款利息每一个【gè】项目都不相【xiàng】同，而贴现率对于【yú】同【tóng】一种货币【bì】是一【yī】样【yàng】的。如果比【bǐ】较国内的项目，由【yóu】于(1+r)t对于所有的项目都一样【yàng】，在比较时就【jiù】相【xiàng】互【hù】约【yuē】分约掉了，因此，对于国内同期建设的项目，可【kě】以不必考虑贴现率（实际上，我【wǒ】们在比较【jiào】不同期建设的电【diàn】站投资时【shí】，都是以实际投资【zī】为比较基准【zhǔn】，也从未折算贴现率后【hòu】再进行比较）。

因此，公式（11）可简化为

表6 不同条件下光伏系统LCOE比较

关于表6中的数据，需要说明的是：

1）虽然在同一地【dì】点，项【xiàng】目2的初投【tóu】资低，但PR值也低，初【chū】始衰降率又高，造成LCOE偏高【gāo】；

2）西藏资源超好，因此虽然初投资高，但LCOE仍然是最低的；

3）采用太【tài】阳跟踪器，虽然初投资、占地和运维费用【yòng】都【dōu】相应【yīng】增高，但由【yóu】于提升了20%的【de】发【fā】电量，因此LCOE依然低于固定【dìng】式【shì】安装；

4）为了准确计算LCOE，根据首年的PR值、首年的组件衰降【jiàng】率【lǜ】、首【shǒu】年的运行维护【hù】成本及首【shǒu】年的发电量，合【hé】理推【tuī】算20年【nián】的【de】发电量和【hé】成本十分重要；

5）再次强调【diào】，LCOE是用于【yú】比较不同发电项目【mù】之间度电成【chéng】本的【de】一个指【zhǐ】标，并不是具【jù】体项目的经济性指标。对于具体项【xiàng】目的经济性【xìng】评价通常采用IRR（资金内部收益【yì】率【lǜ】），IRR中不但包【bāo】括了初投资【zī】、运行维【wéi】护费用【yòng】、发电量，还【hái】包括【kuò】贷【dài】款利息、贷款【kuǎn】比例、贷款年限、电【diàn】价、收益水平、税【shuì】收、折【shé】旧等诸多因素。

2.3.6 系统（交流）效率

IEC 61724-1《光伏系统性能-第1部分：监【jiān】测系统【tǒng】》中，提出了系统【tǒng】效率（System (AC) efficiency）的概【gài】念：

如【rú】果把【bǎ】方阵效率看成光伏组件效率，那么这里系统效【xiào】率就等【děng】于光【guāng】伏【fú】组件【jiàn】效率与光伏系统PR的乘积，其物理意义【yì】是【shì】方【fāng】阵面辐射量【liàng】转换成并网发电量的比值【zhí】。例如：假【jiǎ】设方阵（组件【jiàn】）效率【lǜ】=18%，PR=80%，则系统效率=14.4%。由于组件效率是光伏【fú】部件的评【píng】价指【zhǐ】标，而PR是光伏系统的评价指标【biāo】，二者的【de】乘积其意义【yì】相互干扰，因此建议仅作为辅助性评【píng】价指【zhǐ】标。由于本文的评价指标已经包含了光【guāng】伏组件效【xiào】率和【hé】PR的测试【shì】，如果需要，将【jiāng】这【zhè】2个指【zhǐ】标相乘即可得到系统效【xiào】率。

2.4 光伏系统综合测试项目和判定指标

在2.2和2.3节，本文分别介绍了5项【xiàng】光伏部件【jiàn】评价指【zhǐ】标和6项光伏系【xì】统【tǒng】评价指标，其中一些指标，如PR和功率比，还可以分解成多个【gè】子项进【jìn】行测试，从而【ér】能【néng】够定量化地评【píng】价光伏【fú】发【fā】电系统的【de】电气性【xìng】能和质量【liàng】。

除了系统【tǒng】自【zì】身【shēn】的电气性能和【hé】质量【liàng】，光伏【fú】系【xì】统的并网特性【xìng】和安全性【xìng】也非常重要，而【ér】且也能够通过测试【shì】进【jìn】行量化评价。表7给出了20个光伏系统电气性能【néng】、安【ān】全性和并网特性的测试项目及其判定的依【yī】据，表8给出了【le】10个光伏【fú】系统【tǒng】评价指【zhǐ】标，供大家参【cān】考【kǎo】和讨论。

表7 光伏电站验收测试项目和判定标准

表8 光伏系统评价指标

来源：索比光伏网