光伏系统综合量化评价体系探讨

目【mù】前【qián】，国内外【wài】还【hái】没【méi】有业内普遍认同的和完整【zhěng】的光伏系【xì】统评价体【tǐ】系。我国【guó】自2015年【nián】开始实施【shī】的光伏“领跑者【zhě】计划”则提出了4项评价指标，如表1所示。

表1 光伏“领跑者计划”的评价指标

注：后3项为基本【běn】准入要求；第【dì】3项【xiàng】指标来【lái】自【zì】工信部《光伏制造行【háng】业规【guī】范条件-2015》

毫无疑【yí】问，上【shàng】述4项评价指【zhǐ】标非常重要，但是还不够全面【miàn】，有些【xiē】指标【biāo】在【zài】验收【shōu】测试时还【hái】存在参考基准缺失【shī】和准确数据不易获得的困难。

本文基于“领跑者计划【huá】”和国际上流行的评价【jià】指【zhǐ】标【biāo】提出基【jī】于现场测试【shì】的光伏发电系【xì】统综合量化评价体【tǐ】系，供大家讨论。

2.1 评价周期

建【jiàn】议自光【guāng】伏系统建成1年后，对系统进行评价，这是【shì】因【yīn】为【wéi】1年是沙【shā】尘、雨季【jì】、高低温等【děng】气候【hòu】变化【huà】和太阳运行轨迹的完整周期，也有利【lì】于客观判断光伏组件、逆【nì】变器【qì】和太【tài】阳【yáng】跟踪器等部件的质量和运行特【tè】性。若评价周期过短，比如系统建成后1~3个月，则会在组【zǔ】件效【xiào】率衰【shuāi】降、遮挡损失、温度损【sǔn】失【shī】、太阳跟踪器的【de】跟踪效【xiào】果、逆变器的【de】负【fù】荷条件等多个技术指标【biāo】的测【cè】试上【shàng】出现较【jiào】大偏差。

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【guāng】伏组件的额定功【gōng】率和组件效率是“领【lǐng】跑【pǎo】者计划”中【zhōng】对光【guāng】伏组【zǔ】件最重【chóng】要【yào】的【de】考核指标，这一指标【biāo】必须在光【guāng】伏系统建成后立即抽查，以评价开发商【shāng】选用的光伏组件是【shì】否达到了投标时承诺【nuò】的【de】效率水【shuǐ】平。抽查要求生产【chǎn】厂家【jiā】提供至少3块【kuài】同【tóng】型号组件的出厂测试技术参数【shù】，以提高可【kě】信【xìn】度和冗余度，并将【jiāng】抽查组件的技术参【cān】数备案【àn】，作为1年后测试和评价光伏组件衰降率时的参考基准。

为了保证参考基准【zhǔn】组件参数的准确性，应当对基准组【zǔ】件进行现【xiàn】场测【cè】试，测【cè】试【shì】结果与出厂【chǎng】技术参【cān】数的【de】差异不应超过2%。如果偏差大于2%，则应查【chá】找原因，排除问题，务必使基准【zhǔn】组【zǔ】件参数【shù】可信【xìn】，从而才能保证1年后组【zǔ】件【jiàn】衰降率【lǜ】的测试结果可信。

现场抽【chōu】检【jiǎn】可以在组件检测车中的标【biāo】准条件（STC）下进行，依据标准为GB/T 6495.1-1996《光伏器件 第1部分：光伏电流－电压特【tè】性的【de】测【cè】量》；也可以在【zài】现场室外进行，依据标准【zhǔn】为IEC 61829-1995《晶体硅【guī】光伏方阵 I-V特【tè】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。

对于设备停机或非正常工【gōng】作状态，需要【yào】区【qū】分是由外部【bù】原【yuán】因导致还是由【yóu】设备本身原因导致【zhì】。外部原因【yīn】导致的停机时【shí】间【jiān】不【bú】应算作故障时间，一般包括【kuò】：

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

设备故障停机时间= 24 + 30 + 6 = 60 h

逆变器正【zhèng】常运【yùn】行率= 3540/(3540+60)= 98.33%

在计算正常运行率时需要注意：

1）正【zhèng】常运行率原则上【shàng】仅适用【yòng】于【yú】光伏系统的【de】逆变器、太【tài】阳跟【gēn】踪器、变压器【qì】等电气设【shè】备，而不适用于光伏组【zǔ】件。因为非正【zhèng】常运行状态【tài】是以停机【jī】或偏离设【shè】计【jì】精度（针对太阳跟踪器【qì】）为准，而光伏组件没有或【huò】很少有【yǒu】停机状态【tài】，功率偏离也没有【yǒu】参照标准。而且，既然光伏组件【jiàn】已经【jīng】有功率衰降【jiàng】率的测试和评价，没【méi】有必要再用正常运行率对光伏组件【jiàn】进【jìn】行评价。

2）正常运行率可以是基于时间（h）的，也可【kě】以是基【jī】于发【fā】电【diàn】量（kWh）的（参照IEC 61724-3），建议采用【yòng】基于“时间（小【xiǎo】时）”的正【zhèng】常运行率。若采用基于发【fā】电【diàn】量【liàng】的【de】正常运【yùn】行率，不但需要记录正常运行时间，还需【xū】要实时记录发电【diàn】功率的【de】变化，较为复【fù】杂【zá】。基于时间的正常运行率完全【quán】可以反映【yìng】设备的可【kě】靠性，没必【bì】要计算【suàn】能量利用率，能量评价用PR即可。

3）当前，风力发电【diàn】的正常运行【háng】率【lǜ】的公【gōng】式采用“正常工作小【xiǎo】时除以全年小时数（即8760 h）”。由【yóu】于【yú】光伏系统【tǒng】和【hé】设备夜晚不工作，所以不【bú】建议沿用风电的计算公式，建【jiàn】议采用IEC标准给出【chū】的【de】计算公式。当然，这对于数【shù】据采集系统提出了【le】更高的要【yào】求。

2.2.5 太阳跟踪器的正常运行率

太阳跟踪器正常运行率的定义和计算公【gōng】式与逆变器的【de】正常运行率【lǜ】一【yī】致，差别在于太【tài】阳跟【gēn】踪器有跟踪精度【dù】的要求【qiú】，因此对于【yú】太阳跟【gēn】踪器的非正常工作时间除了【le】故障停机，还应包括跟踪轴【zhóu】的跟踪偏差超【chāo】过设【shè】计【jì】值的时间【jiān】段；同时也要求数据采集系【xì】统能【néng】够准确判【pàn】断这【zhè】一故障现象，并【bìng】准【zhǔn】确【què】记录故障时间。

2.3 光伏系统的评价指标

光伏系统的评【píng】价【jià】指标应至【zhì】少【shǎo】包【bāo】括系统的电气质量、系统设计的先进【jìn】性、系【xì】统占地和系统的经济性。

2.3.1 光伏系统能效比

能【néng】效比（Performance Ratio，PR）是国【guó】际【jì】通用的光【guāng】伏系【xì】统质量评价指标【biāo】，这一指标代表了光伏系统评【píng】价时【shí】段内的【de】可靠性【xìng】和综【zōng】合效率的高低，但不代表项目的经济性，也不代表设计的【de】先进【jìn】性【xìng】。IEC 61724-1给【gěi】出能效比的定义为【wéi】：

PR评价指标排除了地区之间的【de】太阳能资源差异和同一【yī】地点【diǎn】年度太阳能【néng】资源的【de】差异，客观评【píng】价了光伏系统的【de】质量。比【bǐ】如太阳能资源好的地【dì】方【fāng】，发电量【liàng】多，分【fèn】子【zǐ】大，但当地辐【fú】射【shè】量也高，分母也大，所以【yǐ】PR结【jié】果并【bìng】不【bú】一【yī】定就【jiù】高。此外，很多项目业主要求建【jiàn】设单位担保发电量，由【yóu】于太阳能资源的年际差异，这一要求并不科学，科学【xué】的担保【bǎo】指标应【yīng】当是PR值。PR值【zhí】是系统的能量效率指标，代表了系【xì】统和部件的可靠性和效率水平的高低【dī】，可以分解成【chéng】表2中的【de】14个分项，PR值是这14个效【xiào】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【fèn】析PR值高【gāo】或低的原因时，需【xū】要分别检测表2中【zhōng】的14个分项；

3）表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下【xià】的【de】结果【guǒ】，实际情况应该可以做得更【gèng】好【hǎo】

图1为【wéi】IEA PVPS依【yī】据TUV的测试【shì】数据给出的世界各国大【dà】约【yuē】400个【gè】电站的PR统计数据。可以看【kàn】出，1998~2004年【nián】，绝大部分项目的PR值【zhí】在0.7~0.8之间。对于光伏系【xì】统PR的分级标准建议指标如表3所示【shì】。

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【rán】排除了不同【tóng】地区之间太阳能资源条【tiáo】件的差异【yì】，但并没【méi】有排除不【bú】同地区间环【huán】境温度【dù】的差异，而不同【tóng】地区环境温度的差异会直【zhí】接影响【xiǎng】到PR值。对于晶体硅光伏组件而言【yán】，如果环境温度相差20 ℃，由温度损失【shī】造成的PR差异会高【gāo】达8%以上【shàng】。因此，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【dàn】排【pái】除了不同地区太阳【yáng】能【néng】资源的差异，而且还排除了环【huán】境温度的差异，对不同地区【qū】的【de】光伏项目更加公平。而对【duì】于同一地区的光伏项目，没有【yǒu】必要一定要修【xiū】正到PRSTC，普通PR即可比较不【bú】同项目间质量的高【gāo】低。

2.3.2 光伏系统功率比

PR虽然【rán】普遍用于【yú】评价光伏【fú】系统的质量，但很多情况下【xià】PR值并不容易获取。例如：对【duì】于【yú】户用光伏系统和屋顶光伏系统而【ér】言，没有安【ān】装辐照度测试【shì】仪，没有光【guāng】伏方阵【zhèn】面【miàn】的辐射量数据，这样就无法计算PR值；再有，很【hěn】多光伏电站【zhàn】虽【suī】然安装了小型气象站，但【dàn】是只【zhī】有【yǒu】水平面【miàn】辐射量的测量，而PR值的【de】计算需要光伏方【fāng】阵面【miàn】的【de】辐【fú】射量【liàng】数据；另外，还有一些光伏电站【zhàn】，虽然安【ān】装了光伏方阵【zhèn】面的辐射量测试【shì】仪器，但由于准确度不【bú】高【gāo】或维护不当【dāng】，得到的【de】数据不准【zhǔn】确【què】，也无法准确得到PR值【zhí】。在这些情【qíng】况下，我们可以采用“功率【lǜ】比”代替PR，也能够基本判定光伏系统质量好坏，而采用功【gōng】率【lǜ】比最大的优点是【shì】在【zài】现场【chǎng】可【kě】以准确测量。

IEC 61724-4《光伏系统【tǒng】性【xìng】能 第四【sì】部分：衰降【jiàng】率评价方法》给出了【le】功率比的计【jì】算公式和修正公【gōng】式【shì】。功率比，即功率【lǜ】转换率【lǜ】（Responsivity，简写为【wéi】R），为安装的光伏【fú】组件总功率转换成【chéng】交流并网点的交流功率的比【bǐ】例。

功率比的计算公式为：

在实际测试中，到【dào】现场只需要带1个修整过的辐照度【dù】仪、1个测试背板【bǎn】温度的温度传【chuán】感器即可【kě】。如【rú】果【guǒ】不测【cè】背【bèi】板【bǎn】温度，知道环境【jìng】温度也行，晶体硅光伏组件【jiàn】结温可进行简单估【gū】算，为“背板温度【dù】+2 ℃”或“环境温度+25 ℃”。同【tóng】时，读取并网点的交流功率【lǜ】和方阵【zhèn】面上【shàng】的【de】太阳辐【fú】照度，确定所有对应组件的额定【dìng】功率之和，即可【kě】通过式（6）、式【shì】（7）计算出准【zhǔn】确的功率【lǜ】比R。

测【cè】试过程10 min之内【nèi】即可搞【gǎo】定，尤其【qí】便于快速【sù】判断没有辐射量数据的户用光伏和屋顶【dǐng】光伏的质量。

功率比R比较的【de】是瞬时功【gōng】率【lǜ】，因此不【bú】包【bāo】含受时间影响的遮挡【dǎng】损【sǔn】失、反【fǎn】射损失（阳【yáng】光入【rù】射角小于45°），逆变【biàn】器的早晚“死区”损失等，积尘损失也【yě】只是随机值；由【yóu】于进行了温度修正【zhèng】，所以也不包括温升损【sǔn】失【shī】。但功率比R包含了绝大部分【fèn】PR的【de】效【xiào】率项，具【jù】体如【rú】表【biǎo】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）功率比的指标可以针对整个光伏系统【tǒng】，也【yě】可以针【zhēn】对【duì】特定的逆变单【dān】元；

2）由于【yú】需要进行辐照【zhào】度修正，因此测试必【bì】须在辐【fú】照【zhào】度≥700 W/m2时【shí】进行，只有【yǒu】在这样的辐照度条件下【xià】，才允许进行线性修【xiū】正【zhèng】；

3）当要具体分【fèn】析功率比的【de】指标高或低【dī】的原【yuán】因时，需【xū】要分【fèn】别检测表【biǎo】4中的9个分项；

4）功率比对于光【guāng】伏系统的【de】输出功率进【jìn】行了辐照度和温【wēn】度修【xiū】正，其结【jié】果不受资源【yuán】条【tiáo】件和环【huán】境温度差异的影响，比没有排除温度影响的【de】普【pǔ】通PR更加公平；由于【yú】排除了温度【dù】的影响【xiǎng】，功【gōng】率比的判定指标要比【bǐ】PR相对【duì】提高很多。

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【xiào】利用小【xiǎo】时数是【shì】国内比较不同发电方式【shì】时的参照【zhào】条件，例【lì】如燃煤火电典【diǎn】型【xíng】的年等【děng】效利用小【xiǎo】时数为5000 h，风电的典型【xíng】值是2000 h，光伏发电【diàn】的典型值是【shì】1500 h等。而国际上【shàng】采【cǎi】用年kW发电量【liàng】（Yield）作为比较不同【tóng】发【fā】电方式时的参照条件，二【èr】者数值相同，意义相同【tóng】，但单位不同，Yield的单位是kWh/kW，而年【nián】等效利【lì】用【yòng】小时数的单位【wèi】是h（其实是【shì】将分子和分母的kW约分约【yuē】掉了）。

年等效利【lì】用小时【shí】数（kW发电量），对于不同地域的项目，代【dài】表【biǎo】了【le】资源条件的【de】好坏；对于同【tóng】一【yī】地域【yù】的项【xiàng】目，则代表了资源利用【yòng】率和设计方案【àn】的先【xiān】进性，值越高越【yuè】好，因为在同样的资源条【tiáo】件下，kW发电量越高，说【shuō】明对于资源【yuán】的利用【yòng】率也越高。提【tí】高年等效利用小【xiǎo】时数的有效方法【fǎ】通常有提高【gāo】PR（减少【shǎo】遮【zhē】挡、减少组【zǔ】件衰降、提【tí】高各个【gè】环【huán】节效【xiào】率、减少积尘损失等）、增加光【guāng】伏/逆【nì】变器的容配比、采用太阳跟踪器【qì】等。

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【dìng】要用并网点【diǎn】的交流额定【dìng】功率【lǜ】，而不能用直流侧的光伏组件功率，否则就体现【xiàn】不出增加容配比的【de】优势；

2）增加容【róng】配【pèi】比和采【cǎi】用太阳【yáng】跟踪【zōng】器可【kě】以大幅提高kW发电量，改【gǎi】善项目的收益，但并不改善PR值【zhí】。

2.3.4 土地利用率

国【guó】际上常用土地占用【yòng】率（Ground Cover Rate，GCR），而国内常用【yòng】kW占地作为土地利【lì】用【yòng】率【lǜ】的指标。无论【lùn】是GCR还【hái】是kW占地，都是【shì】辅助【zhù】性指标，在PR或等效利用小时数相同的条件下【xià】，占地越【yuè】少越好。

关于土地利用率，需要注意的是：

1）计算土地利用率应【yīng】该用额【é】定交【jiāo】流功【gōng】率计算，便于比较不【bú】同光伏/逆变器【qì】容配比【bǐ】条件下的【de】占地差异；

2）土地【dì】利用【yòng】率虽然仅是一个辅助性指标，但【dàn】必须有，因【yīn】为计算度电成【chéng】本时还会用到。

2.3.5 光伏项目的度电成本

度电【diàn】成本（LCOE）是国际上通用的【de】比较不同发电【diàn】方式【shì】度【dù】电成本的指【zhǐ】标，是客观【guān】评价光伏项目经济性的重要指【zhǐ】标，能够间【jiān】接评价【jià】项目的收【shōu】益水平，更能直【zhí】接判断项目是亏损【sǔn】还是盈利。但LCOE并不是具【jù】体项目经济【jì】性【xìng】评价指标，并不包含电价、收益、贷款利息、贷款周【zhōu】期、贷款【kuǎn】比例等【děng】因素。低的LCOE是【shì】光伏【fú】项【xiàng】目最终追求【qiú】的【de】目标，越低越【yuè】好【hǎo】。

LCOE虽然包含贴现【xiàn】率【lǜ】一项，但贴【tiē】现率【lǜ】不同于贷【dài】款利息，这【zhè】二者最大不同在【zài】于贷款利息每【měi】一个项【xiàng】目都不相同，而贴现率【lǜ】对【duì】于同一种货币是一样【yàng】的。如果比较【jiào】国内【nèi】的项目，由于【yú】(1+r)t对于所有的项目都一样【yàng】，在比较时就相互约分约掉了，因【yīn】此【cǐ】，对于【yú】国【guó】内同期【qī】建设的项目【mù】，可以不必【bì】考虑贴【tiē】现率【lǜ】（实际【jì】上，我们在比较不同期建设的电【diàn】站投【tóu】资【zī】时，都是以实际投资为比较基准，也从【cóng】未【wèi】折算贴现率后再进行比较）。

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【suī】然在同一地【dì】点，项目2的初投资低【dī】，但PR值也【yě】低，初始衰降率又【yòu】高，造【zào】成LCOE偏高；

2）西藏资源超好，因此虽然初投资高，但LCOE仍然是最低的；

3）采用太阳跟踪器【qì】，虽然初投资、占地和运维费用都相应增【zēng】高，但由于提【tí】升了20%的【de】发【fā】电量，因此LCOE依然【rán】低于【yú】固定式安装；

4）为【wéi】了准【zhǔn】确计算【suàn】LCOE，根据首年的【de】PR值【zhí】、首年的【de】组件衰降率、首年【nián】的运行维护成本【běn】及【jí】首年的发电量，合理推【tuī】算20年的发电量和成本十分重【chóng】要；

5）再次强【qiáng】调，LCOE是用于比较【jiào】不同发电项目之间度电成本的一个【gè】指标【biāo】，并不是具体项目的【de】经济性【xìng】指标【biāo】。对于具体项目的【de】经济性评价通常采【cǎi】用IRR（资【zī】金内部【bù】收【shōu】益率），IRR中不但包括了【le】初投资、运行维护费用【yòng】、发电量，还包括贷款利息、贷【dài】款比例【lì】、贷款年限、电价、收【shōu】益水平、税【shuì】收、折旧等诸多因素【sù】。

2.3.6 系统（交流）效率

IEC 61724-1《光伏系统【tǒng】性能-第【dì】1部分：监【jiān】测系【xì】统【tǒng】》中，提【tí】出了系【xì】统效率（System (AC) efficiency）的概念：

如果把方阵效【xiào】率【lǜ】看成光伏组件效率，那么这【zhè】里系统效【xiào】率就【jiù】等于光伏组件【jiàn】效率【lǜ】与光伏系【xì】统PR的乘积，其物理意义是【shì】方阵面辐射量转【zhuǎn】换成【chéng】并网发电量的比值。例如：假设【shè】方阵【zhèn】（组件）效【xiào】率=18%，PR=80%，则系统【tǒng】效【xiào】率=14.4%。由于组件效率是【shì】光伏部【bù】件【jiàn】的评价指标，而PR是光伏系【xì】统的【de】评价指标，二者的【de】乘积其意义相互干扰，因此【cǐ】建议仅【jǐn】作为【wéi】辅助性评价指标【biāo】。由【yóu】于本文的评价指标已【yǐ】经包【bāo】含了【le】光伏组件效率和PR的测试，如果【guǒ】需要【yào】，将这2个指标相乘即可得【dé】到系统效率。

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【bié】介绍了5项光伏部件评价指标和6项光伏系【xì】统评价指【zhǐ】标，其中一些【xiē】指【zhǐ】标，如【rú】PR和功【gōng】率比，还可【kě】以分【fèn】解【jiě】成多【duō】个子项进行测试，从而能够定量化地评价【jià】光伏发【fā】电【diàn】系【xì】统的电【diàn】气性能和质量。

除了系统自【zì】身的电【diàn】气性能和质量，光伏系统的并网【wǎng】特性【xìng】和安全【quán】性【xìng】也非常重要【yào】，而且【qiě】也能够通过测试进行量化评价。表7给【gěi】出【chū】了20个光【guāng】伏系统电气性能、安全性和并【bìng】网特性的测试项【xiàng】目及【jí】其判定的【de】依【yī】据，表【biǎo】8给出了10个光伏【fú】系统评价指标，供大家参【cān】考和【hé】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