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今天来说一个冷知识话题:光伏发电出力最大不是在夏季。“哈?不应该是夏季吗?”在讨论这个话题之前,咱们首先得厘清两个概念:出力最大和发电量最多。
出力更多,指的是光伏发电的功率,即:某一时刻某一区域的光伏能够发电的最大功率,单位是千瓦。
发电量最多,指的是光伏生产出的电量,即:某一段时间内某一区域的光伏发出来的电量,单位是千瓦时。
一个是瞬时功率,一个是时段发电量。转换成专业语境,今天我们要讨论的是:为什么光伏发电的瞬时功率不是夏季最大?下面进入正题。光伏发电主要依靠太阳能,在传统认知中,阳光越好,发电越猛,以此推算,一年中发电能力最强的不就是夏季吗?别急,我们用数据来说话。
以杭州市临平区为例,2022年6月-9月,光伏发电量分别为2274万千瓦时、2094万千瓦时、2383万千瓦时、2736万千瓦时。同年,2月-5月的光伏发电量分别784万千瓦时、926万千瓦时、1632万千瓦时、1585万千瓦时。
但是,发电量多,并不意味着出力最大。
同样以杭州市临平区为例,2022年6月-9月,光伏最大出力分别为3.363万千瓦、3.297万千瓦、2.619万千瓦和2.502万千瓦,而2月-5月光伏最大出力分别为3.474万千瓦、3.159万千瓦、3.099万千瓦、3.527万千瓦。
根据业内人士介绍:一般情况下,临平区阳光月总辐射量最高的是7月、8月;光伏月满发小时数最高的是7月、8月,其次是5月、9月。
数据来源:光伏测算软件PVsystem7.2中临平地区数据
如果说临平作为一个县域经济体,其样本量有限,那么放眼浙江全域呢?答案是:这个规律依然成立。数据显示:2022年6-8月,浙江光伏最大出力分别为1134万千瓦、1158万千瓦、1205万千瓦,而3-5月光伏最大出力分别为1182万千瓦、1229万千瓦、1193万千瓦,春季浙江光伏出力能力依然超过夏季。
那么,问题来了:为什么论发电能力,夏天反而不如春秋季呢?
1| 温度过高会导致光伏组件功率受损
夏季虽然阳光充足,但过高的温度对光伏组件来说,却并非好事,会导致光伏组件功率折损。一般而言,光伏组件正常工作时,电池片的标准工作温度是25℃,这是光伏发电的最适宜温度,也就是在这个温度下,光伏的发电效率最高。在大于25℃的工作条件下,温度每升高一度,组件的输出功率会相应衰减。
在光伏组件标签上,一般能看到3个温度系数:开路电压、峰值功率、短路电流。其中光伏组件的峰值温度系数大概在-0.38~0.44%/℃之间。
资料来源:中国能源报
2|不同的光伏组件发电效率,对温度敏感性也不尽相同
近年来,杭州市临平区积极推进整区光伏建设,在不同应用场景中应用了不同种类光伏组件,也给我们提供了有趣的实验样本。杭州西奥电梯有限公司屋顶6兆瓦光伏项目|谢枫 摄工作人员选取了临平余之城的钙钛矿光伏、杭州三中新型建材有限公司N型单晶硅光伏、鲜丰水果仓储基地的P型单晶组件三种不同的光伏电池做样本。根据测试数据表明,当温度变化范围在-3.15~66.85 ℃时,P型单晶硅太阳电池、N型单晶硅太阳电池、钙钛矿光伏电池的转换效率温度变化率分别为-0.35%/℃、-0.29%/℃和-0.001%/℃。
2022年夏季,在气温高达39℃时,工作人员监测到,当时鲜丰水果仓储基地的屋顶光伏组件的背板温度则达到65℃。按照组件-0.35%/℃转换效率温度变化率为例,计算得出此时的光伏峰值功率衰减高达14%。光伏衰减率=(实际温度-标准温度)*峰值功率温度系数
不单单是光伏组件功率折损,高温还会影响逆变器的使用寿命。逆变器内部的电子元件,工作时本身会产生热量,外界温度升高加剧影响逆变器各主要部件性能。温度过高的情况下,逆变器将停止工作。因此,为了防止温度过高引起逆变器宕机,逆变器须安放在阴凉处,避免太阳直射。综合以上因素,夏季高温会影响组件和逆变器工作效率,再加上高发的故障率,也会影响光伏整体出力,因此夏季并不是光伏发电出力最强的时间。
当然,即使不是在夏季,光伏发电最大出力那也不会是“大约在冬季”。那么同样存在着持续性25℃的光伏最适宜温度的秋季,晴空无云的日子比春季更多,那为什么出力能力最强的季节不是秋季呢?这是因为秋季也存在着很多制约因素:
1.天气干燥,空气中灰尘较多,经过一个夏季的不间断发电,光伏板上会落下许多尘土,影响了光照进而影响了出力能力;
2. 在江浙地区,秋季是台风高发时节,台风带来连续性的强降雨也影响光伏发电;
3. 在北方地区,秋季雾霾阴霾天气较多,北方多发的沙尘暴,都会影响光伏电站发电量。
另外大家近年来有没有一种错觉——浙江地区的“秋天”总是那么短暂。其实这不是错觉,根据“中国天气”的统计,从20世纪90年代至今,全国大城市中,宁波从20世纪90年代至今秋季缩短12天,银川、杭州、长沙也变少了7天至9天。(数据来源:都市快报)持续的高温天气,再加上急转直下的寒流,挤压着气象学意义上的秋天不断“缩水”,这也一定程度上造成浙江地区的光伏秋季出力不及春季。当然春季、秋季光伏发电出力孰高孰低,也不是绝对的,也有例外的情况。根据数据显示:2022年3月-5月,浙江光伏最大出力分别为1182万千瓦、1229万千瓦、1193万千瓦,而9月-11月,光伏最大出力为1341万千瓦、1375万千瓦、1157万千瓦。这是因为2022年秋季,浙江温度整体偏高,光照条件比较好。而3-5月受到阴雨影响,光照明显不足,导致光伏最大出力也受到影响。因此,2022年当年秋季的最大出力能力是超过春季的。实际上,我们再把视角扩大到全国其他地方,特别是光伏产业发展较好的青海地区, 2021年6月9日,青海新能源最大出力达到994万千瓦,超过历史峰值,在经过整个夏天的相对平稳后,同年11月16日、17日,连续超过两日突破1000万千瓦,创历史新高,再一次佐证了,春秋季,才是光伏出力的高峰。天气影响是不可抗力因素,那么在有限的条件下,如何尽可能地发挥光伏的最大效率呢?答案很简单,就是定期清洗光伏组件。
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