分布式项目中发电量相关问题的调研分析报告18521

邹新、朱海淼

我司布局的分布式光伏业务，在2017年实现了很多优秀项目的落地，为充分评估分布式光伏项目的发电情况，为后续开发、建设工作提供改进资料，并结合部分电站在冬季发电量与计划出现偏差的情况，分布式事业部会同设计院、运维管理中心等关键部门开展了深入的调研，并会同相关部门开展了技术讨论会。

通过调研分析，分布式光伏电站，因安装场景的改变，因此在设计上与地面项目存在很多差异，如安装角度，支架形式、并网方案等，并表现出一系列在发电特征上的改变。

通过调研、分布式事业部与设计院共同总结了分布式光伏项目与地面光伏项目的差异，分析了主要原因，并就其可优化的方向提出了意见建议：

一、差异分析

通过理论数据推算、现场数据分析、实验论证等研究措施，推测分布式光伏项目发电量与地面光伏项目发电量和发电曲线特征上存在明显差异，主要因素包括：

1. 光伏组件不同安装角度的全年发电曲线有区别

2. 南、北坡安装实际发电量平均值与平铺安装发电量有差异 3. 低角度安装导致蒙尘、积尘现象明显 4. 项目场址周边环境影响 5. 异常气象条件影响

6. 组件在建成前后工序中，可能部分存在的材料缺陷与施工损伤 实际工作环境中，对发电量的影响是以上原因的综合叠加产生的。 具体分析如下：

1、 光伏组件不同安装角度的全年发电曲线有区别

光伏组件在固定倾角安装情况下，随着季节变化，其与太阳夹角也相应变化。该夹角的不同，决定了对太阳入射光的吸收和反射量的不同，因此不同的安装倾角表现出不同的曲线变化。

以张家港地区为例，光伏组件约±4°（坡度1/15）铺设与最佳倾角28°铺设相比较，

前者在冬天的入射角要低于后者，而约在四月中旬至八月中旬期间，前者的太阳入射角反而高于后者。这也意味着在冬季前后，低角度安装的发电量低于最佳倾角安装，而夏季前后，低角度安装的发电量反而高于最佳倾角安装。如综合考察全年的发电情况，其全年的发电量稍仍低于最佳倾角。下图是基于PVsyst导出的数据，以1MW装机为例，测算的全年的发电曲线对比。

140000120000100000800006000040000200000Jan.Feb.Mar.Apr.May28°June4°JulyAug.-4°Sep.Oct.Nov.Dec. 表1 张家港项目不同固定倾角全年理论发电量对比

根据上图分析，在一月期间，南坡4°安装与最佳倾角安装峰时对比为75.%，而北坡-4°安装与最佳倾角安装峰时对比为65.36%。更多对比值如下表：

4°/28° -4°/28° Jan. Feb. Mar. Apr. May June July Aug. Sep. Oct. Nov. Dec. Year 75.% 82.40% 90.59% 98.47% 105.07% 108.31% 107.37% 101.55% 93.24% 83.82% 76.81% 72.03% 92.31% 65.36% 74.42% 85.26% 95.% 104.40% 108.76% 107.47% 99.67% 88.70% 76.30% 67.01% 60.73% 87.52% 表2 张家港地区最佳倾角安装与±4°安装峰时对比

基于以上理论测算，为实测最佳倾角（苏州取28°）与水平安装角度基于四季的实际发电量对比，布式事业部会同设计院分设计了测试实验。实验通过改变光伏组件的角度，同时模拟了春分、夏至、秋分、冬至四个节气时的太阳入射角度，通过角度的改变，做到了四个节气发电曲线的同时对比。该实验采集了两个完整晴天的发电数据。

图1-3 测试实验现场情况图

并考虑到四个节气的太阳辐射量和温度情况对光伏发电量的影响很大，在该实验数据的基础上，对模拟四个节气的数据分别乘以了修正系数。该系数以Nasa和MN的气象数据为基础，取具体节气所在月份的辐射量与实验日所在月份的辐射量按比例取值。

系数取值 春、秋 1 夏至 1.58 冬至 0.78 表3 季节修正系数取值

根据前述实验数据及系数修正，得出四个节气的全天发电曲线。因春、秋季节曲线对比不明显，下表对比了28°、0°在冬、夏两季的发电曲线。

2000150010005000

0°-冬0°-夏28°-冬28°-夏

图4 28°、0°在冬、夏两季的发电曲线

如上图所示：在冬季期间，0°安装阵列的发电曲线低于28°安装阵列，前者约为后者的50%左右。而在夏季期间，0°安装阵列的发电曲线高于28°安装阵列，前者约为后者的2倍左右。因此可印证前述“基于PVsyst导出的多年累积数据，以1MW装机测算的全年的发电曲线对比”的结论。

2、 南、北坡安装实际发电量平均值与平铺安装发电量有差异

根据数据库理论数据模拟，4°彩钢瓦屋顶南、北坡安装的发电量平均值应接近水平安装。其对比差异入下图（根据Meteonorm7气象数据）：

图5彩钢瓦屋顶4°南、北坡安装与水平安装全年发电对比曲线

月份 1月 2月 3月 4月 南北坡发电量差异百分比 11.3% 8.5% 4.1% 2.6% 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 全年合计 0.8% -0.1% 0.1% 1.8% 3.9% 6.9% 10.0% 13.7% 4.3% 表4 张家港项目2月份彩钢瓦屋顶南北±4°坡坡面差异理论计算值

但根据运维人员提供的实际发电量数据分析，南北坡有效发电小时数差异为22.69%。 由以上图表可以看出，张家港地区2月份彩钢瓦屋顶南北±4°坡坡面差异理论计算值为7.51%。运维监测值远高于实际监测值。

为论证南北坡安装时南北坡发电量的平均值与水平安装的差异，分布式事业部会同设计院分设计了测试实验。实验在一期屋顶分布式光伏项目的基础上，调整了部分了阵列角度为±4°及±15°，并采集了晴天状态下的全天发电数据。

图6 ±4°、±15°测试实验现场照片

图7 ±4°、±15°测试实验逆变器全天工作情况

根据实测数据，在实验日节气下（3月下旬），±4°铺设的发电量平均值略高于水平铺设，±15°铺设的发电量平均值明显低于水平铺设。

250200150100500±4°平均0°±15°平均图8 ±4°、±15°测试实验全天发电曲线

该实验系统将长期采集数据，以考察其在不同节气下的真实发电情况。

3、 低角度安装导致蒙尘、积尘现象明显

本项目为南北坡顺坡平铺，建筑的屋顶原始坡度为1/15，约±4°。该角度下，自然降水、融雪的流速较缓，灰尘容易在组件边框部位造成沉积。而该项目的组件排列方式为顺坡直铺，其受积尘影响的程度比横铺也更为明显。

据一份《遮挡对光伏组件性能的影响》的论文中介绍的测试数据：在串联遮挡实验中，垂直遮挡比例为0.56%与水平遮挡比例为5%时效果一样，垂直遮挡比例为1.67%与水平遮挡15%时效果一样，阵列的输出功率分别下降至无遮挡时的88%和78%，当遮挡比例为40%时，输出功率下降至无遮挡时%。如下图：

100阵列输出功率比例(%)908070605001020304050阵列遮挡比例(%)图9 竖向安装阵列不同遮挡面积对输出功率的影响

100阵列输出功率比例(%)908070605001020304050阵列遮挡比例(%)图10 横向安装阵列不同遮挡面积对输出功率的影响

根据现场照片，项目不仅存在均布半透的蒙尘影响，还存在堆积在下缘的非透光积尘影响。根据照片目测，遮挡面积约达2.5%。根据前述论文结论，其功率预计降到78%以下，并考虑到半透光的蒙尘损失，预计其实际功率将降到75%以下（此数据尚未考虑到全场的设备效率损失）。

图11 张家港项目现场拍摄到的积尘情况

根据张家港玖隆物流35MW分布式项目的辐射量、理论发电量与实际发电量对比情况曲线图分析。

正常情况下辐射量与等效小时数的曲线应该基本重合（表格中已根据单位的不同对两个参数的坐标比例做了调整以便于两个参数的对比），或考虑到少量蒙尘情况，其等效小时曲线应略低于辐射量曲线。但在2月份的很长一段时间内，等效小时曲线大幅低于辐射量曲线，此区间的差异约40-50%之间，表明其因积尘导致的电量损失为40-50%之间。详见下图：

图12 张家港玖隆项目辐射量、理论发电量与实际发电量对比（2018年1月）

图13 张家港玖隆项目辐射量、理论发电量与实际发电量对比（2018年2月）

图14 张家港玖隆项目辐射量、理论发电量与实际发电量对比（2018年3月上半月）

据此推断，组件下缘积尘是南京顺力及张家港玖隆物流项目发电量偏低的重要原因。 而对组件进行清洗，是解决以上问题的重要途径。如下图：3月4日至3月5日期间，实际发电量较之前曲线有明显的上扬，并在之后几天内逐渐恢复原来的比例，此现象发生时机与当地3月4日夜间一场强降雨吻合。此现象证明对组件的清洗对光伏系统发电量提高有显著作用。同时也证明之前的发电量因蒙尘、积尘问题导致了明显的缺损。

图15 南京顺力项目辐射量、理论发电量与实际发电量对比（2018年3月上半月）

如下图所示，南京顺力项目因为3月4日夜雷阵雨，次日系统比率增加了20.03%，比率提升效果明显，可视同一次全面清洗。14、15日、17日有两场小雨，比率也出现明显提升。

90.00%85.00%80.00%75.00%70.00%65.00%60.00%效率 图16 南京顺力项目3月发电曲线

以上可证实清洗对光伏电站的发电量影响非常明显，清洗工作作为运维工作的重要组成部分应得到充分重视。

4、 项目场址周边环境影响

在2018年2月27日设计院的现场勘察中，选择比较有代表性的10号厂房屋顶北坡41个子系统及南坡37个子系统进行了发电日峰时的数据采集。其峰时数统计如下表（自西向东依次排列）：

3.532.521.510.500510152025303045南坡有效小时数(h)线性(南坡有效小时数(h))北坡有效小时数(h)线性(北坡有效小时数(h)) 图17 张家港项目10号厂房南北坡各子系统发电峰日峰时数据

图18 张家港项目及周边环境卫星照片

观察以上图表可发现以下现象：

a) 阵列峰时变化由西向东有趋势变化，北坡西部整体偏低，南坡西部整体偏高。 根据调研分析，此现象是因为项目东北方向有沙洲钢铁厂的粉尘飘落导致。本项目建筑朝向为南坡偏西约30°，北坡偏东约30°。北坡迎向沙钢，因此西部越远离沙钢且粉尘积累约厚，峰时较低。南坡背向沙钢，因此西部约远离沙钢粉尘积累越薄，峰时较高。

b) 北坡东部及南坡西部峰时变化较离散。

此现象推测是积尘较薄的区域，在降水、降雪或风吹情况下，更容易造成灰尘的剥离，因此受自然条件影响更强烈，体现为峰时的变化更为离散。

以上现象与项目场址周边环境很好的吻合，能够映证周边环境对发电量的影响。

5、 异常气象条件影响

根据南京顺力项目的辐射量、理论发电量与实际发电量对比情况曲线图分析。其1月上旬、1月最后一周到2月第一周之间，电量有明显的下降甚至不发电。其主要原因是该段时间的两场降雪导致。

图19 南京顺力项目辐射量、理论发电量与实际发电量对比（2018年1月）

图20 南京顺力项目辐射量、理论发电量与实际发电量对比（2018年2月）

6、 组件在建成前后工序中，可能部分存在的材料缺陷与施工损伤

如前述图17所示，光伏阵列峰时变化不仅有正向离散，还有少量负向离散。此现象的另一种可能推测是局部区域有组串间的不平衡或组件的损伤。

二、意见与建议：

基于前述的影响光伏发电的因素及原因分析，及内部就分布式项目发电量因素讨论会的讨论意见，就分布式业务的设计、运维、管理等方面，提出如下建议： 1、

在分布式项目的踏勘阶段应充分考虑后续的运维问题

宜在分布式项目踏勘阶段就现场的灰尘情况进行调研并开展初步的清洗实验，如存在难以清洗的灰尘，则项目应谨慎考虑。

2、 从设计阶段深化方案以适应分布式项目的具体特征

建议根据具体的项目特点，采用提高光伏组件安装角度或采用无边框组件等措施，该角

度宜大于等于7°（设计院将就此角度开展验证）。因空间导致冬季期间少量遮挡的情况下，应采用组件横排的方式以减少阴影损失。分布式项目应充分考虑检修通道、步梯或安全爬梯，低角度安装的项目应设置清洗设备或清洗管道。 3、

优化运维管理，积极与市场对标

建议运维管理中制定清洗管理办法，并开展考核。运维费应进行细化列支以期优化成本构成。运维的费用应向市场行情看齐，积极降本增效。部分项目如因项目特点导致运维成本过高，建议考虑劳务外包形式。运维人员应提高数据分析能力，提高通过分析运行数据发现故障的能力。 4、

积极探索新的技术方案以减少运维投入

探讨采用纳米涂层，或针对分布式项目设计小型清洗机器人等措施，以减少或免除清洗工作量。 5、

改进考核依据

建议分布式项目在监控后台的“理论发电量”由当地最佳倾角发电量调整为项目实施角度发电量。在区域的第一个项目或大于5MW的项目中，应设置气象站，且气象站应布置两块与实际安装角度相同的光伏组件，其中一块不清洗，一块同步清洗，以界定清洗启动节点和考察清洗效果。能源中心一期屋顶局部改建的实证平台的长期运行数据也可作为参考。

分布式事业部

2018-4-28