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光伏行业发展需要从实验室走出来到真实阳光下-中国电子科技第十八研究所于培诺教授

光伏系统工程  来源:北极星太阳能光伏网    2018/7/8 23:02:00  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:于培诺教授指出对于光伏组件来说,太阳辐射量用的是气象局的数据,发电量是用抄电表的数据,太阳是什么地方的辐照量,是组件上的辐照量,和环境照射是两回事。对于光伏逆变器而言,真实环境之下需要考虑的问题更多。要从实验室走出来,走到真实的太阳光下,这是未来光伏行业发展的空间。

2018年7月8日,2018光伏领袖峰会˙黄山光伏大会二十年纪念论坛在黄山新华联豪生大酒店举办,一起光伏APP对论坛进行直播。中国电子科技第十八研究所于培诺教授讲解了太阳能光伏的演变。

北极星太阳能光伏网为您带来发言实录:

中国电子科技第十八研究所于培诺教授:各位下午好,我讲这个题目是敢问路在何方,我感觉路就在脚下,怎么走要从实验室走出来,走到真实的太阳光下,这个时候我想问题就可以得到解决。我就从电站的容量开始。我们先从领跑者计划硬性指标开始,我摘录其中的一些重要数据,先说晶体硅的转化效率,比如说他不低于17%,为什么说17%呢?还有单晶硅,多晶硅多少,在低辐照每平方米200W的辐照下,折合1000瓦的效率不低于97%,这是一个要求。而组件的衰减一年不大于2.5%,组件的衰减是什么概念我接下来详细讲。聚光薄膜电池转化效率不低于8%,还有聚光光伏组件光电转换效率达到30%以上。我先对这些光伏器件这几个指标按我的理解进行一些解释。

首先效率不低于17%,每平方米200瓦光强的情况下,不低于97%,这个是什么意思呢?显然他是按照IC6,1015的要求在低光线要求性能是怎样的。再一个薄膜电池也是按照实验室的效率不低于8%,还有聚光电池,从上面这些数据来看,显然这些数据都是实验室的数据,下面还有详细讲。再讲逆变器,逆变器最高的转换率不低于99%,基本上转换效率没有什么变化,中国效率不低于98.2%,这是联盟者计划讲的,有中国效率当然也有美国加州效率,还有欧洲效率,是谁向谁学的大家可以考虑一下。下面再讲电站,电站的系统效率不低于81%,当年的总辐射量不低于5464焦耳每平方米,100MW电站不小于15000万千瓦时,这个上面要求不太一样的,但是有一点是相同的,就是都提到效率,太阳能电池效率18%,逆变器99%,到系统效率81%,这是怎么算出来的呢?一个最多效率在十几怎么来一个81呢?很多专家解释了81%就是PR,什么叫PR,就是61724对PR有一些定义,有人说这就是能量效率,很多人都提到这个数据。有另外一个专家说,实际发电量和理论发电量的比值就是PR,不管这两者说法哪一个对还是不对,我下面都有详细的理论解释。

这里就涉及这么一个问题,前面几个基本上不管是逆变器也好,太阳电池组件也好,基本上都是实验室测量的结果,光电站除了实验室的测量结果之外,还有室外的一些数据。室外的什么数据呢?一个是5464兆焦,这是气象台的数据,原来是卡路里,另外千瓦时,显然不是做系统设计者测量的结果,他说抄表的数据,因为电量表是电网公司专门提供的。太阳辐射量用的是气象局的数据,发电量是用抄电表的数据,太阳是什么地方的辐照量,是组件上的辐照量,和环境照射是两回事。我可以用他计算出来,不是很容易的,这个等于计算气象数据一样,接下来到底所谓功率是怎么一个意思。

这里设置两个问题,到底什么是效率?显然效率是有条件的,在什么条件下的效率?现在就讲条件了。大家经常讲把300瓦,你是310瓦解,我是270瓦,这是什么,这个都是所谓标准IDEDN5实验室测量出来的瓦数,就涉及到光源的问题。就是看红线,这个是怎么来的呢?MM0太阳光穿越理想的AM1.5大气层之后的光伏照射数据,这个太阳的数据是谁搞的?是美国NASA,他们搞出来的模型,不是标准太阳,而是标准大气层,什么是标准大气层,他有厚度,厚度是1.5,大气层的结构是严格规定的,比如说氧多少,水蒸气多少,二氧化硫多少,二氧化碳多少,PM2.5颗粒多少,灰尘多少,可悬浮的颗粒多少,都有严格规定的,有这个严格规定才知道这个光伏。这些光伏是水气光谱。算出来的这个数据只是一个条件,只是一个标准太阳,最关键的东西是一个标准大气层,就是AM1.5,这是一个很重要的标准,再加两个条件,一个是积分值每平分米1000瓦,拿这个算出来不是1000瓦。在这种条件下,标准条件就是这样的一个标准条件。

我们就找一个比较好的天气做一个测量。对着太阳测一个组线是A,水平放置作为B,背向太阳是C。这是我们实测的结果,这个和AM1.5不太一样,这个就是不太一样,这个就是真实和理想之间的差别。由这样来说,到底效率到底怎么意思呢?我搞一个大公司的组件,连续测8个,首先在1千瓦测量他的效率,从1100一直测到200效率是不一样的,效率最高是500的时候,我们现在用的组件都是指的STC功率效率,这是哪一个公司的,其他的公司呢?都一样。

刚才讲了实验室的结果是这样,我们到室外测量一下,下面是仪器从出太阳到落太阳,下面的曲线是太阳辐照变化,上面的绿线是组件的效率。最低效率是中午12点左右。这个出现一个很大的反差,这个和实验室测得不太一样,实验室是有峰值,而室外测不是峰值,是一个谷,这个就是实验室和真实太阳区别。这个区别就反映在PR上。

既然单独讲组件效率,讲逆变器效率看不出来,我们把德国有一个很大的公司160多个数据。第一行是他的面积,第二是功率,第三是因为他们的统一地点,太阳辐照量,然后是功率效率,效率一般指的都是标准测试条件下是这么一个结果,他不仅有这个数据,德国是在亚森做的测试,测量了他的PR,还有实行的是多少千瓦时的发电量。效率和PR看来不是一致的,PR是88和90,但是两个效率不一样。PR是一种数学游戏,PR和千瓦时实际上是一回事,这个时候发现效率高的PR不一定高,效率低的PR不一定就低。这行也是说明这个问题,效率和PR。最后这行最有意思,面积都一样,瓦数也一样,但是PR不一样。这就出现一个问题,要不就是你测量发电量和表面辐照量测量问题,要么就是现实测量标准下的瓦数有问题,否则为什么会出现这么一大堆反差。国内的不少企业或者发表一些电站的数据往往都是用最后这行来排的。

如果这是一个规律的话,什么是PR,PR就是效率,如果是能量效率我还是拿一个月的数据,虽然找4个,效率都大于百分之百,效率大于百分之百不可理解,比是说PR就是能量效率吗?那怎么是百分之百呢?人家PR是讲一年没有一个月的数据哪有一年的,所以就有问题了。还有一个大公司对于PR的解释叫做实际发电量和理想发电量的比值,如果是实际发电量和理想发电量的比值大于1怎么理想,理想比现实还糟,用效率解释是解释不通的,是有问题的。尽管是这样,几年之前也在讲,如果是这样还是按照PR来做,我也给你们做一个。我做一批组件。我和270W的组件和特制组件169W,都在实验室测量,把这些东西拿到室外进行发电量的测试。测一天的发电量,从早到晚是一个周期,完了之后所谓实验室的表征调整下的比值。一个蓝线一个红线,下面是天数,差不多有100天的连续测量可以看出来哪一种好吗?某一种程度绿线比红线还要好,但是一个是270W,一个是169W。既然是这样,这是2007年的数据,当时我们搞了光明工程的时候,一个非晶硅组件好在什么地方,不好在什么地方,这个非晶硅,当时就提出来,用每瓦发电量来比。他不稳定怎么办,让他稳定了再说,416有规定,经过多少辐照量之后的稳定。这是美国公司的窍门,用最短的时间达到辐照量,这个做光软化还是做热退活。这个数字是不是就稳定了,他本身要可靠,找了一个日本公司做非晶硅,日本很有名的公司,是卡内卡(音译),拿他的组建。飙升至80瓦,实际一测是100多瓦,你买80瓦,我给你100瓦你占便宜了,但是我要分母是用80瓦还是100瓦算差距很大。测发电量参考点,按照欧洲人的光电,就用分母瓦,就选择组件表面上的辐照度测,这样就出了一个新的概念“能量效应”,我连续测了5年,从2005年做起来的,从这个角度来说确实对非晶硅有一些不公平,而在这里发现出现了一个峰值和谷值,在不同的季节,而两个正好还是相反的,这样对非晶硅和薄膜电池,他的效率才6%,那个效率10%。现在来看的话,这个差距不是很大,所以研究薄膜电池用什么方法,严格来讲按照什么游戏规则来判断这个数据这是很重要的。

从这里来讲又提出新的技术问题,组件的能量可以这么来测,表面的辐照度怎么定,气象局是按照世界气象组织定的,在水平面距地1.5米,在太阳力度角类不允许有任何遮挡度的太阳总辐射量,一个是直射量,一个是散射量,我调查发现,到哈尔滨发现,总辐射有一个头朝下的,两个数向减叫净辐射,发现在1月份净辐射是负值,言外之意,太阳辐射除了直接辐射,散射辐射还有另外一种辐射,就是地球辐射。白天地球接受大量的太阳光,他热容量比较大,到第二天他开始发光了,他也发光了,这种显然没有被气象局接受。所以斜面辐照量的测量很关键,所以这个我也做了一,一个黑线,一个红线,大家知道现在通常的辐射剂是半玻璃球英文名字是叫Pyranometer,这是叫热电硅的辐射剂(音译),气象局百分之百都是用这种,因为这是世界气象组织规定用他来测量,这是二次仪表,严格来讲他是测辐照度,也不是测功率的,他是测能量的,太阳光接受之后把里面的黑体加热,上升到一定的温度之后平衡了,下面放了一堆热电来测量热电动室,推算太阳多少能量被接受,使黑体温度上升,由这个来源确定辐照量。这个是春秋两季的数据,从这里看出来测这个东西是一个关键,特别是国内有很多学者迷信建大气模型,建立散射的模型计算的,刚才说了标准太阳不是太阳标准,而是大气层的标准他想利用数学模型来预计气象的变化,这个太难。因为气象不单纯是太阳的问题,各地的气侯不一样,很难预计,建立模型测量往往是不可靠的。这个可以看出一些问题出来。

通过这件事来看,领跑者定的指标基本上都是实验室HTC标准测量的曲线的结果。另外还有一个问题,测的发电量不管是电表测还是逆变器测的,他是真实太阳光的结果,这个时候就出现问题。今天上午曹总讲了逆变器多少瓦要和太阳电池组建有一个比例倍数,1千瓦的组件1千瓦的逆变器,现在1千瓦的逆变器可以1.2千瓦的组件,甚至1.4,1.6,甚至两倍的效果更好,其实原因在HTC测量的功率出了问题。

电站的真实功率到底是多少。电站是5千瓦的,我盯了1年,实际功率是4.22千瓦,你逆变器5千瓦最高功率根本达不到,根本不是在那个点上,所以数没有用,这个事欧洲早已经发现了,核心的问题就是原来我们所说的测试条件出了问题,这个问题我们就不详细讲,以后再细讲。所以说这件事很重要,我们必须把每个电站到底真实功率是多少,每个电站是不一样的,这个非常有意义的事。对企业来讲,我觉得有两点启示,对于组件企业就要问了,为什么实验室测量有一个峰值,实际上功率效率是谷值,为什么不一致,这个不一致导致PR之间的反差。这个主件场要好好研究。要改变一些思想观念,这是第一个问题。对逆变器厂现在有一个,光伏电站的检测系统,核心问题就是传感器的问题,从检测器来看,逆变器除了容量有问题之外,不觉得这些数据缺了一点什么,不觉得这个数据有问题吗?这个很有代表性,这个不是做逆变器厂要研究开发的吗?这些工作摆在我们的面前。因为真正电场出数据都是靠逆变器,核心问题除了真实功率之外,还有时间间隔,没有时间的功率客观是不存在的,客观存在的都是能量,不是功率,功率是算出来,所以这些是做逆变器厂家有很大的发展空间。

一个是组件厂家要考虑一下,逆变器厂家考虑的问题更多一些,这个事情我们注意到了,德国人也注意到了,他们老早研究这个事,只不过人家不说,作为自己发展的本钱。

来源:北极星太阳能光伏网

(根据现场速记整理,未经嘉宾审阅)

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