當(dāng)前位置:首頁 > 物聯(lián)網(wǎng) > 《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》雜志
[導(dǎo)讀]摘要:組件溫度是影響太陽能電池組件轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要因素,對組件溫度的準(zhǔn)確預(yù)測,有助于提高光伏發(fā)電功率預(yù)測的精度。文中提出了一種光伏電池組件溫度預(yù)測方法。該方法考慮了影響光伏電池組件溫度的主要因素,通過選擇適當(dāng)?shù)臉颖窘⒔y(tǒng)計(jì)模型。算例結(jié)果表明,該預(yù)測模型能夠較好地對光伏電池組件溫度進(jìn)行預(yù)測,具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

引言

光伏發(fā)電與水電、火電等常規(guī)電源相比,其間歇性、波動(dòng)性、周期性的特點(diǎn),給電網(wǎng)造成較大的影響。對光伏發(fā)電功率進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測,將使電力調(diào)度部門能夠提前了解光伏電站出力變化并及時(shí)調(diào)整調(diào)度計(jì)劃,從而減少系統(tǒng)的備用容量、降低電力系統(tǒng)運(yùn)行成本。這是減輕光伏發(fā)電對電網(wǎng)造成的不利影響、提高系統(tǒng)中光伏發(fā)電裝機(jī)比例、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性的有效手段。目前,國內(nèi)外均已積極開展光伏發(fā)電功率預(yù)測的研究,通過物理方法與統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行光伏發(fā)電功率預(yù)測,并取得一定成果。但是,這些預(yù)測方法絕大多數(shù)都沒有考慮光伏組件在使用過程中的溫升因素,而是直接采用環(huán)境溫度作為光伏組件的工作溫度,大大影響了光伏發(fā)電功率預(yù)測的精度。像所有其他半導(dǎo)體器件一樣,太陽能電池對溫度非常敏感。溫度的升高會降低硅材料的禁帶寬度,因此影響了大多數(shù)的表征材料性能的參數(shù),進(jìn)而影響了組件的電性能參數(shù),會導(dǎo)致組件的開路電壓降低,短路電流會略微增加,總體的結(jié)果是功率降低。隨著光伏電池溫度的升高,開路電壓減小,在20?100°C范圍,大約每升高1C光伏電池的電壓減小2mV;而光電流隨溫度的升高略有上升,大約每升高1C電池的光電流增加千分之一??偟膩碚f,溫度每升高1C則功率減少0.35%。由此可見,組件溫度是影響太陽能電池組件轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要因素,為了提高光伏發(fā)電功率預(yù)測的精度,亟需開展電池組件溫度預(yù)測方法的研究。

1組件溫度預(yù)測方法的基本思路

1.1組件溫度影響因子分析

對于已經(jīng)投入運(yùn)行的光伏電站,其太陽電池組件溫度與環(huán)境溫度、太陽輻射強(qiáng)度有關(guān)。在實(shí)際使用過程中,除了季節(jié)變遷造成的環(huán)境溫度變化以外,太陽輻射強(qiáng)度每天在0?1300W/m2范圍變化,光譜從AM8變到AM1,環(huán)境溫度從最低的日出溫度變到最高的中午溫度再下降,太陽電池組件溫度也隨之不斷變化。圖1給出國家能源太陽能發(fā)電研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心屋頂光伏電站(南京浦口,經(jīng)度118.7°緯度32.17。)在某天監(jiān)測到的總輻射和組件溫度及環(huán)境溫度。

從圖1可以看出,太陽電池組件溫度與環(huán)境溫度、太陽總輻射相關(guān)。

1.2組件溫度統(tǒng)計(jì)建模

通過建設(shè)實(shí)時(shí)自動(dòng)氣象監(jiān)測站來獲取國家能源太陽能發(fā)電研發(fā)中心所在地近地面層的瞬時(shí)太陽輻射強(qiáng)度、組件溫度和環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)。該監(jiān)測站由數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、氣象傳感器和太陽能電源模塊構(gòu)成。系統(tǒng)具備多信道的接入能力,根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際通信條件,可采用無線甚高頻(VHF)、通用分組無線電業(yè)務(wù)(GPRS)、衛(wèi)星等無線信道或光纖等有線信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸,并且在無日照情況下具有持續(xù)工作15d的能力。實(shí)時(shí)自動(dòng)氣象監(jiān)測站按照太陽能資源評估方法、地面氣象觀測規(guī)范等技術(shù)要求,并參考測風(fēng)塔建設(shè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),通過各氣象傳感器,對光伏電站微區(qū)域環(huán)境下的總輻射、直接輻射、散射輻射、組件溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)速風(fēng)向等氣象要素,進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集,并每隔5mm將采集計(jì)算的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收平臺、入庫具體氣象監(jiān)測要素及技術(shù)指標(biāo)如表1所列。

表1自動(dòng)氣象監(jiān)測站氣象監(jiān)測要素表

測量要素
測量范圍
分辨率
準(zhǔn)確度
又樣速率
環(huán)境溫度
一50?+50C
0.1C
±0.3C
6次/min
相對濕度
0-100%RH
0.5%RH
±3%RH
6次/min
氣壓
500-1100hPa
0.01hPa
±0.5hPa
6次/min
風(fēng)向
0-360°

±3°
1次/s
風(fēng)速
0?60m/s
0.01m/s
±3%
1次/s
總輻射
0?2000W/m2
1W/m2
2%
6次/min
直接輻射
0?2000W/m2
1W/m2
2%
6次/min
散射輻射
0?2000W/m2
1W/m2
2%
6次/min
組件溫度
一40?+150C
0.1c
±0.1C
6次/min

收集光伏電站的同一時(shí)間段的太陽總輻射、組件溫度、環(huán)境溫度等歷史數(shù)據(jù)后,可對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選分析,建立光伏電站氣象歷史數(shù)據(jù)庫。這里以光伏電站氣象歷史數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),通過統(tǒng)計(jì)方法建立的組件溫度關(guān)系式如下:

y=T+kx+c(1)

式中,y為組件溫度;為環(huán)境溫度;為總輻射;,c為系數(shù)。

利用截至到2011年12月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)率定出國家能源太陽能發(fā)電研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心屋頂光伏電站的組件溫度關(guān)系式為:

y=T+0.0214x+0.97

1.3組件溫度預(yù)測

以關(guān)系式y(tǒng)=T+0.0214x+0.97為基礎(chǔ),輸入從數(shù)值天氣預(yù)報(bào)獲取的未來總輻射數(shù)據(jù)和環(huán)境溫度數(shù)據(jù),預(yù)測出組件溫度值;采用卡爾曼濾波,利用地面實(shí)時(shí)組件溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)對預(yù)測值進(jìn)行實(shí)時(shí)校正,進(jìn)而較為準(zhǔn)確地預(yù)測未來組件溫度值。組件溫度預(yù)測流程圖如圖2所示,圖3所示為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)總輻射及空氣溫度預(yù)測流程圖。

2算例分析

根據(jù)上述方法于2012年3月建立的國家能源太陽能發(fā)電研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心屋頂光伏電站組建溫度預(yù)測系統(tǒng)投運(yùn)以來,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,在累積的數(shù)據(jù)中,以5mm為時(shí)間分辨率,對預(yù)測組件溫度、實(shí)際組件溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析的絕對誤差分布比例統(tǒng)計(jì)如表2所列。從表2可以得出,絕對誤差在5。。以內(nèi)的樣本占0.9334,預(yù)測效果比較理想。

3結(jié)語

隨著近年來光伏發(fā)電在中國的快速集中發(fā)展,亟需對光伏電站的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測,以保障大規(guī)模光伏發(fā)電接入條件下的電網(wǎng)安全調(diào)度,而組件溫度預(yù)測是光伏發(fā)電功率預(yù)測中的重要一環(huán)。預(yù)測結(jié)果表明,本文提出的光伏電池組件溫度預(yù)測方法預(yù)測精度較高,能夠充分滿足工程應(yīng)用的需求。

20211115_6191ecb0a4583__一種光伏電池組件的溫度預(yù)測方法

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