近年來，隨著國家補(bǔ)貼力度加大和光伏產(chǎn)業(yè)的科技進(jìn)步，二次能源光伏產(chǎn)業(yè)得到了很大程度的發(fā)展，其組件成本也呈現(xiàn)出持續(xù)走低的勢頭。然而，太陽能屬于穩(wěn)定度低、時斷時續(xù)的二次能源，使得光伏電站的輸出功率也存在穩(wěn)定性差以及間歇性的特征。其中，光伏電站電氣屬性、天氣氣候條件是影響光伏發(fā)電量的重要因素，故準(zhǔn)確認(rèn)識到這兩個因素對預(yù)測光伏發(fā)電功率的影響，從而進(jìn)行適當(dāng)計劃和調(diào)度，具有重要的研究意義。

影響光電功率的種類因素有很多，一般分以下兩類，一類是光伏電站本身電氣屬性，另一類是外部氣象環(huán)境，或者外部氣象屬性。一般認(rèn)為：輻照度、天氣類型、季節(jié)、溫度等屬于外部氣象屬性。本文將依據(jù)某30MW光伏電站所采集到的歷史數(shù)據(jù)，對這兩個主要因素展開分析，從實例說明這兩個因素對光伏輸出的具體影響。

1  本身電氣屬性對光伏輸出的影響

對于光伏電站內(nèi)部本身就擁有的屬性，要考慮因素繁多復(fù)雜，并且一些性能參數(shù)在工程中并不作參考之用。但是對光伏電站已并網(wǎng)投入運行的情況下，光伏輸出電量展現(xiàn)出較高的相關(guān)性，光伏板的自身屬性配置信息，包括光伏地理位置、安裝的高低角度、電池轉(zhuǎn)化為電能的效率、逆變器實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換效率、電池表面是否清潔等。

這些相關(guān)信息因素已經(jīng)被考慮在歷史輸出功率之中，在光伏電池的相關(guān)組件的壽命期間，它們變化很小，在短期功率預(yù)測中將其視作為恒定不變的量，故通常把光伏歷史輸出的數(shù)據(jù)樣本當(dāng)作預(yù)測模型的樣本輸入。

2  氣象要素對光伏輸出的影響

2.1  太陽輻照度的影響

本節(jié)依據(jù)某30MW光伏電站所測得的歷史數(shù)據(jù)，從2017年12個月份中，選取每月的15號，對其發(fā)電量、輻射量以及峰值日照時之間的關(guān)系進(jìn)行說明。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1  光伏電站歷史數(shù)據(jù)

1）發(fā)電量和輻射量的關(guān)系

輻照強(qiáng)度的概念是，在單位時間內(nèi)陸表單位面積受到的太陽垂直投射所接收的輻射能量。光伏板的輸出功率隨著吸收的輻照強(qiáng)度變強(qiáng)而增加。其關(guān)系圖如圖1所示。從走勢圖中可以直觀看出，光伏輸出功率的走勢隨著太陽輻照強(qiáng)度的走勢變化而變化，而且兩者波動趨勢相似。

圖1  發(fā)電量和輻射量走勢圖

2）發(fā)電量和峰值日照數(shù)的關(guān)系

先來解釋兩個定義：日照時數(shù)指當(dāng)?shù)刂苯犹栞椪斩瘸^0.12kW/m2所有時間段的總和，單位為h。峰值日照時數(shù)指某地區(qū)一天時間內(nèi)，地面上累計接收到的輻照度之和，再除以1kW/m2后所得到的光照小時數(shù)，單位為小時（h）。

本光伏電站所采集的輻射量是以MJ/m2為單位，依據(jù)峰值日照時數(shù)的定義，由輻照度推導(dǎo)峰值日照時數(shù)時，需要將其單位換為kW·h/m2，才能與定義相匹配。兩種單位換算式為：1J=2.778×10?7kW·h。比如：表1中1月15日有10h的太陽輻照度大于0.12kW/m2，則日照時數(shù)為10h。而全天太陽輻照度之和為18.93MJ/m2，先換算為5.3kW·h/m2，便可得峰值日照時數(shù)為5.3(kW·h/m2)/1(kW/m2)=5.3(h)。

依照峰值日照數(shù)、日照時數(shù)以及發(fā)電量的關(guān)系，可繪出其在一天內(nèi)的走勢，如圖2所示。

圖2  發(fā)電量與日照時、峰值日照時走勢圖

由走勢圖直觀看到，發(fā)電量與峰值日照時的走勢十分接近，具有很強(qiáng)的相關(guān)性，而與日照時數(shù)的關(guān)系不是很緊密。

本節(jié)對輻射量的影響開展了直接分析，然后通過“峰值日照數(shù)”間接分析了輻射量的影響，得出結(jié)論：輻照強(qiáng)度在發(fā)電量中有所體現(xiàn)，且二者有密切的線性關(guān)系。同時證明了峰值日照時也可以作為預(yù)測光伏輸出功率的參考標(biāo)準(zhǔn)之一。

2.2  天氣類型的影響

由于存在不同類型天氣狀況，使得光伏電池板所接收的輻照強(qiáng)度、濕度、溫度有很大變化，會導(dǎo)致光伏輸出有較大的差異。本節(jié)選取了7月份18—25日的發(fā)電量數(shù)據(jù)，如圖3所示。

從結(jié)果分析可知，晴天的發(fā)電量最高，而陰雨天的發(fā)電量較低。即在不同天氣下的光伏輸出量有很明顯的不同，而在相同的天氣環(huán)境下，比如晴天，在一天內(nèi)的發(fā)電總量基本相同。

圖3  不同天氣環(huán)境的發(fā)電數(shù)據(jù)

由本節(jié)對天氣類型影響的分析可知，要想最大限度提升光伏發(fā)電量的短期預(yù)測水平，就需按照不同天氣情況的特點，對光伏電站歷史發(fā)電量開展分類整理，將其作為發(fā)電預(yù)測的輸入樣本，以便達(dá)到良好的預(yù)測效果。

2.3  季節(jié)的影響

已并網(wǎng)運行的光伏發(fā)電站在天氣環(huán)境不同的季節(jié)當(dāng)中，有效日照時數(shù)的長短、太陽入射角的高低不斷地變化，進(jìn)而使得輸出功率也跟著產(chǎn)生波動。本節(jié)通過光伏電站所測得的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖說明，見表2。本文挑選了春季2月20日、夏季5月9日，秋季9月13日以及冬季12月18日這4天的有效時間段內(nèi)整點瞬時輸出的功率大小。這4天天氣狀況都為晴天。

表2  某光伏電站不同季節(jié)統(tǒng)計數(shù)據(jù)

為了直觀判斷季節(jié)對輸出發(fā)電量的影響，本文又依據(jù)表2數(shù)據(jù)繪制了圖4。從圖中可以看到，圖中分別體現(xiàn)了四季的日照時間長短以及一年四季輻照度的差異性對光伏發(fā)電輸出功率的影響。由4條曲線的走勢也可以得出：夏秋兩季的輸出功率的有效時間最長，而冬季的有效時間最短；而且春秋兩季相比較冬季而言其最大輸出功率較大。

圖4  季節(jié)功率數(shù)據(jù)圖

故由本節(jié)可知，不同季節(jié)中的同一種天氣情況下，光伏發(fā)電曲線的變化規(guī)律基本相似，但功率值的大小以及發(fā)電有效時間段的長短不同。若按照一年四季將發(fā)電數(shù)據(jù)進(jìn)行模塊化處理，對光伏預(yù)測分而治之，則有利于降低預(yù)測復(fù)雜性，還可以提高準(zhǔn)確性。

2.4  溫度的影響

環(huán)境氣溫的升高，致使光伏組件輸出的電流I會有一定程度的增加，但光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率將明顯地降低，使得工作V減小，但是V下降幅度相對要厲害，所以輸出總功率P也會跟著氣溫值的逐漸變高而漸漸減小。本文將以單晶組件DM60-285的性能參數(shù)為例來說明。光伏組件的電學(xué)性能見表3。

表3  光伏組件DM60-285的電學(xué)性

表中的“STC”指當(dāng)光伏電池組件所處的環(huán)境狀況為輻照度為1kW/m2、電池溫度為25℃，大氣質(zhì)量為1.5時，組件輸出峰值功率才能達(dá)到285W。光伏組件的溫度系數(shù)見表4。

表4  光伏組件的溫度系數(shù)

由表4可知，“最大功率溫度系數(shù)”是?0.42%/℃，即光伏板的工作環(huán)境熱度每升高1℃，發(fā)電量減少0.42%。假設(shè)光伏電池所處環(huán)境的溫度是55℃，電池的輸出發(fā)電量相對于峰值功率減少的百分比為0.42%×(55℃?25℃)=12.6%。

所以，氣溫有一定程度地升高，電池組件的輸出發(fā)電量就會有所減少。在實際光伏系統(tǒng)中，除了光伏電池，包括逆變器在內(nèi)的其他組件也會受到溫度影響，進(jìn)而影響光伏輸出。所以光伏預(yù)測中，溫度也是必須要考慮的因素之一。