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站內(nèi)的氣象儀

目前大部分光伏電站在站內(nèi)安裝了氣象儀，但目前大多數(shù)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集并不完備。MEMC在中國投資的第一個電站——敦煌迪盛正在收集傾角輻射，其項目經(jīng)理喬利軍表示，“傾角輻射數(shù)據(jù)比水平數(shù)據(jù)能更好的反應(yīng)電站發(fā)電量和運(yùn)行狀況。”在張雷看來，完備的氣象儀至少要有四塊太陽輻射表，分別測量總輻射值、散射輻射值、傾角輻射值以及直射光數(shù)據(jù)，其中直射輻射的高精度跟蹤器要占據(jù)較高的成本，有的電站為了節(jié)約這方面的預(yù)算，直射輻射量就直接用總輻射量減去散射輻射量，這種做法并不完善。

“測光數(shù)據(jù)是為了光功率預(yù)測服務(wù)的，要做光功率預(yù)測需要以這四塊表的測試值為依據(jù)。”中國光伏專家王斯成在考察了西部電站后發(fā)現(xiàn)，一些電站并沒有安裝傾角輻射表，但這些電站運(yùn)維人員會通過軟件經(jīng)過對水平輻射值的計算得到需要的數(shù)據(jù)。

中廣核敦煌特許權(quán)電站在站內(nèi)架設(shè)的太陽輻射監(jiān)測儀記錄了去年一年的數(shù)據(jù)，但由于儀器的問題并沒有得到全年的所有數(shù)據(jù)。但根據(jù)其中8個月的數(shù)據(jù)來看，實測輻照量與NASA數(shù)據(jù)和可行性研究的數(shù)據(jù)最大參考誤差超過30%。

趙東認(rèn)為這種誤差存在很正常，“每年的天氣狀況都不相同，所以需要多年的數(shù)據(jù)積累。”而氣象儀的質(zhì)量是也是造成數(shù)據(jù)差異的原因之一。在中廣核敦煌特許權(quán)項目運(yùn)維記錄中，氣象儀（型號WAMS620-SP）頻繁出現(xiàn)問題，如氣象數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)很少會傳輸監(jiān)控后臺，氣象儀數(shù)據(jù)不準(zhǔn)等。

根據(jù)趙東的經(jīng)驗，氣象儀的質(zhì)量是一方面，即使好的氣象儀，其中每塊輻射表還需要在當(dāng)?shù)貧庀笳具M(jìn)行標(biāo)定。如果不做標(biāo)定，每塊表仍然存在不同的誤差。王斯成表示，對于輻射數(shù)據(jù)及其測量應(yīng)該符合GB/T20513-2206國標(biāo)文件中光伏系統(tǒng)性能監(jiān)測、測量、數(shù)據(jù)交換和分析導(dǎo)則中的內(nèi)容，該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等效于IEC61724。

目前氣象儀根據(jù)其功能不同，價格從數(shù)萬到十幾萬不等。林陽認(rèn)為，“國外的氣象儀輻照表的精度更高，主要原因是其中的光敏元器件工藝會更好一些。見到過日本EKO的測試設(shè)備，其高端輻射表配有專門的散熱風(fēng)扇，可以避免輻照表內(nèi)部元器件的溫度漂移問題。”趙東并未對國產(chǎn)產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品的差異直接評價，“我們氣象部門的都采用國產(chǎn)的輻照表，質(zhì)量都沒有問題，關(guān)鍵還是看是否做好標(biāo)定。”

相比于大多數(shù)企業(yè)在光資源設(shè)備上投入不足，國潤天能則在敦煌建設(shè)了中國第一個第三方野外實驗站，其中一套完備的氣象及光資源觀測設(shè)備耗費(fèi)超過200萬。這套系統(tǒng)已經(jīng)積累了一年的數(shù)據(jù)，國潤天能正在對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。

雞肋的功率預(yù)測

為了更好的對光伏電站的電力進(jìn)行管理和調(diào)度，國家電網(wǎng)要求各電站安裝光功率預(yù)測系統(tǒng)。趙東認(rèn)為，“光功率預(yù)測系統(tǒng)必須與輻射觀測數(shù)據(jù)結(jié)合起來才能發(fā)揮作用，特別是超短時間功率預(yù)測。”在他看來，光功率預(yù)測的本質(zhì)是把觀測的太陽輻射數(shù)據(jù)結(jié)合其他氣象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為功率，“在光資源有效數(shù)據(jù)缺乏的情況下，這套系統(tǒng)很難發(fā)揮作用。”

金塔甘電投電站站長劉海林表示，“光功率預(yù)測系統(tǒng)安裝上了，但一直沒有用。”事實上，在PV-Tech PRO記者走訪的大多數(shù)電站中光功率預(yù)測系統(tǒng)都沒有投入使用。甘肅金塔亞洲新能源電站負(fù)責(zé)人劉生平表示，“甘肅省電網(wǎng)公司在嘉酒地區(qū)新能源送出能力提升協(xié)調(diào)會上提出，要求光伏電站安裝有功功率控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)與省調(diào)接口，如果有超最大出力上限的機(jī)會，省調(diào)可反饋信息。”劉生平了解到，這套系統(tǒng)報價59萬，他們還沒有安裝這套系統(tǒng)，將看已安裝企業(yè)的效果如何、以及是否能起到多發(fā)電的作用再做安排。

張雷對地面電站光功率預(yù)測系統(tǒng)的看法是，“真正的功率預(yù)測是要在站內(nèi)安裝一系列的測試設(shè)備，包括濕度、云量、雨量的傳感器，只有這樣才能實現(xiàn)功率預(yù)測，而不是現(xiàn)在的功率推算。就像F1方程式賽車比賽中都會提供實時氣象服務(wù)，比如會不會有雨，幾分鐘后會有雨等。”在他看來，數(shù)據(jù)收集需要一個積累的過程，只有這樣預(yù)測才會越來越精確。

作為IEC標(biāo)準(zhǔn)中國代表，王斯成提出了針對IEC61725標(biāo)準(zhǔn)（日光功率預(yù)測分析）的修訂，該標(biāo)準(zhǔn)中有三種理論分析模型（峰值分布、cosine分布、平坦分布）。

林陽表示，“如果光功率預(yù)測細(xì)化不到每一天，那么是沒有更好的途徑來保證準(zhǔn)確性。”萊維塞爾和天源科創(chuàng)都提供了各自整合各種輻照計和氣象數(shù)據(jù)采集設(shè)備的整套方案，在其設(shè)備中都有著名Kipp&Zonen輻射監(jiān)測設(shè)備。萊維塞爾還研發(fā)了DX Presee光功率預(yù)測系統(tǒng)，可提供15分鐘分辨率的超短期、短期以及中期功率預(yù)測。美國Sandia國家實驗室正在研究云層對發(fā)電效率的影響，他們在一個大型地面電站和一個分布式電站中放置了多個太陽能輻射點傳感器，以對比輻照度變化與電站輸出功率的差異。他們的分析能夠量化每個電站的短時間功率變化，并創(chuàng)建模型來模擬這種變化。Sandia實驗室的團(tuán)隊計劃將實驗擴(kuò)大到更多電站中以驗證他們的模型，并研究光伏電力的波動對電網(wǎng)的沖擊。

趙東為光功率預(yù)測提供了新的解決辦法，“電站業(yè)主可以采用數(shù)字氣象預(yù)報，實時的氣象數(shù)據(jù)反饋給功率預(yù)測的服務(wù)單位。”中國氣象局太陽能發(fā)電專業(yè)數(shù)值天氣預(yù)報模式系統(tǒng)利用局地分析預(yù)報系統(tǒng)LAPS三維云分析技術(shù)、中尺度氣象模式WRF與大氣輻射傳輸模式SES2，通過基于衛(wèi)星遙感水汽、可見光和紅外通道數(shù)據(jù)以及云分類、云檢測等數(shù)值產(chǎn)品的LAPS三維云分析改進(jìn)技術(shù)，改進(jìn)了云物理參數(shù)的模擬和預(yù)報以及太陽輻射的模擬和預(yù)報。該系統(tǒng)為云雨天氣條件下三維云量場及太陽輻射的模擬和預(yù)報提供相對準(zhǔn)確的數(shù)值方法，為發(fā)電量預(yù)報提供準(zhǔn)確可靠的太陽輻射模擬和預(yù)報基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

趙東表示，未來三天的數(shù)字氣象數(shù)據(jù)服務(wù)的價格根據(jù)預(yù)報的點數(shù)以及要素的多少、每天幾次數(shù)據(jù)提供等而有所差異，“但一般每年費(fèi)用不超過10萬。”在數(shù)字氣象預(yù)報的支持下，光伏電站可以實現(xiàn)4小時以內(nèi)的超短期功率預(yù)測以及72小時內(nèi)的短期功率預(yù)測。東潤環(huán)能的光功率預(yù)測的氣象信息統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括風(fēng)速曲線、風(fēng)玫瑰圖、風(fēng)廓線、輻照強(qiáng)度曲線以及云量曲線和氣溫曲線等。在作出預(yù)測后，這臺設(shè)備將統(tǒng)計預(yù)測值與實際功率值并給出平均絕對誤差和均方根誤差以及誤差小于20%所占的比例。

地面電站因規(guī)模大可以搭建氣象儀，對于中小型的分布式項目來說難以實現(xiàn)，因為分布式的光功率預(yù)測實現(xiàn)起來會有困難。趙東也想到這個問題，“按我的想法，地方電力公司或電力調(diào)度機(jī)構(gòu)可以統(tǒng)一做預(yù)測，目前技術(shù)上也是可行的。氣象部門可以向一個地區(qū)做統(tǒng)一的預(yù)測。我們已經(jīng)做了一套集中化的預(yù)報系統(tǒng)，能同時為很多點做預(yù)測。”由于目前分布式并未大規(guī)模推廣，趙東的這套系統(tǒng)還沒獲得實際應(yīng)用。

在談到氣象服務(wù)收費(fèi)問題，趙東表示，“我們的收費(fèi)更多的是支持風(fēng)太中心的研發(fā)運(yùn)行。”2014年，趙東將就太陽輻射對組件的增溫效應(yīng)以及跟發(fā)電量衰減幅度和效率衰減的關(guān)系、霧霾對光伏系統(tǒng)的影響、沙塵折減系數(shù)等課題展開研究，以更好的為光伏系統(tǒng)精細(xì)化設(shè)計提供幫助。