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国内外的太阳辐射监测设备调查报告

原标题:国内外的太阳辐射监测设备调查报告

由于天气状况直接影响光伏电站的发电量,所以光伏电站性能评估的核心参数离不开准确的气象数据和太阳辐照度数据。在光伏电站监测系统中气象传感器发挥重要作用,精确的气象实测数据是跟踪、评估和控制光伏电站性能参数的关键,因此每个光伏电站监测系统都需要一组气象监测传感器和几块不同种类的太阳辐射传感以计算光伏电站核心评估指标,用于光伏电产的选址、运维管理、评估、科学研究等任务以及故障预警等功能用途。数据的采样与处理方法、传感器的部署安装方式也会对评估结果产生部分影响。

精确的太阳总辐射(POA)数据对光伏发电至关重要,测光设备的精确性又直接影响着辐照数据的准确度,同一坐标点采用不同的测光设备得出的往往是不一样的测光结果,有时甚至差别巨大。对于光伏发电项目开发而言,追求的是最贴近实际的数据,才可以正确测出电站的PR值,为此,选择何种测光设备就显得尤为重要。

一、测光设备的应用现状

目前国内市场上的辐射监测设备和光伏环境监测仪在光伏发电行业中的应用以国产低精度的产品居多,高精度的以国外产品居多,而里面的太阳辐射传感器国外如日本EKO、荷兰HUKSEFLUX、KIPP ZONEN等太阳辐射传感器产品在国内也有较多的应用,其中Kipp Zonen是世界公认的太阳辐射测量专家。公司提供全系列、高质量、高可靠性和极高性价比的精密仪器和附件,涵盖的测量范围从紫外线到远红外线。全世界主流的气象观测网络均使用其生产的辐射仪器。而国内太阳辐射监测设备和光伏环境监测仪应用较多的有东莞绿光高精度FSP系列太阳辐射表(性能等同于Kipp & Zonen cmp系列)、锦州阳光气象TBQ系列太阳辐射表的产品。

二、测光辐射传感器评价好坏的主要核心指标

响应时间、 B类零点偏移(环境温度变化5K/h)、年稳定性(年变化)、温度响应(50K区间)、倾斜响应(0~90°)和日曝辐量预期精度以及灵敏度

三、国内外产品的差异性

国内外太阳辐射传感器设备的监测原理都一样,一般都是使用热电堆进行感光然后转化成电流最后换算结果,但因为国内外产品材料和工艺的差异而导致了产品的精度和稳定性有较大差异。近现代的热电式辐射传感器主要经历了三个阶段,分别是图1的沿用绕线式热电堆国内传感器,其特点是体积大,响应慢,工艺不稳定,其代表型号多为TBQ系列;图2是薄膜热电堆传感器;图3是采用微型半导体热电堆传感器,1-2mm,响应快,工艺稳定,其代表型号多为CMP系列(国外)和FSP系列(国内)。其传感器的外貌如下及其对比参数及相关性能如下:

东莞绿光自主研制出的一款新型高稳定度的FSP10太阳辐射表及一系列的国产高精度太阳辐射监测设备,其总辐射传感器具有与KippZonen CMP21 二等标准总辐射表的精度和稳定性,通过实际在室外挑选的晴天、多云天以及阴天短期和长期测得的数据与CMP21的数据非常接近,二者性能相差非常小。众所周知进口的二级标准辐射表价格不菲,并不是所有电站都具备文中实施的条件;TBQ系列的太阳辐射表精度低,偏移比较大,年稳定性不好,测量的值很不准,价格便宜;而FSP10成本低,性能高,年稳定性好,解决了中国的光伏电站测光资源成本过高的问题。短期和长期测量数据见表.二者性能相差非常小,解决了中国的光伏电站测光资源成本过高的问题。

A. 短期测量对比:(绿光自行测试数据: 计算公式:(FSP10暴辐量-CMP21暴辐量)/CMP21暴辐量×100%计算)

说明:在典型的晴天,FSP10与CMP21的室外测试数据误差小于0.8%,多云天的数据误差小于1.5%,阴天的数据误差小于3%。实现了低成本高测量性能。

B.长期测量对比(国家光伏检测中心测试数据)

C.FSP10与CMP21方向性响应测试对比数据

说明:FSP10总辐射表的双层石英球罩经过精密光学加工,具有和进口表相同的光学特性,并且对方向性响应具有一定的修正作用,表中为在稳态太阳模拟器上测得的FSP10总辐射表和CMP21总辐射表的方向性响应数据,二者基本相当。这是国产其他总辐射表所达不到的水平。

国外产品在国内应用较多的是荷兰Kipp&Zonen公司的CMP系列等产品。

这系列副基准级产品的测量精度高,成本很高。

四、光伏电站选用太阳辐射监测设备建议

1、在一些重要的大型电站建设中可以优先考虑国外精度更高的产品,更可以考虑采用太阳辐射传感器用国外精度高的太阳辐射传感器或者国内具有相同精度和稳定性的太阳辐射传感器(须长期经过比对测试合格的产品,比方说FSP10太阳辐射传感器,根据国家光伏检测中心提供的长期对比测试数据来看,FSP10具有与CMP21的数据一致性很高)。

2、分布式电站中可以选用国产且精度较高的产品,至少一个具有与光伏组件倾角相同的倾角辐射表(POA)。

3、传感器校验周期的重要性

高质量的气象和辐射传感器需要周期性地校准或者其本身使用寿命有限,例如太阳辐射仪至少2年需要校准1次,机械式风速向向仪、温度传感器等的校准至1年。预防性维护、校准以及换新对于支持电站的长久运行是至关重要

4、传感器正确使用的重要性

气象数据的准确性是电站绩效评估的关键。数据采集系统必须具有异常值检测及剔除的算法,以保证最后存储的历史数据的可靠性。由于异常值会污染现有数据库,所以数据采集系统有必要检测这些数据的出现,并对其及时处理。

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