ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของระบบพลังงานแสงอาทิตย์

การผลิตไฟฟ้าของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับปัจจัยสามประการ ได้แก่ กำลังการผลิตติดตั้ง ช่วงเวลาสูงสุด และประสิทธิภาพของระบบ หลังจากกำหนดตำแหน่งและขนาดของระบบพลังงานแสงอาทิตย์แล้ว ปัจจัยสองประการแรกก็ถูกกำหนดขึ้นโดยพื้นฐานแล้ว การเพิ่มการผลิตไฟฟ้าทำได้โดยอาศัย "ประสิทธิภาพของระบบ" เท่านั้น!

ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของระบบพลังงานแสงอาทิตย์และผลักดันการผลิตไฟฟ้าของเรา? ผมแบ่งปัจจัยเหล่านี้ออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ ปัจจัยทางธรรมชาติ อุปกรณ์ และปัจจัยด้านมนุษย์

มาดูกระบวนการผลิตไฟฟ้าของระบบพลังงานแสงอาทิตย์

(1) อุณหภูมิ

ปัจจัยทางธรรมชาติที่มีผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบมากที่สุดควรเป็นอุณหภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญมากสำหรับส่วนประกอบโฟโตโวลตาอิก ในสถานการณ์ปกติ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแบตเตอรี่ซิลิคอนคริสตัลโดยทั่วไปจะอยู่ที่ -0.35 ～ -0.45%/℃ และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแบตเตอรี่ซิลิคอนอะมอร์ฟัสโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ -0.2%/℃ อุณหภูมิของส่วนประกอบโฟโตโวลตาอิกไม่เท่ากับอุณหภูมิแวดล้อม ภาพด้านล่างแสดงการเปลี่ยนแปลงของกำลังขับของส่วนประกอบโฟโตโวลตาอิกตามอุณหภูมิของส่วนประกอบ

เมื่อใกล้เที่ยง อุณหภูมิของส่วนประกอบโฟโตวอลตาอิกจะสูงถึงประมาณ 60 องศาเซลเซียส และกำลังไฟฟ้าขาออกของส่วนประกอบโฟโตวอลตาอิกจะอยู่ที่ประมาณ 85% เท่านั้น

นอกเหนือจากส่วนประกอบโฟโตโวลตาอิกส์แล้ว เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ประสิทธิภาพการแปลงของอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น อินเวอร์เตอร์ ก็จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นด้วยเช่นกัน

ส่วนลดที่เกิดจากอุณหภูมิสามารถประมาณได้จากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของส่วนประกอบโฟโตโวลตาอิคส์และอุณหภูมิในท้องถิ่น

(2) ห้ามใช้แสงแดด

ค่ารังสีรวมที่เราได้คือผลรวมของรังสีตรง รังสีกระเจิง และรังสีสะท้อนที่มีความเข้มรังสีต่างกัน แต่รังสีทั้งหมดไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ ตัวอย่างเช่น อินเวอร์เตอร์จำเป็นต้องจ่ายไฟให้กับระบบกริดเมื่อรังสีมีค่ามากกว่า 50 วัตต์ต่อตารางเมตร แต่กำลังไฟฟ้าขาออกจะต่ำมากเมื่อระดับรังสีต่ำกว่า 100 วัตต์ต่อตารางเมตร

แม้อยู่ในแสงแดดที่ดี ส่วนนี้อาจสูงถึง 2 ~ 3% แม้ว่าส่วนนี้จะคำนวณอยู่ในข้อมูลรังสีรวมแล้วก็ตาม แต่ก็ไม่สามารถนำมาใช้ได้

ปัจจัยด้านอุปกรณ์ควรเป็นเหตุผลหลักต่อประสิทธิภาพของระบบพลังงานแสงอาทิตย์

(1) ระดับการจับคู่ของส่วนประกอบโฟโตโวลตาอิก

ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานยังเป็นพารามิเตอร์สำคัญของส่วนประกอบโฟโตโวลตาอิก ซึ่งโดยทั่วไปจะยอมรับได้ภายใน ± 3% แสดงให้เห็นว่าแม้ค่าพารามิเตอร์มาตรฐานของส่วนประกอบจะเท่ากัน แต่ในความเป็นจริงแล้วเส้นโค้งลักษณะเฉพาะเอาต์พุตกลับแตกต่างกัน ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของส่วนประกอบหลายชิ้นลดลงเมื่อกระแสไฟฟ้าไม่สอดคล้องกับกระแสไฟฟ้าที่ไม่สอดคล้องกัน ปัจจุบัน ผู้ผลิตส่วนประกอบ เช่น Tianhe และ Yingli มักใช้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานเป็นบวกเพื่อลดการสูญเสียที่เกิดจากความไม่เข้ากันของพลังงาน

(2) ประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์และการเปลี่ยนกล่อง

แม้ว่าประสิทธิภาพในยุโรปในข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคของอินเวอร์เตอร์จะพิจารณาจากประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแบบถ่วงน้ำหนักหลังจากอัตราโหลดที่แตกต่างกัน แต่ในการใช้งานจริง มีอินเวอร์เตอร์เพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่สามารถทำได้ถึง 98.5% ของประสิทธิภาพที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน ในกระบวนการเปลี่ยนกระแสตรงเป็นกระแสสลับ ประสิทธิภาพแบบถ่วงน้ำหนักสามารถสูงถึง 97.5%

ผลการติดตาม MPPT ของอินเวอร์เตอร์แต่ละรุ่นก็แตกต่างกันเช่นกัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าจุดกำลังไฟฟ้าสูงสุดเปลี่ยนแปลงไปตามระดับรังสี อินเวอร์เตอร์จำเป็นต้องเปลี่ยนค่าแรงดันไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องเพื่อหาแรงดันไฟฟ้าจุดกำลังไฟฟ้าสูงสุด และความล่าช้าในการติดตามอาจทำให้สูญเสียพลังงานได้ นอกจากนี้ อินเวอร์เตอร์ขนาด 500 กิโลวัตต์ต้องติดตาม MPPT ประมาณ 100 กลุ่ม ซึ่งความแตกต่างระหว่างกลุ่มจะส่งผลต่อความแม่นยำในการติดตาม ปัจจุบันผู้ผลิตอินเวอร์เตอร์บางรายใช้ MPPT แบบหลายทางเพื่อลดการสูญเสียพลังงานนี้

ภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุต DC สูงสุด พยายามเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและลดกระแสไฟฟ้าให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงของอินเวอร์เตอร์ได้พร้อมกับลดการสูญเสียของสาย

ข้อมูลหลายชุดแสดงให้เห็นว่าการใช้แบรนด์ที่แตกต่างกันและประสิทธิภาพการแปลงที่กำหนดของประสิทธิภาพเดียวกันนั้นสามารถผลิตพลังงานได้ 5 ~ 10%!

ในกระบวนการบูสต์กล่อง จะมีการสูญเสียพลังงาน ซึ่งขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของกล่อง โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1.5%

(3)การสูญเสียสาย DC, การสูญเสียสาย AC

พื้นที่ของหน่วยผลิตไฟฟ้าขนาด 1 เมกะวัตต์จะอยู่ที่ประมาณ 3.5 ถึง 4 เฮกตาร์ การส่งส่วนประกอบแผงโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่เช่นนี้ไปยังพื้นที่หนึ่งๆ จำเป็นต้องใช้สายส่งไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ยาว มีสองวิธีในการลดการสูญเสียพลังงานในสายส่ง: เลือกสายเคเบิลที่ดีเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ในสถานการณ์ปกติ การสูญเสียพลังงานในสายส่งไฟฟ้ากระแสตรงจะอยู่ที่ประมาณ 2 ~ 3%

สายสื่อสารสั้นและการสูญเสียสัญญาณค่อนข้างน้อย โดยทั่วไปสามารถประมาณได้ 1%

(4)อุปกรณ์ล้มเหลว

สาเหตุสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้ประสิทธิภาพของระบบต่ำในระหว่างที่อุปกรณ์ขัดข้องและระหว่างการบำรุงรักษา ภาพด้านล่างนี้แสดงสาเหตุของความผิดพลาดของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งครึ่งหนึ่งมาจากตัวอุปกรณ์

(1) การออกแบบที่ไม่เหมาะสม

หนึ่งในปัญหาการออกแบบที่ร้ายแรงที่สุดที่เกิดจากการออกแบบที่ไม่เหมาะสมคือ "การออกแบบระยะห่างที่ไม่เหมาะสม" เนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีการใช้งานในแนวตั้ง การมีบล็อกจำนวนเล็กน้อยที่ขอบด้านล่างมักทำให้กำลังไฟฟ้าที่ส่งออกทั้งหมดของชุดสายลดลง จากสถิติพบว่าโรงไฟฟ้าบางแห่งที่มีระยะห่างด้านหน้าและด้านหลังแคบ การสูญเสียพลังงานที่เกิดจากบล็อกด้านหน้าและด้านหลังอาจสูงถึง 3% นอกจากนี้ นอกเหนือจากการพิจารณาการบล็อกก่อนและหลังแล้ว โรงไฟฟ้าบนภูเขายังต้องพิจารณาถึงสิ่งกีดขวางที่เกิดจากความแตกต่างของความสูงระหว่างทิศตะวันออกและทิศตะวันตกด้วย สำหรับโรงไฟฟ้าที่มีความลาดชันมากและมีระยะห่างระหว่างทิศตะวันออกเพียงเล็กน้อย การสูญเสียนี้อาจสูงถึง 2%

นอกจากเรื่องระยะห่างแล้ว ผมมักพบว่าในบริเวณโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์มักจะมีอาคาร (โครงสร้าง) สูงอยู่ในบริเวณโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ทำให้กีดขวางแผงโซลาร์เซลล์โดยรอบ

(2) สะอาดและไม่ตรงเวลา

ในภาคตะวันตกเฉียงเหนือ พายุทรายอาจทำให้การผลิตไฟฟ้าลดกำลังการผลิตโดยตรงมากกว่า 5% ส่วนในภาคตะวันออก สถานีตรวจวัดสภาพอากาศที่มีหมอกควันรุนแรงแทบไม่มีผลกระทบใดๆ ภาพด้านล่างแสดงผลกระทบจากโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ก่อนและหลังการทำความสะอาด ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

ยิ่งมีปริมาณรังสีมากเท่าใด พลังทะลุทะลวงของดวงอาทิตย์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และการสูญเสียจากฝุ่นละอองก็จะน้อยลงเช่นกัน

นอกจากฝุ่นละอองแล้ว หากไม่กำจัดหิมะออกไปทันเวลา ก็จะทำให้สูญเสียพลังงานในการผลิตเป็นจำนวนมากอีกด้วย

นอกจากเหตุผลข้างต้นแล้ว การลดทอนพลังงานที่เร็วขึ้นของส่วนประกอบแผงโซลาร์เซลล์ยังเป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้การผลิตพลังงานล้มเหลวตามเป้าหมาย ผู้ผลิตทั่วไปให้คำมั่นว่าการลดทอนพลังงานในสองปีแรกจะไม่เกิน 2%, 10% ของ 10% และไม่เกิน 20% ภายใน 25 ปี ส่วน 10 ปีและ 20 ปีนั้น เป็นที่เข้าใจกันว่าส่วนประกอบแผงโซลาร์เซลล์มีจำนวนน้อยลง โดยลดลง 2% ภายในสองปีแรก

โดยสรุปสาเหตุของประสิทธิภาพระบบโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สามารถสรุปได้ดังนี้:

สาเหตุทางธรรมชาติ: อุณหภูมิลดลง, แสงแดดไม่สามารถใช้ได้

เหตุผลด้านอุปกรณ์: ระดับความเข้ากันได้ของส่วนประกอบโฟโตโวลตาอิก การลดทอนของส่วนประกอบโฟโตโวลตาอิกเกินความคาดหมาย ประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์และการเปลี่ยนกล่อง การสูญเสียของสาย DC การสูญเสียของสาย AC ความล้มเหลวของอุปกรณ์

เหตุผลทางเทียมของมนุษย์: การออกแบบที่ไม่เหมาะสม การทำความสะอาดที่ไม่เพียงพอ และไม่ตรงเวลา