太陽光電系統性能分析—以工業技術研究院中興院區為例

 

刊登日期:2022/9/5
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宋洪義、黃朝揚、林福銘/ 工研院綠能所;洪文德、彭柏璋/ 工研院行政處
 
隨著綠能政策推動,再生能源建置逐年快速增加設置容量,而太陽光電系統更占再生能源設置容量20 GWP,統計至2022年6月太陽光電設置容量已達8.7 GWP,隨著案場數量與設置容量增加,系統維運已開始逐漸被重視,尤其系統發電性能評估也日益重要。本研究於工研院新竹中興院區設置不同模組、變流器之系統組合,利用國際規範測量並計算太陽光電系統性能,說明如何有效利用監測數據,為案場進行發電性能分析,藉由每月、每季、每年的性能變化,有效判斷系統健康狀況。
 
【內文精選】
前 言
政府規劃2025年再生能源發電占比為20%,其中太陽光電系統(以下簡稱PV系統)2025年規劃設置目標量為20 GWP。根據能源統計月報資料顯示,截至2022年6月統計PV系統累積裝置容量已達約8,701 MW,如圖一所示。隨著太陽光電系統建置量越來越多,維運工作日顯重要,透過維運如何判別案場健康程度,需有一套完整流程來進行。本文特別針對國際標準規範IEC 61724-1:2021,說明其性能比(Performance Ratio; PR)分析,採用各案場監測資料進行計算與統計變化,可用來有效判斷案場健康程度以及髒汙狀態。
 
圖一、截至2022年06月太陽光電系統裝置容量
圖一、截至2022年06月太陽光電系統裝置容量
 
國際標準規範IEC 61724-1中之性能比說明
於IEC 61724-1中第10.3章節,對於性能比定義與公式,共分為四項參數。因為針對維運需求,性能比計算無法依據規範中要求,至少一年為一個週期進行分析;但是在Performance Ratio中,可以自訂分析期間的長短。作者建議不要採用逐時、逐日方式計算,因為當日照偏低(例如氣候不佳)時,性能比計算會偏低,主要原因為日照累積量為分母,因此日照於量測上會產生些微誤差,導致整個性能比變化很大。
 
工業技術研究院中興院區PV系統簡介
1. 各館PV系統裝置容量說明
目前中興院區共五個屋頂建置PV系統。其中21館與22館因為屋頂相通,因此視為一個屋頂,累積裝置容量共1,332.99 kWP;67館於2022年04月開始有發電資料,因為數據不夠多,所以於本文中將不採納67館發電量資料數據。中興院區各館日照、PV背板溫度監測起始日期為2022年02月10日,因此計算分析期間為2022年02月10日至2022年04月30日;排除67館裝置容量,以總裝置容量1,142.59 kWP進行分析。
 
2. 中興院區發電資訊
(2) 日照計讀值確認
PV系統一般建置完成時,大部分業者都會安裝日照計、PV模組溫度計,需確認讀值正確性時,一般皆為採用設備校正方式;然而有少數維運商為了使PR計算數值較優,讓業主或金融業相信PV系統發電性能,因此於表頭輸入係數時,未正確依據校正報告內容設定,例如使日照計讀值偏低,分析PR時就會偏高或與當初設計值相符,如此便會失去分析PR的意義。為避免這樣的情況,一般建議採用附近氣象局架設監測站之日照計讀值做比對,用意在於確認案場所安裝日照計讀值正確性。此外,有的案場裝置容量較小,因此無安裝日照計,依然可以採用氣象監測站資料來做計算分析。
 
統計2022年02月10日至2022年04月30日期間,新竹氣象站、11館、14館、21+22館、64館日照累積量比對,發現累積量讀值差異不大。經計算各館逐月與氣象站日照累積量誤差,發現只有14館偏差較大,其他館別誤差在5%內;但是三月、四月、五月之後誤差逐漸變大,推論應為日照計並無每月定期清洗導致讀值偏低,將四個館之日照累積量加總平均後,更可以發現日照計逐月與氣象站讀值誤差變大。
 
(3) 2022年02月10日至2022年04月30日中興院區發電資訊
發電期間採用變流器讀值,日照累積量採用四館日照計平均累積讀值,各館各月份PR變化(圖二)。整體看來為二月份最高而後下降,但目前數據不足,尚無法進行精確判讀,因此以整個區間各館PR變化進行分析,發現時間拉長後,PR變化不至於過大,如果將四個館整體計算PR=(02/10~04/30總發電量) / (總裝置容量×發電期間日照平均累積量)=(286,559) / (1,142.59 × 280.934) = 89.3%,因此整體PR與各館整體PR比對, 結果為案場目前狀態無重大異常。而64館於04/01~04/30期間PR偏低,應為變流器有異常斷電導致---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖二、中興院區11、14、21+22、64館PR變化
圖二、中興院區11、14、21+22、64館PR變化
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》429期,更多資料請見下方附檔。

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