引言

　　光伏發(fā)電與水電,、火電等常規(guī)電源相比,，其間歇性、波動性,、周期性的特點(diǎn)，給電網(wǎng)造成較大的影響,。對光伏發(fā)電功率進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測,，將使電力調(diào)度部門能夠提前了解光伏電站出力變化并及時調(diào)整調(diào)度計(jì)劃，從而減少系統(tǒng)的備用容量,、降低電力系統(tǒng)運(yùn)行成本,。這是減輕光伏發(fā)電對電網(wǎng)造成的不利影響、提高系統(tǒng)中光伏發(fā)電裝機(jī)比例,、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性的有效手段,。目前，國內(nèi)外均已積極開展光伏發(fā)電功率預(yù)測的研究,，通過物理方法與統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行光伏發(fā)電功率預(yù)測,，并取得一定成果。但是,，這些預(yù)測方法絕大多數(shù)都沒有考慮光伏組件在使用過程中的溫升因素,，而是直接采用環(huán)境溫度作為光伏組件的工作溫度，大大影響了光伏發(fā)電功率預(yù)測的精度,。像所有其他半導(dǎo)體器件一樣,，太陽能電池對溫度非常敏感。溫度的升高會降低硅材料的禁帶寬度,，因此影響了大多數(shù)的表征材料性能的參數(shù),，進(jìn)而影響了組件的電性能參數(shù)，會導(dǎo)致組件的開路電壓降低,，短路電流會略微增加,，總體的結(jié)果是功率降低。隨著光伏電池溫度的升高,，開路電壓減小,，在20?100°C范圍，大約每升高1C光伏電池的電壓減小2mV,；而光電流隨溫度的升高略有上升,，大約每升高1C電池的光電流增加千分之一?？偟膩碚f,，溫度每升高1C則功率減少0.35%,。由此可見，組件溫度是影響太陽能電池組件轉(zhuǎn)換效率的一個重要因素,，為了提高光伏發(fā)電功率預(yù)測的精度,，亟需開展電池組件溫度預(yù)測方法的研究。

　　1組件溫度預(yù)測方法的基本思路

　　1.1組件溫度影響因子分析

　　對于已經(jīng)投入運(yùn)行的光伏電站,，其太陽電池組件溫度與環(huán)境溫度,、太陽輻射強(qiáng)度有關(guān)。在實(shí)際使用過程中,，除了季節(jié)變遷造成的環(huán)境溫度變化以外,，太陽輻射強(qiáng)度每天在0?1300W/m2范圍變化，光譜從AM8變到AM1,，環(huán)境溫度從最低的日出溫度變到最高的中午溫度再下降,，太陽電池組件溫度也隨之不斷變化。圖1給出國家能源太陽能發(fā)電研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心屋頂光伏電站（南京浦口,，經(jīng)度118.7°緯度32.17,。）在某天監(jiān)測到的總輻射和組件溫度及環(huán)境溫度。

　　從圖1可以看出,，太陽電池組件溫度與環(huán)境溫度,、太陽總輻射相關(guān)。

　　1.2組件溫度統(tǒng)計(jì)建模

　　通過建設(shè)實(shí)時自動氣象監(jiān)測站來獲取國家能源太陽能發(fā)電研發(fā)中心所在地近地面層的瞬時太陽輻射強(qiáng)度,、組件溫度和環(huán)境溫度等數(shù)據(jù),。該監(jiān)測站由數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊,、氣象傳感器和太陽能電源模塊構(gòu)成,。系統(tǒng)具備多信道的接入能力，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際通信條件,，可采用無線甚高頻（VHF）,、通用分組無線電業(yè)務(wù)（GPRS）、衛(wèi)星等無線信道或光纖等有線信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸,，并且在無日照情況下具有持續(xù)工作15d的能力,。實(shí)時自動氣象監(jiān)測站按照太陽能資源評估方法、地面氣象觀測規(guī)范等技術(shù)要求,，并參考測風(fēng)塔建設(shè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),，通過各氣象傳感器，對光伏電站微區(qū)域環(huán)境下的總輻射,、直接輻射,、散射輻射、組件溫度,、環(huán)境溫度,、風(fēng)速風(fēng)向等氣象要素,，進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)的采集，并每隔5mm將采集計(jì)算的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收平臺,、入庫具體氣象監(jiān)測要素及技術(shù)指標(biāo)如表1所列,。

　　表1自動氣象監(jiān)測站氣象監(jiān)測要素表

　　收集光伏電站的同一時間段的太陽總輻射、組件溫度,、環(huán)境溫度等歷史數(shù)據(jù)后,，可對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選分析，建立光伏電站氣象歷史數(shù)據(jù)庫,。這里以光伏電站氣象歷史數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),，通過統(tǒng)計(jì)方法建立的組件溫度關(guān)系式如下：

　　y=T+kx+c（1）

　　式中，y為組件溫度,；為環(huán)境溫度,；為總輻射,；,，c為系數(shù)。

　　利用截至到2011年12月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)率定出國家能源太陽能發(fā)電研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心屋頂光伏電站的組件溫度關(guān)系式為：

　　y=T+0.0214x+0.97

　　1.3組件溫度預(yù)測

　　以關(guān)系式y(tǒng)=T+0.0214x+0.97為基礎(chǔ),，輸入從數(shù)值天氣預(yù)報獲取的未來總輻射數(shù)據(jù)和環(huán)境溫度數(shù)據(jù),，預(yù)測出組件溫度值；采用卡爾曼濾波,，利用地面實(shí)時組件溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)對預(yù)測值進(jìn)行實(shí)時校正,，進(jìn)而較為準(zhǔn)確地預(yù)測未來組件溫度值。組件溫度預(yù)測流程圖如圖2所示,，圖3所示為數(shù)值天氣預(yù)報總輻射及空氣溫度預(yù)測流程圖,。

　　2算例分析

　　根據(jù)上述方法于2012年3月建立的國家能源太陽能發(fā)電研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心屋頂光伏電站組建溫度預(yù)測系統(tǒng)投運(yùn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,，在累積的數(shù)據(jù)中,，以5mm為時間分辨率，對預(yù)測組件溫度,、實(shí)際組件溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析的絕對誤差分布比例統(tǒng)計(jì)如表2所列,。從表2可以得出，絕對誤差在5……以內(nèi)的樣本占0.9334,預(yù)測效果比較理想,。

　　3結(jié)語

　　隨著近年來光伏發(fā)電在中國的快速集中發(fā)展,，亟需對光伏電站的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測，以保障大規(guī)模光伏發(fā)電接入條件下的電網(wǎng)安全調(diào)度,，而組件溫度預(yù)測是光伏發(fā)電功率預(yù)測中的重要一環(huán),。預(yù)測結(jié)果表明，本文提出的光伏電池組件溫度預(yù)測方法預(yù)測精度較高,，能夠充分滿足工程應(yīng)用的需求,。