第11届国际光伏性能建模与仿真监测研讨会（PVPMC）：颠覆性技术创新创造更多新业态

电力18讯：2018年12月4日

由哈尔滨工业大学太阳能研究所、德国弗劳恩霍夫太阳能研究所和美国桑迪亚国家实验室联合主办的第11届国际光伏性能建模与仿真监测研讨会，第二届PVPMC CHINA在山东威海成功举办。



国际光伏性能建模与仿真监测研讨会（PVPMC）由美国桑迪亚实验室发起组织，至今已成功举办了十届。本届研讨会延续了PVPMC举办十届以来的高质量主旨学术报告与论文交流水平。与会嘉宾针对“太阳资源数据和预测”、“光伏性能建模方法及案例研究”、“光伏可靠性研究与建模”、“光伏监测与运维”等四大专题进行了深入的交流研讨。






来自中信博新能源、德国莱茵TUV、安轩科技、日托光伏、协鑫集团、First Solar、NREL、Solargis、北控清洁能源、隆基乐叶、中来光伏、西北勘测设计研究院、水规院、丰田汽车技术研究所、河海大学、暨南大学、中山大学、上海交通大学、塞浦路斯大学、阿特斯太阳能、协合新能源、SMA中国、阳光电源等企业高层、高校研究人员及技术专家的200名代表围绕“改善光伏组件和系统的技术机遇”、“太阳能测量与建模的研究进展”、“人工智能太阳能跟踪系统模型方法”等热点话题展开了讨论。

 

中国光伏行业协会秘书长王勃华、哈尔滨工业大学（威海）校长徐晓飞、中信博研究院院长王士涛、Solarbe索比光伏网创始人曹宇、德国弗劳恩霍夫太阳能研究所副所长Boris Farnung、美国桑迪亚实验室光伏系统研发部资深研究员Joshua Stein、国家发改委能源研究所前研究员王斯成作了大会致辞及主旨演讲。





曹宇在开场致辞中指出，技术带来的不只是提升和革新，还伴随着风险甚至毁灭。与高新技术多元化发展形成对比的是目前不同技术路线的企业间竞争加剧，原本同一阵营的企业也逐渐出现较大分歧，产业之间的竞争越来越细分，越来越激烈，也更加凶险。光伏产业正在经历着自己的“黑暗森林”时代。技术路线的选择不正确，对于企业的打击往往是巨大的，对于新技术的发展情况的掌握以及前瞻性的眼光将变得越来越重要。







徐晓飞在欢迎致辞中表示，哈工大（威海）校区在IT、新材料、新能源技术等学科在国内都处于领先地位，并建立了以哈工大（威海）校区为基础的光伏科研基地。哈工大（威海）校区新能源学院更加专注于分布式能源的发展，如光能、风能、潮汐能等，同时特别强调新能源的综合利用。







王勃华在会上就中国光伏行业的发展形势进行了分析，他指出，中美贸易争端以及中欧光伏保护措施的取消给我国对外贸易形势带来新的变化。中国光伏产业未来也会面临一个新的阶段，以531为界，从拼规模、拼速度转变为拼质量、拼效益。



Boris Farnung介绍了德国农业光伏项目的经验。根据弗劳恩霍夫的研究显示，遮荫对于耐阴作物有一定的积极作用，在阴影下可以达到更好的光合有效辐射。通过光伏农业解决方案APV——一种系统技术，可使农业和太阳能发电这两种生产系统寻求最佳利用的协同效应，并增加产能。







Joshua Stein介绍了桑迪亚实验室对于颠覆性光伏技术新机遇的研究。同时，他鼓励所有的研究人员可以跳出传统思维，思考如何提高光伏的使用价值，不只是削减成本，光伏不同于普通的行业商品，应该发挥的独特的价值。




来自NREL的首席科学家 Manajit Sengupta带来了题为《太阳能测量与建模研究进展》的报告。总的紫外线辐照度可以在两个谱段内进行建模，这些建模的数据可以在特定的大气条件下表征，并通过特定的大气质量做总的紫外线和TS比例的建模。







王斯成为与会嘉宾介绍了方阵面辐照度的计算模型。计算辐射量及发电量都需要用到方阵面辐照度，此外，光伏系统的优化设计，如蓄电池的容量设计、光伏逆变器的容量比、功率比也都要用到光伏辐照度的日分布。



德国弗劳恩霍夫太阳能研究所Elke Lorenz博士：实时光伏功率预报对于光伏并网非常重要，特别是对于分布式光伏发电站。通过新的解决方案——PV Live光伏实时，可以对光伏功率进行扩展化，来对光伏辐照度的数据进行收集和验证，我们整合了光伏测量和地面测量的辐照度，最终的目的就是把光伏功率进行精准化和提升。







北控清洁能源集团有限公司技术及研发部副总经理沈聪：在今后的能源供给当中，微电网、微电网集群包括供电方式会越来越普及，大电网会逐步地退后到后补电源的方式，这种方式下虚拟电厂，包括云端的调度重视、AI的计算、技术挖掘等一系列的关键技术都会在EMS系统当中形成一个非常关键的领域。



Solargis总经理Marcel suri：在计算反照率的时候采取白空反照率，是更实际的一种方式，这是基于全球总水平、总辐射来计算白空反照率，反照率和光伏组件产生的电量是有关系的，反照率会对光伏组件的总辐射度产生很大的影响。经过调整验证的全球反照率数据库是需要为光伏仿真所用的，Solargis即将推出一个空间精度为1公里且没有断电的数据库，包含2006年—2015年的平均值数据。 







西北勘测设计研究院有限公司新能源工程院资源与总图所所长惠星：在风速一定时，不同风向对光伏组件温度分布影响效果明显，当光伏组件正面，即玻璃面为迎风侧时，组件自身散热较好；当风向一定时，风速越大越有利于光伏组件与空气之间的对流换热，散热效果也越明显。通过建立不同阵列数的光伏组件数值模拟模型，其结果表明列与列之间的光伏组件存在相互影响，因此，建议在南北侧在占地面积允许的可能下，尽可能增加光伏组件列与列之间的距离，提高光伏阵列整体散热性。



水电水利规划设计总院新能源部王烁：自推动领跑基地以来，组件年转换效率提升值由每年0.5个百分点左右提升至每年1个百分点左右。单多晶市场占比持续调整。应用基地中单晶产品规模占比约85%、技术基地均采用单晶产品。第三批领跑者10个应用基地在6月30日前陆续开工，目前白城基地、泗洪基地已实现部分容量并网，其余各基地建设工作也在有序进行中。







TUV莱茵（上海）有限公司光伏技术服务研发部高级项目工程师高祺：双面光伏组件的功率标签十分必要，现有理论已足够定义双面测试标准状况。双面标准测试条件（BSTC）的制定基于IEC 60904-1-2 CDTS和IEC 60904-3。BSTC只是一个测试条件，不能应用于发电量预测。基于IEC 61853的功率标定标准可被拓展到双面光伏组件中。



河海大学机电工程学院副院长白建波：所谓系统级能量流的建模，无非是要建立一个系统级的光伏电站的模型。未来我们想做基于WEB接口的Interface的平台，因为现在很多光伏行业的软件还是客户浏览器的模式，未来软件发展肯定是基于WEB化的趋势，这将是一个大的潮流趋势。







王士涛带来了题为《人工智能太阳能跟踪系统模型方法》主题演讲。传统的追踪器算法为标准的回溯法，只使用本地GPS的位置来获取太阳的位置，但对于人工智能解决方案来说，每一个追踪器都有一个控制方法，同时获取温度、辐射度等信息，从而使光伏系统获得更多的发电量。 




桑迪亚国家实验室研究员Bruce King：微分方法是有效的量化非常规入射角的表征和响应，特别是对于涂了抗反射涂层的产品。对于表现较好的组件，它可以展示出最小的微分响应。在较低的入射角上有最小的微分响应，在最高的入射角有最高值，对表现较差的组件，在较低的入射角下，可以表征出在倾斜角上有一定的反映。对不同的抗反射涂层的组件，也可以用微分分析法去表征它的有效性。







First Solar工程师 Stephen Kaplan：在PLANTPREDICT里，我们有两大主要的数据，第一个是我们手动的调整一些关键的单二级管参数，比如叠片组件等。另外一个工具就是自动的串联电阻的优化，那么它就可以对于系统的电阻进行一定的修改，能够获得理想的数据，他们会自动地选择串联电阻，希望这个结果能和理想的数据比较接近。



阿特斯集团系统技术中心经理尉元杰：3个仿真途径NREL、PVsyst、CASSYS，在考虑到感应器的类型、高度、感应器的位置这些因素来讲，相对来讲比较保守；对较低的反照率情况下，光伏组件背面的仿真，对能量产出的影响并不是很敏感，我们未来的工作首先会建立更精确的辐照度感应测试系统，可以考虑到感应器更合理的高度和位置，可能和现在的做法更接近的位置，也可能是其他的位置，另外对于光伏组件背面辐照度的仿真，我们需要考虑到单向或者是双向的途径。




德国弗劳恩霍夫太阳能研究所研究员Jefferson Bor：双面系统会有更高的发电量，发电模型可以有贴近单面模型的准确率，均方根值低于7%，平均偏差 ±4%。有人解读说双面组件背后可以提高10%的发电量，这需要去要了解它的边际条件才可以下结论。根据很多过往的模型经验，要把系统发电量提高10%的双面系统是有难度的。



隆基乐叶产品中心研发经理朱强忠：我们认为双面组件可以产生更多的清洁能源，但是在系统设置的时候要考虑更多的因素，如安装高度、纬度，还要考虑遮挡带来的影响。此外，我们推荐没有遮挡的支架，不引进额外的遮挡。




中来研发院院长韩利生：双面光伏发电的技术的发展前景是值得期待的，中国做领跑者基地项目上双面组件的比例是越来越高，系统设计优劣会影响背面增益从5%—30%变化。人工神经网络模型用于双面组件系统设计是一个有益的尝试。



丰田汽车技术研究所Kenji Araki：在日本至少有20家汽车制造商已经应用了车载的光伏系统，另外一个非常规的光伏应用就是光伏建筑一体化，所以我们需要应对很多新的挑战，比如如何预测车载光伏系统的光谱范围，此外，车载光伏系统有三维曲面的组件表面，要克服这样的挑战。对于移动的汽车，我们需要去预测光线的来源，就是太阳辐射的角度，需要去规避不必要的、不想要光线方向的来源，还有部分遮荫造成的损失，这也是一个挑战。




暨南大学新能源技术研究院院长麦耀华博士：光伏产业在过去10多年时间里飞速发展，平价上网即将实现；钙钛矿太阳电池具有高转换效率和潜在低成本等优势；很多企业和机构开始了中试研究；稳定性、可靠性和大面积组件制备仍是关键技术挑战；暨南大学新能源技术研究院进行了大量研究，中试开发正在开展中。



上海安轩自动化科技有限公司总经理王军：灰尘如果积累在光伏组件上，正常情况下温度会提升2摄氏度，功率减少0.6%左右，长期积累的话，不单单是温度的影响，还会有热斑的影响。安轩一直在提倡光伏电站的后期无人职守或者是少人职守的运维平台，尽量地在中国乃至国外、全球的机器换人的大时代来临的时候，去保障光伏电站能发更多电，更加安全，通过智能化的手段，包括平台或者机器人，综合来保证电站的发电量。







塞浦路斯大学光伏技术实验室博士后研究员Marios Theristis：为了提高光伏系统的工作时间而且减少运维成本，需要有一些先进的监测算法，可以测量出故障并预测发电量，除此之外，能够获得更好的运维效果，我们关注一个最重要的点就是监测数据的质量和完整性。   




北京动力协合科技有限公司首席数据科学家赵莹莹：我们提出了一套有效并且很稳健的FDD解决方案，并且在装机容量超过5兆瓦的光伏系统上面进行了验证，形成了一系列的科研论文。未来得工作主要是两个方面，一个是故障检测，如何进行更准确的故障定位。第二就是在山区或者是多灰尘的地区，量化灰尘损失问题。



SMA中国技术销售经理陈健博士：储能的分类主要在电网侧以及用户侧，市场上的电网侧的项目基本上占到整体的70%左右，而用户侧占到30%。SMA提供这两个大类的所有储能的解决方案以及相应的工程整体技术解决的能力。SMA目前在整体的大型储能领域已经有超过1GW的装机量。随着整个储能市场成本的下降，我们可以看到在不远的未来，光伏加储能的清洁能源能够完全替代用柴油机这种化石燃料作为基础电源的应用情景。




上海交通大学沈文忠教授：东部地区更多的应用场景是分布式屋顶，不适合双面电池的应用，跟踪系统在屋顶上应用非常困难，组件现在每瓦不到两块钱，跟踪系统每瓦超过五毛，所以我们希望找到更廉价的解决方案。能不能造一种组件电池，对入设角度依赖性小，只要跟踪就可以了，又有比较好的性能同时兼顾低廉的价格，适合工业化的需求，这是我们这几年在探索的路。




阳光电源电力电子研究所电气工程师张元泽：最近由于计算能力的提高，主要是由于模拟系统的元件和电力电子装置的可用性，所以半仿真模拟就出现了。市场上主要有几大公司提供了模拟器，阳光电源为这些公司做了半仿真模拟的供应商。HiL半仿真模拟可以使工程师进行一些测试，而这些测试并不会对实体的工厂和人造成伤害，这样就可以提高运行安全性。另外对IEEE的标准，我们有这样一个标准叫P1547.1，它为我们提供分布式能源的存储相关的界面，对于半仿真模拟的测试，现在我们正在进行讨论中，希望把它纳入下一版本的标准中去。




桑迪亚国家实验室资深技术员James Hartley：我们的目标是想让有限元分析建模应用到光伏组件当中，扩大它的应用范围，然后去对组件和电池的设计做评估，还可以对环境影响做分析，同时还可以做加速应力测试，对加速应力测试协议做评估。所以我们的目标是让有限元建模作为一个预测性的工具，来看哪些物理现象影响了组件全生命周期的表现。



中山大学太阳能研究院光伏组件研究室主任董娴：在组件的加速老化试验中引入合适的环境应力加速模型，可以更精确的模拟实际环境条件，从而利用加速试验分析组件的长期可靠性预估组件的使用寿命。真实环境下，影响组件失效的环境应力不同，组件出现失效的时间不同。