Au cours du cycle de vie d'une centrale photovoltaïque, le rendement des modules et les performances des composants électriques diminuent progressivement, entraînant une baisse de la production d'électricité d'année en année. À ces facteurs de vieillissement naturel s'ajoutent des problèmes de qualité des modules et des onduleurs, la disposition des lignes, la poussière, les pertes série et parallèle, les pertes dans les câbles, et bien d'autres facteurs.
Dans le modèle financier général d'une centrale photovoltaïque, la production d'électricité du système diminue d'environ 5% en trois ans, et la production d'électricité diminue à 80% après 20 ans.
Comment calculer la production d'énergie d'une centrale photovoltaïque ?
Production annuelle théorique d'énergie = rayonnement solaire moyen annuel total * surface totale des cellules * rendement de conversion photoélectrique. Pour diverses raisons, la production réelle d'énergie d'une centrale photovoltaïque est la suivante : production annuelle réelle = production annuelle théorique * rendement réel de production.
Dix principaux facteurs affectant la quantité d’énergie photovoltaïque produite :
01 Quantité de rayonnement solaire
Le module de cellule solaire est un dispositif qui convertit l'énergie solaire en énergie électrique, et l'intensité du rayonnement lumineux affecte directement la capacité de production d'énergie.
Avec un certain rendement de conversion des modules de cellules solaires, la production d'électricité des systèmes photovoltaïques est déterminée par l'intensité du rayonnement solaire. Le rendement d'un système photovoltaïque pour l'utilisation de l'énergie solaire est d'environ 10% (rendement des cellules solaires, pertes combinées des modules, pertes dues à la poussière, pertes de l'onduleur de commande, pertes en ligne, rendement de la batterie). La production d'électricité d'une centrale photovoltaïque est directement liée à la quantité de rayonnement solaire, dont l'intensité et les caractéristiques spectrales varient en fonction des conditions météorologiques. Les données sur le rayonnement solaire de chaque région peuvent être obtenues via des sites web de recherche d'informations météorologiques ou à l'aide d'un logiciel de conception photovoltaïque.
02 Angle d'inclinaison des modules photovoltaïques
Les informations obtenues par la station météorologique, généralement le rayonnement solaire sur le plan horizontal, sont converties en rayonnement sur la surface inclinée du panneau photovoltaïque afin de calculer la production d'électricité du système. L'angle d'inclinaison optimal dépend de la latitude du site du projet. Les valeurs empiriques approximatives sont les suivantes :
A, latitude 0 ° ~ 25 °, angle d'inclinaison égal à la latitude
B, latitude 26° à 40°, angle d'inclinaison égal à la latitude plus 5° à 10°
C, latitude 41 ° ~ 55 °, angle d'inclinaison égal à la latitude plus 10 ° ~ 15 °
03 Efficacité du module PV
Le silicium étant le matériau principal des cellules solaires photovoltaïques, son taux de conversion constitue un frein important au développement de l'ensemble du secteur.
La limite théorique classique du taux de conversion du silicium est de 29%. Le record établi en laboratoire est de 25%, et cette technologie est en cours d'introduction dans l'industrie. Le laboratoire a pu raffiner du silicium de haute pureté directement à partir de la silice, sans avoir à le convertir en silicium métal, puis à le raffiner. Cela réduit le nombre d'étapes intermédiaires et améliore l'efficacité.
04 Méthode de connexion
Lorsque les connexions en série entraînent des pertes de courant dues aux différences de courants des composants ;
Lorsque les connexions parallèles entraînent des pertes de tension dues aux différences de tension des composants ;
La perte combinée peut atteindre plus de 8%, et la norme de l'Association chinoise de normalisation de la construction et de l'ingénierie stipule moins de 10%.
Mesures:
1. Pour éviter les pertes de combinaison, les composants à courant constant doivent être strictement sélectionnés pour la connexion en série avant l'installation de la centrale électrique.
2. L'atténuation des composants est maintenue aussi constante que possible. Conformément à la norme nationale GB/T-9535, la puissance de sortie maximale des modules solaires ne doit pas être atténuée de plus de 8% lors des essais dans des conditions spécifiques.
3. Des diodes d’isolement sont parfois nécessaires.
05 Perte de poussière
La poussière est un facteur clé affectant la production d'électricité d'une centrale photovoltaïque. Les pertes dues à la poussière peuvent atteindre 6% !
La poussière affecte la production d'énergie et la dissipation thermique en bloquant la lumière atteignant le module, ce qui affecte le rendement de conversion. La poussière acide et alcaline se dépose durablement à la surface du module, érodant la surface de la plaque et la rendant rugueuse. Elle s'accumule alors davantage et augmente la réflexion diffuse de la lumière solaire. Par conséquent, les modules doivent être nettoyés régulièrement.
06 Caractéristiques de température
Lorsque la température augmente de 1 °C, la puissance de sortie maximale des cellules solaires en silicium cristallin diminue de 0,041 TP3T, la tension à vide diminue de 0,041 TP3T (-2 mV/°C) et le courant de court-circuit augmente de 0,041 TP3T. Pour éviter l'effet de la température sur la production d'électricité, il est nécessaire de bien ventiler les modules.
07 Ombrage, ombrage de neige
Dans une centrale photovoltaïque décentralisée, il est nécessaire d'éviter les grands immeubles environnants. Selon le principe du circuit, lorsque les composants sont connectés en série, le courant est déterminé par le plus petit élément. La présence d'une ombre affectera le rendement de production d'électricité des composants connectés. De même, la neige recouvrant les composants affectera également la production d'électricité ; il est donc nécessaire de la dégager à temps.
08 Pertes de ligne et de transformateur
Les pertes de ligne des circuits CC et CA du système doivent être contrôlées dans les limites de la norme 5%. Lors de la conception, il est nécessaire d'utiliser des conducteurs présentant une bonne conductivité et un diamètre suffisant, et de veiller particulièrement à la sécurité des connecteurs et des borniers lors des opérations de maintenance.
09Contrôleur, efficacité de l'onduleur
Les onduleurs fonctionnent grâce à des inductances, des transformateurs et des composants de puissance tels que des IGBT et des MOSFET, générant ainsi des pertes. Le rendement général des onduleurs de chaîne est de 97-98%, celui des onduleurs centralisés de 98% et celui des transformateurs de 99%. La chute de tension du circuit de charge et de décharge du contrôleur ne doit pas dépasser 5% de la tension du système. Le rendement des onduleurs raccordés au réseau est actuellement supérieur à 95%.
10 efficacité de la batterie (système autonome)
Le système photovoltaïque indépendant nécessite l'utilisation de batteries, l'efficacité de charge et de décharge de la batterie affecte directement l'efficacité du système, c'est-à-dire l'impact de la production d'énergie du système indépendant, l'efficacité de la batterie au plomb-acide de 80% ; l'efficacité de la batterie au lithium fer phosphate de plus de 90%.
À capacité égale, la production d'électricité d'une centrale photovoltaïque varie. Il existe de nombreuses façons d'augmenter efficacement la production d'électricité d'une installation photovoltaïque et ainsi d'accroître les revenus, en fonction des facteurs qui influencent la production d'électricité.
01 Réduire la perte de module
Le module photovoltaïque est le facteur le plus important influençant la production d'électricité. Plus son taux de conversion est élevé, meilleur est son rendement. Théoriquement, l'angle d'installation correspond généralement à la latitude locale plus 5 degrés, et est généralement légèrement à l'ouest du sud, mais la situation réelle doit être calculée. Les modules photovoltaïques présentent généralement trois coefficients de température : la tension à vide, la puissance de crête et le courant de court-circuit. Lorsque la température augmente, la puissance de sortie du module photovoltaïque diminue. Le coefficient de température de crête du module photovoltaïque est d'environ -0,351 TP3T/°C. Autrement dit, plus la température augmente, plus la production d'électricité du module photovoltaïque diminue. En théorie, pour chaque degré d'augmentation de température, la production d'électricité diminue d'environ 0,351 TP3T.
(1) Conception visant à éviter autant que possible. Lors de la conception de la centrale électrique, il convient d'éviter les zones susceptibles de produire de l'ombre. Lorsque les composants sont connectés en série, le courant est déterminé par le plus petit élément. Si un composant est ombragé, cela affectera la production d'énergie de ce type de composants.
(2) Assurer la ventilation des composants. En général, lors de la conception d'une centrale photovoltaïque, le support est surélevé afin de garantir que les composants avant et arrière, à gauche et à droite, disposent d'un espace suffisant pour assurer la circulation de l'air et le refroidissement. Outre le cadre métallique entourant les composants, il joue également un rôle dans la dissipation thermique.
(3) Nettoyage rapide des débris. Assurez-vous que la face avant du module photovoltaïque est exempte de saleté, comme l'accumulation de débris, et nettoyez-la rapidement.
(4) Inspection et nettoyage réguliers. La présence de cendres en surface et d'autres conditions peuvent bloquer la lumière, réduire le rendement du module et affecter directement la production d'énergie. Parallèlement, cela peut également provoquer un effet de « point chaud » sur le module, entraînant son endommagement.
02 Faites attention à l'environnement d'installation de l'onduleur
Bien que l'onduleur soit équipé d'un dissipateur thermique et d'un ventilateur pour faciliter la dissipation de la chaleur, une ventilation adéquate doit être assurée lors de l'installation afin d'éviter tout fonctionnement à haute température. Un fonctionnement à température ambiante améliore non seulement considérablement sa durée de vie, mais aussi son rendement de conversion et sa production d'électricité. À l'inverse, une température élevée prolongée accélère le vieillissement des composants électroniques.
(1) L'emplacement d'installation de l'onduleur doit être le plus éloigné possible de la lumière directe du soleil. S'il est installé à l'extérieur, il est préférable de l'installer sous l'avant-toit, à l'arrière du panneau solaire, ou sous le panneau solaire, l'avant-toit ou le panneau solaire devant bloquer le haut de l'onduleur. S'il ne peut être installé qu'en extérieur, il est recommandé d'ajouter un pare-soleil et un abri contre la pluie au-dessus de l'onduleur.
(2) L'installation d'un seul onduleur et l'installation de plusieurs onduleurs doivent respecter la taille de l'espace d'installation indiquée dans le manuel d'installation afin de garantir que l'onduleur dispose d'un espace suffisant pour la ventilation et la dissipation de la chaleur et d'un espace de fonctionnement pour un fonctionnement et une maintenance ultérieurs.
(3) Pendant le fonctionnement et l'entretien de la centrale électrique, assurez-vous que les ventilateurs de refroidissement fonctionnent bien, que les pales du ventilateur ne sont pas endommagées, qu'il n'y a pas d'accumulation de poussière et que les roulements sont bien lubrifiés.
03 La conception des cordes doit être raisonnable
Le rendement de conversion de l'onduleur détermine la capacité à convertir le courant continu du module en courant alternatif du réseau. En théorie, plus la tension de fonctionnement réelle de l'onduleur est proche de sa tension nominale, plus le rendement de conversion est élevé et meilleur est le rendement de production d'électricité.
Relation entre la tension de fonctionnement nominale de l'onduleur et le type de réseau CA auquel il est connecté :
Quantité V ≈ 1,414 × Vac + 25V 230V connecté au réseau, la tension nominale est généralement de 360V ; 400V connecté au réseau, la tension nominale est généralement de 580V ; 480V connecté au réseau, la tension nominale est généralement de 700V.
04 Réduire les pertes du système
(1) tension de fonctionnement de la série de composants aussi proche que possible de la tension de fonctionnement nominale de l'onduleur, efficacité la plus élevée, les pertes de l'onduleur sont faibles ;
(2) La borne CC configurée sur l'onduleur n'a pas besoin d'être connectée au maximum, et le nombre de chaînes connectées est réduit autant que possible à condition que la tension de fonctionnement en série des composants soit adaptée, afin de réduire la perte CC ;
(3) Sélection raisonnable du diamètre du fil du câble CA et CC, l'emplacement d'installation de l'onduleur doit être modéré.
(4) Tenir compte de l'impact de la température sur les performances du câble. Plus la température est élevée, plus la résistivité du fil est élevée et plus les pertes sont importantes. Le câble doit donc être installé dans un endroit ventilé et propice à la dissipation thermique.
05 Maintenance courante d'une centrale photovoltaïque
Après le fonctionnement normal d'une centrale photovoltaïque, il est essentiel de vérifier régulièrement la production d'électricité. Le panneau solaire est l'élément le plus important de la centrale. Son environnement de fonctionnement influence sa production d'électricité. Il est donc essentiel d'entretenir les composants photovoltaïques avec soin. Les principales mesures à prendre quotidiennement sont : détecter les impuretés sur les panneaux solaires et les nettoyer à temps ; détecter les pannes et les remplacer à temps ; éviter les ombres sur les panneaux solaires, etc. Une surveillance en temps réel et une maintenance régulière sont nécessaires pour garantir une production d'électricité maximale.
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