2.6　光伏发电出力特性

光伏发电的出力特性分析主要分为晴空条件和非晴空条件。其中，晴空条件下，光伏发电的出力表现出较强的规律性，且主要随太阳高度角的变化而变化；而在非晴空条件下，光伏发电的出力特性则相对复杂，天气现象的交替可导致较强的出力随机性。本节通过实际案例的分析，对以上特征进行逐一分析。

2.6.1　晴空出力特征

光伏发电出力具有非常典型的晴空出力特征，其日变化的特点主要由光伏电站所在纬度的太阳高度角的日内变化所决定。

1.组件温度的影响

根据《光伏器件第1部分：光伏电流—电压特性的测量》（GB/T 6495.1—2006）和《地面用薄膜光伏组件设计鉴定和定型》（GB/T 18911—2002/IEC 61646：2008）测试标准，太阳能电池转化效率的测试条件一般特指1000W/m2、AM1.5、25℃条件下的电池输出能力。

自然条件下，照射太阳能电池板的入射短波辐射始终存在变化，电池板的组件温度也由于所处地域的自然条件而发生变化，由此衍生出晴空出力的“双峰”等特殊的出力形态。

晴空条件下，临近午间时刻地表入射短波辐射稳步增加，出力增大。同时，地表环境温度升高，可造成光伏组件温度显著高于实验室的标定值，进而导致光伏电站输出在光照条件充沛时无法达到额定满发值，甚至低于较低辐射通量条件下的输出值。

如图2－23所示为温度对光伏发电典型出力的影响。当日11：30至16：00间，电站出力呈现“鞍”形特点，其原因即在于午间环境温度和太阳短波辐射的增强，使得光伏组件温度显著偏高，造成太阳辐射能的利用效率降低。此外，当大气层结稳定时，上述现象则可能由于近地面层温度等气象要素的变化速率缓慢而持续较长时间。

2.出力特征

目前，主流光伏电池的吸收波长介于400～1100nm范围内，大致与太阳短波辐射的可见光波段相符。晴空条件下的出力日变化的峰值受纬度、高度角、方位角等因素影响。

在光伏电站运行状态及组件温度无显著波动的前提下，光伏发电的晴空出力形态呈现相对平滑的抛物形，晴空条件下光伏发电出力变化如图2－24所示。

此外，光伏发电也受日照时数、日照强度的季节变化影响，具体表现为电站出力的起止时间和峰值的季节性变化。其中，冬半年的日照时间较短，地表入射短波辐射较夏季低，因此晴空条件下的光伏出力曲线呈整体减弱的态势。

2.6.2　非晴空出力特征

在光伏发电预测技术研究中，非晴空条件一般指降水、轻雾、沙尘、降雪以及多云等复杂天气条件。由大气辐射原理可知，可见光波段的太阳辐射能由大气成分、云层、水汽等因素的影响。复杂天气现象将影响地表太阳辐射的波动特征、间歇特征，因而导致光伏发电特性变得复杂。

1.影响因素

（1）大气成分的显著变化。通常情况下，大风扬尘、沙尘暴等天气事件会显著影响区域大气透明度的时空分布，其中折射、漫散射效应将大幅削减地表入射短波辐射，造成光伏电站的出力特性显著区别于晴空条件。

（2）多云及降雨过程。当光伏电站所处区域的天空云量增加时，云层厚度、云底高度和云类的变化将导致大气折射、吸收、散射效应趋于复杂，进而导致光伏发电出力快速波动等情况。

（3）降雪过程。降雪过程与其他天气现象的差异之处在于，组件表面的遮蔽物可长时间停留，使得光照情况良好的情况下光伏电站的出力接近零值。

2.出力特征

大气中各类天气现象的持续时间不同，其对太阳辐射的影响可粗略地由可见光衡量。一般情况下，可观光越弱，视距越短，则太阳总辐射值越低。不同天气现象对太阳辐射的衰减效应不同，因而直接导致了非晴空条件下光伏发电出力特性的复杂性。对于光伏发电功率预测而言，这类情况则是影响预测模型鲁棒性的主要因素。

对于多云及降雨过程，则受天气现象持续时间、直接辐射遮挡等因素影响，光伏发电出力的变化特性呈现出多元化的趋势。某光伏电站（30MWp）2012年2月7日至10日历史功率如图2－25所示，光伏发电的出力日变化呈现出随机特征，其演变特征的预测具有极大难度。