Performance Ratio станции: как посчитать и что считается нормой
Performance Ratio (PR), или коэффициент производительности, — это фактическая выработка станции, делённая на произведение инсоляции в плоскости панелей и мощности станции. Он показывает, какая доля света, упавшего на панели, дошла до счётчика после всех потерь. Для исправной станции за год нормален коридор 0,75–0,85. Значение ниже 0,7 — повод искать причину, выше 0,9 — повод перепроверить исходные данные. Главная сложность не в формуле, а в том, откуда взять инсоляцию и не была ли станция ограничена по мощности.
Формула и пример
PR = E ÷ (H × P), где E — выработка за период в кВт·ч, H — инсоляция в плоскости панелей за тот же период в кВт·ч/м², P — суммарная паспортная мощность панелей в кВт.
Единицы сходятся потому, что паспортная мощность определена при потоке 1 кВт/м²: инсоляция в кВт·ч/м² численно равна часам работы на полной мощности. Что это за часы, разобрано в уроке о пиковых солнце-часах и инсоляции.
Пример. Станция 10 кВт под Минском, панели под 39° на юг. За год счётчик выработки показал 9 800 кВт·ч. Инсоляция в плоскости за этот год — 1 248 кВт·ч/м². PR = 9 800 ÷ (1 248 × 10) = 9 800 ÷ 12 480 ≈ 0,785. Станция в норме.
То же можно записать через удельные величины: удельная выработка 980 кВт·ч/кВт, делённая на 1 248 пиковых солнце-часов.
PR и удельная выработка — разные вещи
Удельная выработка (кВт·ч с киловатта) зависит от места, погоды и ориентации. PR от них почти не зависит: он показывает качество самой станции. Сравните расчёт PVGIS для четырёх городов при одинаковых потерях:
| Город | Инсоляция в плоскости, кВт·ч/м² | Удельная выработка, кВт·ч/кВт | PR |
|---|---|---|---|
| Гомель | 1 323 | 1 066 | 0,81 |
| Брест | 1 305 | 1 047 | 0,80 |
| Минск | 1 248 | 1 012 | 0,81 |
| Полоцк | 1 196 | 951 | 0,79 |
Выработка различается на 12 %, PR — на два процента. Если станция в Полоцке даёт меньше гомельской, это не значит, что она хуже построена. А вот если две станции в одном посёлке имеют PR 0,82 и 0,68 — вторую нужно проверять.
Откуда взять инсоляцию
| Источник | Точность | Для чего годится |
|---|---|---|
| Датчик в плоскости панелей: пиранометр или эталонная ячейка | лучшая, если датчик чистый и поверенный | коммерческие станции, приёмка, гарантийные споры |
| Спутниковые данные за конкретный год и месяц | несколько процентов за год, заметно хуже за отдельный месяц и зимой | годовой PR прошедших лет |
| Среднемноголетняя инсоляция | в результат попадает отклонение погоды: около 5 % за год, десятки процентов за месяц | грубая проверка «станция жива» |
Для дома доступны второй и третий варианты, оба — через PVGIS. Инструмент помесячных данных показывает инсоляцию по каждому месяцу каждого года из базы для заданного наклона; для ската, повёрнутого от юга, придётся выгружать почасовые данные и суммировать их в таблице. Ограничений два. База обновляется с отставанием в несколько лет, поэтому для текущего года данных нет. И спутник ошибается при снежном покрове, так что зимние месяцы наименее надёжны. Как работать с сервисом — в уроке про PVGIS и другие инструменты.
Отсюда правило точности: PR, посчитанный по спутниковым или средним данным, имеет погрешность порядка пяти процентов. Он уверенно покажет станцию с PR 0,6, но не годится для спора о том, 0,80 у вас или 0,82.
Из чего складывается норма
Коридор 0,75–0,85 — произведение множества небольших потерь. Примерный состав для станции в Беларуси:
| Потеря | Величина | Множитель в примере |
|---|---|---|
| Нагрев ячеек и работа при слабом свете | 3–6 % | 0,96 |
| Отражение при косом падении лучей | 2,5–3,5 % | 0,97 |
| Загрязнение | 1–3 % | 0,98 |
| Снег | 1–3 % | 0,98 |
| Разброс параметров панелей | 1–2 % | 0,985 |
| Кабели постоянного тока | 1–1,5 % | 0,985 |
| Инвертор | 2–3 % | 0,975 |
| Кабели переменного тока | 0,5–1 % | 0,99 |
| Начальная и возрастная деградация | 1–3 % | 0,98 |
Перемножаем: 0,96 × 0,97 × 0,98 × 0,98 × 0,985 × 0,985 × 0,975 × 0,99 × 0,98 ≈ 0,82. Тени, простои и ограничение мощности в эту таблицу не входят — они и отличают проблемную станцию от нормальной.
Модель PVGIS с системными потерями 14 % даёт для Минска 1 012 ÷ 1 248 = 0,81. Для панелей на кровле с плохим проветриванием та же модель даёт 978 кВт·ч/кВт и PR 0,78: ячейки горячее, температурные потери растут с 4,4 до 7,6 %.
Почему зимой PR выше, чем летом
Главная сезонная потеря — температурная. Мощность кремниевой панели падает примерно на 0,3 % на каждый градус нагрева ячеек выше 25 °C; точный коэффициент указан в паспорте. Летом ячейки на солнце нагреты до 55 °C: потеря (55 − 25) × 0,3 = 9 %. Зимой при температуре ячеек 0 °C панель, наоборот, выдаёт на (25 − 0) × 0,3 = 7,5 % больше паспорта. Подробно — в статье о температуре и выработке.
Поэтому модельный PR для Минска меняется от 0,78 в июне — августе до 0,85 в марте и 0,90 в январе. На реальной станции к этому добавляется снег: панели закрыты, выработка нулевая, а спутник видит солнечный день. Январский PR 0,5 при заснеженных панелях — не неисправность. Самые показательные месяцы для оценки станции — с апреля по сентябрь.
Порядок расчёта для своей станции
- Мощность. Сложите паспортные мощности панелей. Мощность инвертора в формулу не входит.
- Выработка. Возьмите её за период со счётчика выработки или из мониторинга инвертора — на стороне переменного тока.
- Ограничения. Убедитесь, что в этот период станцию ничто не сдерживало: нулевая отдача при малой нагрузке, полная батарея, отключения сети, перенапряжение.
- Инсоляция. Получите её в плоскости своих панелей за тот же период.
- Расчёт. Посчитайте PR за год и по месяцам, сравните с коридором и с прошлым годом.
- Разбор. Если PR низкий — идите по чек-листу из урока почему упала выработка.
Как выглядит помесячный разбор — на условном примере станции 10 кВт:
| Месяц | Инсоляция, кВт·ч/м² | Выработка, кВт·ч | PR | Вывод |
|---|---|---|---|---|
| Январь | 30 | 150 | 0,50 | снег на панелях, не неисправность |
| Март | 105 | 905 | 0,86 | норма для прохладного месяца |
| Июнь | 178 | 1 390 | 0,78 | норма |
| Июль | 160 | 1 010 | 0,63 | искать причину |
Июльский PR упал на 19 % относительно июньского. Ровно столько даёт, например, один из двух стрингов, не работавший 12 дней из 31: 0,5 × 12 ÷ 31 ≈ 0,19. Журнал инвертора за июль покажет, так ли это.
Почему нельзя сравнивать PR разных станций в лоб
- Нулевая отдача в сеть. Главная особенность домашних станций в Беларуси. Если излишки отдавать некуда, инвертор снижает мощность, и выработка по счётчику отражает потребление дома, а не возможности панелей. Станция 10 кВт могла бы дать 10 120 кВт·ч, дом принял 5 500 — формула даст 5 500 ÷ 12 480 = 0,44 при полностью исправном оборудовании. Как работает ограничение — в статье о нулевой отдаче.
- Соотношение мощности панелей и инвертора. Если панелей заметно больше, чем мощность инвертора, в ясные дни он срезает вершину, и PR ниже. Это проектное решение, а не дефект: см. урок о DC/AC-ratio.
- Разные источники инсоляции. Датчик и спутник расходятся на проценты.
- Условия охлаждения. Наземная конструкция и кровля без продуха различаются на три процента при одинаковом качестве.
- Двусторонние панели. Инсоляцию берут для лицевой стороны, а работает и тыльная — PR завышается.
- Точка измерения. Выход инвертора и счётчик после длинной линии дают разные числа.
- Возраст. Панели теряют доли процента мощности в год; через десять лет PR ниже на 4–5 %, и это нормально.
Для станции с нулевой отдачей вместо годового PR делают мгновенную проверку. В ясный полдень включите нагрузку, чтобы инвертор ничего не ограничивал, и сравните его мощность с ожидаемой. Станция 10 кВт, поток в плоскости около 900 Вт/м², ячейки 55 °C, прочие потери 7 %: 10 × 0,9 × (1 − 0,09) × 0,93 ≈ 7,6 кВт. Если инвертор показывает 7,3–7,8 кВт — всё в порядке, если 5 кВт — ищите причину.
Типичные ошибки
- Подставить в формулу инсоляцию на горизонталь вместо инсоляции в плоскости панелей.
- Взять мощность инвертора вместо мощности панелей.
- Считать PR за месяц по среднемноголетней инсоляции и пугаться результата в пасмурный месяц.
- Судить об исправности по PR станции, которая полгода работала с ограничением отдачи.
- Сравнивать свою удельную выработку с чужой и называть это PR.
- Делать выводы по зимним месяцам.
- Радоваться PR 0,95: почти наверняка занижена инсоляция или мощность.
Частые вопросы
Какой PR закладывать в проект?
Для первой оценки — 0,80. В расчёте для банка или инвестора потери расписывают по строкам, а к результату добавляют оценку неопределённости; об этом урок о P50 и P90.
Можно ли записать PR в договор с подрядчиком?
Можно, если в том же договоре записано, каким датчиком и где измеряется инсоляция, за какой период считается PR и какие простои исключаются. Без этого цифра ни к чему не обязывает.
PR за год упал с 0,81 до 0,78. Это проблема?
В пределах точности метода — нет. Проверьте, не было ли простоев и ограничений, и сравните летние месяцы год к году. Как читать годовые цифры, рассказано в уроке про годовой отчёт выработки.
Мониторинг инвертора сам показывает PR?
Некоторые системы показывают, но без датчика освещённости на объекте они берут расчётную инсоляцию, и точность у такого числа та же, что у расчёта вручную.
Урок модуля «Расчёт и проектирование». Следующий шаг — вероятностная оценка: что такое P50 и P90 и зачем они банку.