常州佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司 ■ 陳東兵 李達(dá)新 時(shí)劍 潘曉雷 朱曉東 陳志強(qiáng)

一 引言

在光伏電站的設(shè)計(jì)計(jì)算及運(yùn)行中，組件表面積塵是影響系統(tǒng)效率、減少電站發(fā)電量的重要因素之一。表面積塵的直接影響是減少光伏組件所接收到的太陽(yáng)輻射能，其影響大小與積塵厚度有直接關(guān)系，即與空氣中的含塵量、降塵速率、時(shí)間長(zhǎng)短、空氣流動(dòng)等因素有關(guān)。我國(guó)各地的環(huán)境和氣候情況差別較大，同一地點(diǎn)不同季節(jié)的地表降塵情況不盡相同，對(duì)光伏電站的影響也不一樣。此外，光電場(chǎng)中的立桿，如光伏組件陣列中的避雷針、場(chǎng)地中既有的高壓輸電桿塔等也會(huì)影響光伏系統(tǒng)的效率。本文結(jié)合蚌埠2MW光伏電站的具體情況，針對(duì)組件表面積塵及立桿陰影對(duì)電站發(fā)電功率的影響進(jìn)行了測(cè)試分析，所得結(jié)論對(duì)其他光伏電站的設(shè)計(jì)計(jì)算及運(yùn)行維護(hù)也有一定的參考意義。

二 背景

1 光伏電站概況

安徽蚌埠2MW非晶硅太陽(yáng)能光伏示范電站(圖1)于2010年12月順利通過(guò)驗(yàn)收，并成功并網(wǎng)發(fā)電。該電站是目前我國(guó)華東地區(qū)容量最大的非晶硅薄膜光伏并網(wǎng)電站，也是安徽省最大的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。蚌埠2MW光伏電站坐落在市區(qū)東側(cè)龍子湖邊的曹山東麓，緊臨京滬鐵路客運(yùn)專線及合(肥)蚌(埠)高鐵，總占地面積約9萬(wàn)m2，場(chǎng)址原是一個(gè)垃圾填埋場(chǎng)。我國(guó)各大中城市都有不少垃圾填埋場(chǎng)等而無(wú)法利用的地塊，該電站的建成發(fā)電，對(duì)我國(guó)東部地區(qū)光伏電站建設(shè)及非晶硅薄膜光伏組件，都具有典型和示范意義。

圖1 蚌埠曹山2MW非晶薄膜光伏電站

光伏電站共安裝44Wp非晶硅薄膜組件45480塊，裝機(jī)總?cè)萘?.001MWp。設(shè)計(jì)采用固定傾角(21°)安裝、分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)方案，將系統(tǒng)分成8個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)、2個(gè)獨(dú)立的分系統(tǒng)，經(jīng)2臺(tái)0.4kV/10kV變壓器升壓，并入10kV交流電網(wǎng)。

2 發(fā)電系統(tǒng)線路原理

蚌埠2MW光伏電站組件的接線方式為：10塊組件串聯(lián)為一個(gè)組件串，工作電壓600V，總計(jì)有4548個(gè)組件串；4個(gè)組件串并聯(lián)為一路輸入?yún)R流箱；每個(gè)匯流箱的接線為6進(jìn)1出，共24個(gè)組件串、10.56kWp；24個(gè)匯流箱并聯(lián)輸入1臺(tái)直流配電柜，與1臺(tái)250kW并網(wǎng)逆變器組成1個(gè)光伏發(fā)電子系統(tǒng)。單個(gè)子系統(tǒng)的線路原理圖見(jiàn)圖2。

3 測(cè)試分析依據(jù)

從圖2可以看出，在逆變器運(yùn)行發(fā)電狀態(tài)下，其直流輸入的各防雷匯流箱中的全部組件串均處于并聯(lián)工作狀態(tài)，即工作電壓相等。在其他條件相同的情況下，其工作電流也應(yīng)相等，即發(fā)電功率相等。檢測(cè)不同條件下組件串的工作電流，如是否有表面積塵、是否有陰影遮擋等，即可測(cè)試分析相關(guān)因素對(duì)發(fā)電功率的影響。以下的測(cè)試分析即據(jù)此進(jìn)行。

三 光伏組件表面積塵對(duì)發(fā)電功率影響的測(cè)試與分析

1 測(cè)試條件

選取同一匯流箱中有表面積塵的組件串和表面清洗干凈的組件串進(jìn)行工作電流的對(duì)比測(cè)試，即可分析得出表面積塵對(duì)發(fā)電功率的影響。本測(cè)試選取前后排緊鄰的組串#2-10-1-1和#2-10-2-1進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。其中#2-10-2-1組串于2010年11月29日進(jìn)行了較徹底的清洗，而其后一排的#2-10-1-1組串則是在2010年11月9日進(jìn)行過(guò)清洗，其后由于沒(méi)有有效的降雨，表面積塵嚴(yán)重。圖3為測(cè)試組件串表面情況。

2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄

對(duì)比測(cè)試的組件串工作電流實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1?！癆串”為新清洗的#2-10-2-1，“B串”為未清洗#2-10-1-1。

圖3 新清洗的組件串#2-10-2-1與未清洗的組件串#2-10-1-1

表1 不同組件串工作電流實(shí)測(cè)記錄

3 結(jié)論與分析

從表1可以看出：20d的表面積塵使光伏組件串的工作電流減小約24%，即發(fā)電功率減少24%。表中第3組數(shù)據(jù)的影響結(jié)果較前兩組小，這是因?yàn)闇y(cè)試時(shí)間是在清洗后的第6天(2010年12月5日14:30)，所得結(jié)果為6d的積塵與26d的積塵的對(duì)比，總體差距減小。

四 光電場(chǎng)立桿陰影對(duì)發(fā)電功率影響的測(cè)試與分析

1測(cè)試條件

蚌埠2MW光伏電站的光電場(chǎng)中分散豎立著33根高約10m、直徑20cm的避雷針立桿，立桿北側(cè)的組件串不可避免地會(huì)受到陰影的影響，使發(fā)電功率降低，發(fā)電量減少。檢測(cè)同一逆變器輸入中有陰影和無(wú)陰影的兩個(gè)組件串的工作電流，即可分析出陰影的影響。本測(cè)試選取同一排中緊鄰的幾對(duì)組串進(jìn)行電流檢測(cè)對(duì)比，其中的桿北第一排距立桿約1m，第7排距立桿約15m。光伏組件的長(zhǎng)×寬為1245mm×635mm。立桿陰影遮擋情況見(jiàn)圖4。

2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄

圖4 光電場(chǎng)中的避雷針立桿及其陰影(2010年11月30日11:30)

有無(wú)陰影遮擋的組件串的工作電流實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)表2。其中有陰影的組件串中有2塊組件上有陰影，總長(zhǎng)度不到2m，桿北第7排上的陰影因距離較遠(yuǎn)而邊緣較模糊。

表2 不同光伏組件串的工作電流 (2010年12月3日15:10)

3 結(jié)論與分析

從表2可以看出，雖然桿北第1排組件串中10塊組件只有2塊上有陰影，且陰影寬度只有200mm，遮擋面積不足組串總面積7.9m2的5%，但已使組件串的工作電流減小17%以上，即發(fā)電功率損失17%以上；即使距立桿第7排的組件串，其發(fā)電功率也降低了12.5%。從測(cè)試數(shù)據(jù)還可以看出，遠(yuǎn)離產(chǎn)生陰影的擋光物體，可減少陰影對(duì)發(fā)電功率的影響。這是因?yàn)檎趽跷飳?duì)散射輻射的影響減小，并且光的衍射特性使陰影淡化，降低了陰影的影響。

蚌埠2MW光伏電站的光電場(chǎng)中共有各種立桿49根，在夏至、春(秋)分、冬至日的正午被陰影遮擋的組件串?dāng)?shù)及對(duì)發(fā)電功率的影響分析見(jiàn)表3。

表3 蚌埠2MW光伏電站塔桿陰影各季節(jié)影遮擋影響

表3分析的是正午時(shí)分的遮擋影響情況。由于下午時(shí)分陰影最短，遮擋最少，因此實(shí)際遮擋情況要遠(yuǎn)大于表3。參考春(秋)分的數(shù)據(jù)，陰影的遮擋將使全年發(fā)電量減少約0.5%。

五 結(jié)論

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果表明：20d的表面積塵使光伏組件串的發(fā)電功率減少24%，平均每天降低1.2%；遮擋面積不足光伏組件串面積5%的立桿陰影，使組件串的工作電流減小17%以上。