廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 ■ 董雙麗劉書強(qiáng) 林榮超 胡振球

光伏組件積塵遮擋損失測(cè)試方法探究

廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 ■ 董雙麗*劉書強(qiáng) 林榮超 胡振球

系統(tǒng)分析積塵遮擋造成光伏組件發(fā)電功率損失的原因，總結(jié)一套簡(jiǎn)易可行的積塵遮擋損失測(cè)試方法。以廣東某5.5 MWp分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，通過測(cè)試組件清洗前、后的最大功率來獲得組件的積塵遮擋損失。結(jié)果表明，4個(gè)不同組串上抽測(cè)組件的平均積塵遮擋損失分別為1.5%、1.3%、1.4%、4.5%，組件積塵遮擋損失的大小與表面積塵程度高度一致，證實(shí)了該測(cè)試方法的有效性。

積塵遮擋；損失；原因；測(cè)試方法

0 引言

隨著我國(guó)發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)諸多利好政策的出臺(tái)和新能源并網(wǎng)接入技術(shù)條件的日趨成熟，越來越多的光伏發(fā)電系統(tǒng)陸續(xù)并網(wǎng)發(fā)電。單位功率下發(fā)電量直接關(guān)乎并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的收益率，因此，諸如灰塵遮擋、串并聯(lián)失配、交直流線損等一些影響光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際發(fā)電量的不利因素[1]越來越被重視。本文深入分析了積塵遮擋造成光伏組件發(fā)電功率損失的原因，提出積塵遮擋損失的測(cè)試方法，并結(jié)合實(shí)地測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1 積塵遮擋損失的定義和成因

積塵遮擋損失是指由灰塵或污漬遮擋而造成的損失[2]。積塵遮擋造成光伏方陣發(fā)電功率損失的原因主要包括兩個(gè)方面：

1)當(dāng)玻璃蓋板表面有灰塵顆粒時(shí)，實(shí)際達(dá)到光伏玻璃蓋板表面的光強(qiáng)較無積塵時(shí)少，相應(yīng)地，達(dá)到太陽電池的光強(qiáng)也減少[3]，光電效應(yīng)比清潔狀態(tài)下弱，這是積塵遮擋造成發(fā)電功率損失的一個(gè)關(guān)鍵因素。

2)積塵的覆蓋、由積塵吸收的光能轉(zhuǎn)變而來的熱，都會(huì)使光伏組件的散熱變慢，增大了組件的溫升損失；有些組件甚至因?yàn)闇囟冗^高而出現(xiàn)熱斑[4]，導(dǎo)致整個(gè)組件損壞而不能發(fā)電。這是積塵遮擋造成發(fā)電功率損失的另一個(gè)關(guān)鍵因素，因此，積塵狀態(tài)下的發(fā)電功率要比清潔狀態(tài)少。

2 積塵遮擋損失的測(cè)試方法

用cetisPV-CTF1光伏陣列功率測(cè)試儀，分別檢測(cè)清洗前和清洗后選定組件的I-V 特性，同時(shí)記錄光強(qiáng)和組件背板溫度，讀取修正到STC條件下的最大功率。為提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每次測(cè)試都在輻照度、溫度穩(wěn)定的條件下連續(xù)測(cè)試至少3次，取中間值；此外，清洗后的組件必須靜置一段時(shí)間，待溫度穩(wěn)定后，再進(jìn)行測(cè)試。將組件清洗前、后的STC最大功率進(jìn)行比較，得出此狀態(tài)下的積塵遮擋損失。組件積塵遮擋損失η的計(jì)算方法為：

式中，P1、P2分別為清洗前、后STC最大功率。

3 實(shí)例分析

3.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)概況

示例系統(tǒng)是廣東某屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，于2014年底建成，共安裝多晶硅組件21440塊，裝機(jī)總?cè)萘?.5 MWp；設(shè)計(jì)采用固定傾角安裝、分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)方案，經(jīng)變壓器升壓，并入10 kV交流電網(wǎng)，系統(tǒng)共分為3個(gè)區(qū)域。

3.2 測(cè)試方案

現(xiàn)場(chǎng)選定代表積灰普遍情況的組串4個(gè)，其中1、2號(hào)區(qū)域各選1串，3號(hào)區(qū)域因容量大，南、北向各選1串(編號(hào)為3#、4#)。斷開選定組串，在每個(gè)選定組串上選取代表積灰普遍情況的組件3塊，按上文提出的測(cè)試和計(jì)算方法，獲得3塊組件的積塵遮擋損失，計(jì)算3塊組件的平均積塵遮擋損失。

3.3 結(jié)果與分析

表1給出了各組件清洗前、后STC最大功率，以及測(cè)試時(shí)刻的輻照度和組件背板溫度，列出了由式(1)計(jì)算得到的各組件積塵遮擋損失和所在串選定組件積塵遮擋損失平均值。各組串選定組件積塵遮擋最嚴(yán)重區(qū)域圖如圖1所示。

表1 組件積塵遮擋損失

圖1 清洗前圖片

由表1可知，1#～3#組串選定組件平均積塵遮擋損失相差較小，分別為1.5%、1.3%、1.4%，而4#組串選定組件平均積塵遮擋損失為4.5%，明顯高于前3個(gè)值。

由圖1可知，1#～3#組串選定組件表面積塵程度相似，僅有少許積塵，而4#組串選定組件的積塵很厚且遮擋面積大，這很好地解釋了1#～3#組串選定組件平均積塵遮擋損失相差無幾且遠(yuǎn)小于4#組串選定組件相應(yīng)值的原因。積塵程度與積塵遮擋損失大小的高度一致性，證實(shí)了該方法的可行性。

CNCA/CTS 0016-2015《并網(wǎng)光伏電站性能監(jiān)測(cè)與質(zhì)量評(píng)估技術(shù)規(guī)范》明確規(guī)定[2]：若光伏電站沒有設(shè)定值，積塵損失的平均測(cè)試結(jié)果原則上不超過5%。由測(cè)試結(jié)果可知，1#～4#組串選定組件的積塵遮擋損失都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但4#組串選定組件的積塵遮擋損失與標(biāo)準(zhǔn)限定值很接近。因此，應(yīng)及時(shí)清洗4#組串所在區(qū)域的光伏組件，否則積塵遮擋將會(huì)嚴(yán)重影響該區(qū)域的發(fā)電量。

4 總結(jié)

本文提出的測(cè)試方法科學(xué)合理，對(duì)于評(píng)估積塵遮擋對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率的影響具有重要的意義。由于要對(duì)清洗后組件進(jìn)行最大功率測(cè)試，便捷有效的清洗方法是本測(cè)試方法得以推廣實(shí)施的關(guān)鍵。清洗的快慢直接關(guān)乎整體測(cè)試效率，而且清洗的潔凈程度直接影響積塵遮擋損失的準(zhǔn)確度，因此，不斷提高清洗的速度和潔凈度是提高該測(cè)試方法的效率和準(zhǔn)確度的有效手段。

[1] van Sark W G J H M, Reich N H, Müller B, et al. Review of PV performance ratio development[A]. World Renewable Energy Congress[C], Denver: Red Hook, NY: Curran, 2012: 4795－4800.

[2] CNCA/CTS 0016-2015, 并網(wǎng)光伏電站性能檢測(cè)與質(zhì)量評(píng)估技術(shù)規(guī)范[S].

[3] Alonso-Garcia M C, Ruiz J M. Experimental study of mismatch and shading effects in the I-V characteristic of a photovoltaic module [J]. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2006, 90: 329－340.

[4] 趙春江，崔容強(qiáng). 太陽能建材技術(shù)的研究與開發(fā)——光伏屋頂熱性能的調(diào)查[J]. 太陽能學(xué)報(bào), 2003, 24(3): 352－356.

2016-06-06

董雙麗(1990—)，女，碩士，主要從事光伏產(chǎn)品的檢測(cè)、科研工作。dongsl1@126.com