基于電池片遮擋的光伏組件功率研究

杭州奧能電源設(shè)備有限公司 田紅丹 華電新疆發(fā)電有限公司新能源分公司 安 波

近年來，由于國(guó)際能源危機(jī)越來越嚴(yán)峻，太陽能、風(fēng)能等清潔能源因其具有分布廣泛、無污染、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，受到各國(guó)政府的普遍認(rèn)同[1]，各種規(guī)模的光伏電站、風(fēng)力電站也應(yīng)運(yùn)而生。然而光伏發(fā)電在發(fā)展過程中也遇到了許多問題，比如遮擋、光伏組件PID 效應(yīng)、失配等。其中遮擋對(duì)光伏組件功率的影響更是亟待解決，光伏組件的功率輸出會(huì)影響到光伏逆變器能否搜索到真正的最大功率點(diǎn)。而且光伏組件被長(zhǎng)期遮擋會(huì)造成熱斑現(xiàn)象，光照充足時(shí)被遮擋電池片溫度明顯高于其他正常電池片溫度，嚴(yán)重時(shí)溫差超過50度，長(zhǎng)期運(yùn)行存在發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

本文以光伏電站運(yùn)行一年的幾種形式的電池片遮擋組件為例，通過與正常光伏組件對(duì)比，研究電池片長(zhǎng)期遮擋情況下光伏組件輸出特性和功率變化[2]。

1 光伏陣列的工程模型

以60電池片光伏組件為例（圖1），組件內(nèi)含有3個(gè)旁路二極管，使得組件的局部遮擋具有一定的特殊性。所做實(shí)驗(yàn)組件旁路二極管為理想二極管，不考慮它們的壓降對(duì)組件特性的影響。

2 遮擋損失的定義和成因

遮擋損失是指由灰塵或污漬遮擋而造成損失。當(dāng)電池片玻璃蓋板表面有遮擋時(shí)，實(shí)際達(dá)到光伏玻璃蓋板表面的光強(qiáng)較無污漬遮擋時(shí)少或由污漬吸收的光能轉(zhuǎn)變而來的熱增大了組件的溫升損失，均可造成遮擋狀態(tài)下的發(fā)電功率要比清潔狀態(tài)少[3-5]。

圖1 單塊光伏組件結(jié)構(gòu)示意圖

3 實(shí)例分析

光伏發(fā)電系統(tǒng)概況。以某屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，采用260Wp 多晶硅光伏組件，根據(jù)用配電系統(tǒng)現(xiàn)狀，采用交流0.4kV電壓等級(jí)接入配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)自用，余電上網(wǎng)模式。

測(cè)試樣本。現(xiàn)場(chǎng)選定同一屋頂、同一批次、同一規(guī)格、同一運(yùn)行時(shí)間的8塊光伏組件，且所有光伏組件經(jīng)電致發(fā)光測(cè)試內(nèi)部均無缺陷。其中4塊為電池片無遮擋的完好光伏組件，另外4塊為個(gè)別電池片長(zhǎng)期遮擋的光伏組件。

測(cè)試設(shè)備及方法。測(cè)試設(shè)備包括標(biāo)準(zhǔn)光伏組件（晶硅）、溫控箱、光伏組件功率測(cè)試系統(tǒng)，其中標(biāo)準(zhǔn)光伏組件（晶硅）可校準(zhǔn)光伏組件功率測(cè)試系統(tǒng)，溫控箱保證被測(cè)光伏組件溫度穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度25±2℃，光伏組件功率測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下光伏組件標(biāo)稱功率。測(cè)試設(shè)備參數(shù)表如表1。

測(cè)試方法嚴(yán)格執(zhí)行《地面用光伏組件(PV)-設(shè)計(jì)鑒定和定型-第二部分：測(cè)試方法》（IEC 61215-2-2016），組件標(biāo)稱工作溫度與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的性能檢測(cè)流程，檢查所用的儀器、標(biāo)準(zhǔn)物應(yīng)經(jīng)過國(guó)家相關(guān)計(jì)量部門校準(zhǔn)并在有效期內(nèi)。

表1 測(cè)試設(shè)備參數(shù)表

表2 組件STC條件下最大功率統(tǒng)計(jì)表

圖2 光伏組件樣品外觀圖

圖3 光伏組件樣品I-V/P-V特性曲線圖

4 結(jié)果與分析

表2中給出了各組件標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（STC條件）的最大功率，以及測(cè)試時(shí)刻的工作電壓、工作電流、光照強(qiáng)度、背板溫度、組件轉(zhuǎn)換效率。各組件外觀如圖2所示，I-V/P-V特性曲線如圖3所示。

從以上測(cè)試結(jié)果可分析出，遮擋組件功率衰減最低38.4%，功率衰減最高達(dá)到69.6%；遮擋組件的功率和遮擋電池片的塊數(shù)不成比例關(guān)系，并不是遮擋塊數(shù)越多其功率越低，還與其遮擋電池片排列有關(guān)；75%遮擋組件工作電流嚴(yán)重偏低，導(dǎo)致其功率嚴(yán)重偏低；遮擋組件較正常組件的I-V/P-V特性曲線均異常。

5 結(jié)語

通過對(duì)運(yùn)行一年的遮擋組件和正常組件進(jìn)行功率測(cè)試，標(biāo)定了遮擋組件和正常組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的最大功率，從測(cè)試結(jié)果可分析出遮擋組件功率較正常組件功率嚴(yán)重偏低，遮擋兩塊電池片功率可衰減69.6%。遮擋組件功率與遮擋塊數(shù)和遮擋電池片排列有關(guān)，遮擋組件較正常組件的I-V/P-V 特性曲線均異常，功率嚴(yán)重偏低的原因多數(shù)是由于其工作電流偏低，當(dāng)遮擋組件串聯(lián)在組串中正常工作時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)組串電流與遮擋組件電流一致，嚴(yán)重影響光伏電站發(fā)電效率。