非正常功率衰減光伏組件的發(fā)電量分析與研究

楊留鋒

(協(xié)鑫新能源控股有限公司， 徐州 221100)

0 引言

光伏組件是光伏電站的關(guān)鍵部件，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，光伏組件的輸出功率呈不斷下降趨勢(shì)，此種現(xiàn)象即為組件的功率衰減。組件的功率衰減會(huì)直接影響組件的發(fā)電量，功率衰減嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)光伏電站的收益。

一般情況下，多晶硅光伏組件的首年功率衰減率不高于2.5%，之后每年的衰減率不高于0.7%[1]。若組件的功率衰減率超過(guò)這一比值，即視為非正常功率衰減。本文以某個(gè)發(fā)生組件非正常功率衰減的光伏電站為例，分析該類組件的發(fā)電量情況，并判斷其功率衰減趨勢(shì)及程度，以便為之后的深入研究提供參考。

1 光伏組件功率衰減概況

本文以某漁光互補(bǔ)光伏電站為例，該電站采用的光伏組件分別由海潤(rùn)光伏科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“海潤(rùn)光伏”)和山東潤(rùn)峰集團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱“潤(rùn)峰集團(tuán)”) 2 家企業(yè)生產(chǎn)，共計(jì)136840 塊。其中，潤(rùn)峰集團(tuán)生產(chǎn)的組件(以下簡(jiǎn)稱“潤(rùn)峰組件”)數(shù)量為65560 塊，占比為47.9%，組件的功率分別為240、245、250 Wp這3 種。

該電站自2015 年6 月并網(wǎng)運(yùn)行后，2016 年年底連接潤(rùn)峰組件的逆變器出現(xiàn)了發(fā)電量普遍較低的現(xiàn)象。于是，在2018 年10 月，對(duì)隨機(jī)抽取的5412 塊潤(rùn)峰組件進(jìn)行了開路電壓測(cè)試。按照理論，截至2018 年年底，組件的功率衰減率應(yīng)該在4.6%之內(nèi)，超過(guò)該數(shù)值即為非正常功率衰減。考慮到此次測(cè)試條件和精度等因素的影響，設(shè)定衰減率大于5%為非正常功率衰減。具體測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

表1 某光伏電站中潤(rùn)峰組件的功率衰減情況Table 1 Attenuation of Runfeng PV modules in a PV power station

由表1 可知，潤(rùn)峰組件存在不同程度的非正常功率衰減，非正常功率衰減組件的數(shù)量約為1533 塊，占抽樣比例的28.33%。

2 非正常與正常功率衰減組件的發(fā)電量對(duì)比分析

一般情況下，組件的功率衰減情況可通過(guò)測(cè)試組件的開路電壓來(lái)判斷，但測(cè)試周期長(zhǎng)，耗費(fèi)人力。然而，組件的開路電壓又與其發(fā)電量呈正相關(guān)，并且組件所發(fā)電量是通過(guò)逆變器接入電網(wǎng)，因此，通過(guò)逆變器發(fā)電量來(lái)判斷組件的衰減情況更加便捷。

該光伏電站將22 塊組件串聯(lián)為1 個(gè)組串，12 個(gè)組串并聯(lián)匯入1 臺(tái)匯流箱，11 臺(tái)匯流箱并入1 臺(tái)集中式逆變器。為了保證組件發(fā)電量等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，運(yùn)維人員對(duì)逆變器、匯流箱及組件加強(qiáng)了巡視，以降低其他因素的影響；因電氣結(jié)構(gòu)無(wú)變化，電氣結(jié)構(gòu)對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的影響可以忽略不計(jì)；而且該電站不存在樹木、雜草等影響組件發(fā)電量的陰影遮擋。

將非正常功率衰減的組件接入逆變器D4-1，將正常功率衰減的組件接入逆變器A5-2，接入的2 種組件的容量均為686.4 kW。通過(guò)查詢2 臺(tái)逆變器每月的發(fā)電量，對(duì)系統(tǒng)效率、有效發(fā)電小時(shí)數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以期找到光伏組件衰減的變化規(guī)律，為發(fā)電量預(yù)測(cè)和組件使用壽命判斷提供依據(jù)和參考。

2 臺(tái)逆變器2017 年和2018 年的發(fā)電量數(shù)據(jù)分別如表2、表3 所示。

表2 2017 年2 臺(tái)逆變器的發(fā)電量數(shù)據(jù)分析表Table 2 Power generation data analysis of two inverters in 2017

由表2 和表3 可知，2017 年，A5-2 與D4-1這2 臺(tái)逆變器的總發(fā)電量相差約9.75 萬(wàn)kWh，2018 年，這2 臺(tái)逆變器的總發(fā)電量相差約18.93萬(wàn)kWh。非正常功率衰減組件的發(fā)電量與正常功率衰減組件的發(fā)電量的差距越來(lái)越大。

2.1 有效發(fā)電小時(shí)數(shù)對(duì)比分析

圖1 和圖2 分別為2017 年和2018 年逆變器D4-1 和逆變器A5-2 的月有效發(fā)電小時(shí)數(shù)曲線。

圖1 2017 年逆變器A5-2 和逆變器D4-1 的月有效發(fā)電小時(shí)數(shù)曲線Fig.1 Monthly effective generating hours curve of inverter A5-2 and D4-1 inverter in 2017

圖2 2018 年逆變器A5-2 和逆變器D4-1 的月有效發(fā)電小時(shí)數(shù)曲線Fig.2 Monthly effective generating hours curve of inverter A5-2 and inverter D4-1 in 2018

對(duì)比圖1 和圖2 可以發(fā)現(xiàn)，2018 年，逆變器A5-2 與逆變器D4-1 的年有效發(fā)電小時(shí)數(shù)差值、月有效發(fā)電小時(shí)數(shù)差值均比2017 年時(shí)的有所增大。2017 年，逆變器A5-2 與逆變器D4-1的年有效發(fā)電小時(shí)數(shù)相差142.5 h，月均值相差11.9 h，2 臺(tái)逆變器的有效發(fā)電小時(shí)數(shù)百分比的均值為89.02%。2018 年，逆變器A5-2 與逆變器D4-1 的年有效發(fā)電小時(shí)數(shù)相差261.1 h，月均值相差21.7 h，2 臺(tái)逆變器的有效發(fā)電小時(shí)數(shù)百分比的均值為79.63%。

從圖1 和圖2 中2 臺(tái)逆變器的線性擬合曲線的趨勢(shì)可以看出，2 臺(tái)逆變器所連接的組件都出現(xiàn)了功率衰減；并且連接非正常功率衰減組件的逆變器D4-1 的加速衰減趨勢(shì)系數(shù)(x的系數(shù))是連接正常功率衰減組件的逆變器A5-2 的2 倍以上，說(shuō)明非正常功率衰減組件的衰減更為嚴(yán)重。

2.2 系統(tǒng)效率對(duì)比分析

圖3 和圖4 分別為2017 年與2018 年逆變器A5-2 和逆變器D4-1 的系統(tǒng)效率對(duì)比曲線。

圖3 2017 年2 臺(tái)逆變器的系統(tǒng)效率對(duì)比曲線Fig.3 Comparison curve of system efficiency of two inverters in 2017

圖4 2018 年2 臺(tái)逆變器的系統(tǒng)效率對(duì)比曲線Fig.4 Comparison curve of system efficiency of two inverters in 2018

從圖3 和圖4 中可以看出，逆變器A5-2 的系統(tǒng)效率和逆變器D4-1 的系統(tǒng)效率之間的差值越來(lái)越大，由2017 年1 月時(shí)相差6.4%，增加到2018 年12 月時(shí)相差22.4%。2 臺(tái)逆變器的系統(tǒng)效率月均值差值由2017 年的9.88%增至2018 年的17.68%。

2 臺(tái)逆變器的系統(tǒng)效率都在下降，2018 年與2017 年相比，逆變器A5-2 的系統(tǒng)效率月均值下降了3.30%，而逆變器D4-1 的系統(tǒng)效率月均值下降了11.10%。從擬合曲線也可以看出，連接非正常功率衰減組件的逆變器D4-1 的系統(tǒng)效率的下降速度比連接正常功率衰減組件的逆變器A5-2 的系統(tǒng)效率的下降速度快。

2.3 小結(jié)

綜上所述可知，非正常功率衰減組件的衰減率會(huì)不斷加速，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)效率和有效發(fā)電小時(shí)數(shù)，最終將影響電站的整體發(fā)電量和效益。2017 年逆變器D4-1 的發(fā)電量約為逆變器A5-2的89%，而2018 年該值僅約為79%。因此，需要對(duì)非正常功率衰減的組件進(jìn)行更換。

3 結(jié)論

本文對(duì)某漁光互補(bǔ)光伏電站中正常功率衰減與非正常功率衰減組件的發(fā)電情況進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著年限增加，連接非正常功率衰減組件的逆變器D4-1 與連接正常功率衰減組件的逆變器A5-2 之間的系統(tǒng)效率差值和有效發(fā)電小時(shí)數(shù)差值越來(lái)越大，且逆變器D4-1 的發(fā)電量、有效發(fā)電小時(shí)數(shù)、系統(tǒng)效率降低速度呈加劇趨勢(shì)。

非正常功率衰減的組件最終將影響電站的整體發(fā)電量和效益，因此，需要對(duì)電站中此類組件進(jìn)行更換。同時(shí)，需要做好電站運(yùn)行分析工作，及時(shí)掌握電站的生產(chǎn)運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電站生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的問題，并針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)提出相應(yīng)的整改措施，為提升光伏電站的綜合利用效率和發(fā)電量提供科學(xué)依據(jù)。