工程應(yīng)用中的光伏組件輸出功率衰減率評估

周 猛，周義君，劉 好

(湖北能源集團(tuán)廣水王子山光伏發(fā)電有限公司，武漢 430000)

0 引言

我國為實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，將進(jìn)一步推動可再生能源的發(fā)展，意味著今后光伏產(chǎn)業(yè)仍將保持較高的發(fā)展速度和空間[1]。雖然我國的光伏發(fā)電裝機容量已處于世界領(lǐng)先地位，但在光伏電站運維方面的現(xiàn)狀并不樂觀，在實際工程應(yīng)用過程中可能會存在未及時發(fā)現(xiàn)光伏組件輸出功率衰減較大的情況。由于實際工程應(yīng)用現(xiàn)場與實驗室加速老化測試環(huán)境并不完全相同，因此，如何快速評估光伏組件在工程應(yīng)用中的性能，并對光伏組件輸出功率衰減率進(jìn)行評估，具有重要意義。

本文介紹了加速老化實驗、第三方檢測機構(gòu)檢測及工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試這3種光伏組件輸出功率衰減率確定方法。其中，針對工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試，以型號為HTI-V525W的I-V曲線測試儀，對某光伏電站中已運行4年的光伏組件進(jìn)行輸出功率測試，并利用新生產(chǎn)的且與被測光伏組件同型號的光伏組件的電性能數(shù)據(jù)對被測光伏組件進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，從而得到在工程應(yīng)用中光伏組件的輸出功率衰減率情況。

1 光伏組件輸出功率衰減率的確定方法

1.1 加速老化實驗

加速老化實驗是根據(jù)光伏組件在工程應(yīng)用中的典型環(huán)境，在實驗室通過人工模擬和強化實際應(yīng)用環(huán)境，以便在較短時間內(nèi)加速光伏組件老化的方法。在標(biāo)準(zhǔn)測試條件(STC)，即AM1.5、太陽輻照度為1000 W、光伏組件工作溫度為25 ℃的情況下，分別通過測試得到在模擬光伏組件老化過程中，不同階段的光伏組件的最大輸出功率，從而可計算得到光伏組件的輸出功率衰減率。

1.2 第三方檢測機構(gòu)檢測

該方法是將工程應(yīng)用中的光伏組件送至第三方檢測機構(gòu)進(jìn)行光伏組件輸出功率衰減率檢測。具體方式為：自光伏組件投產(chǎn)運行之日起，根據(jù)項目裝機容量，定期在工程應(yīng)用現(xiàn)場抽取足夠數(shù)量的光伏組件作為樣品，送至具備國家認(rèn)證資質(zhì)的第三方檢測機構(gòu)進(jìn)行檢測，由該機構(gòu)在STC下測試得到光伏組件的最大輸出功率，并進(jìn)一步計算得到光伏組件的輸出功率衰減率。

1.3 工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試

1.3.1 測試方法本文采用型號為HTI-V525W的I-V曲線測試儀檢測光伏組件的I-V和P-V曲線，采用專門用于測量太陽輻照度的標(biāo)準(zhǔn)太陽電池HT304N和用于測量光伏組件工作溫度的型號為PT300N的溫度傳感器，分別測量得到太陽輻照度和光伏組件工作溫度后，I-V曲線測試儀可根據(jù)其內(nèi)部程序按照通用的標(biāo)準(zhǔn)公式換算出被測光伏組件在STC下的最大輸出功率P1max，然后將其與被測光伏組件的標(biāo)稱輸出功率P2max進(jìn)行對比，最后計算得到光伏組件的輸出功率衰減率PID。PID的計算式可表示為：

針對此種確定方法，本文主要分析灰塵、污垢等對光伏組件輸出功率衰減率的影響。

1.3.2 測試要求

根據(jù)IEC 61215: 2016系列標(biāo)準(zhǔn)及《HTI-V525WI-V曲線測試儀使用手冊》[2]，光伏電站中采用的光伏組件必須在出廠時已進(jìn)行了全面的質(zhì)量檢測且電致發(fā)光(EL)檢測也已合格。采用同一臺I-V曲線測試儀進(jìn)行光伏電站中光伏組件的最大輸出功率測試，測試條件需要滿足：1)太陽輻照度不低于800 W/m2；2)測量太陽輻照度時采用桿影法使太陽光線對標(biāo)準(zhǔn)太陽電池和被測光伏組件的入射角保持一致。

1.3.3 測試步驟

本文以某光伏電站中已運行4年的光伏組件為例，具體的光伏組件輸出功率衰減率測試步驟如下：

1)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)檢測。從新生產(chǎn)的某一批次光伏組件中隨機選取與工程應(yīng)用現(xiàn)場光伏組件同型號的光伏組件12塊，作為實驗參考組，記為“第①組”。利用I-V曲線測試儀對第①組光伏組件進(jìn)行輸出功率測試，得到其折算到STC下的最大輸出功率；再利用式(1)計算得到光伏組件輸出功率衰減率；然后計算第①組光伏組件輸出功率衰減率的平均值A(chǔ)，并以該值作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，用于I-V曲線測試儀的零漂校準(zhǔn)，即測試得到的數(shù)據(jù)的修正。

2)在工程應(yīng)用現(xiàn)場隨機選取距上次清洗時間為3個月的光伏組件12塊，記為“第②組”，按照上述方法得到STC下每塊光伏組件的最大輸出功率，從而計算得到其輸出功率衰減率B；然后對該值進(jìn)行修正，以(B–A)的值作為每塊光伏組件的實際輸出功率衰減率。

3)將第②組光伏組件全部清洗，清洗后的光伏組件記為第③組，然后再次利用步驟1)中的方法得到第③組光伏組件中每塊光伏組件STC下的最大輸出功率，從而得到其輸出功率衰減率C；然后對該值進(jìn)行修正，以(C–A)作為工程應(yīng)用現(xiàn)場每塊潔凈光伏組件的實際輸出功率衰減率，并以(B–C)作為因工程應(yīng)用現(xiàn)場的灰塵、污垢等影響因素造成的每塊光伏組件的輸出功率衰減率。

1.4 3種光伏組件輸出功率衰減率確定方法的比較

3種方法中，由于加速老化實驗的實驗環(huán)境與工程應(yīng)用現(xiàn)場的不同，因此其得到的數(shù)據(jù)并不能完全真實地反映光伏組件輸出功率的衰減特性。而第三方檢測機構(gòu)的檢測數(shù)據(jù)最為真實，但第三方檢測機構(gòu)的檢測周期長、費用高，并不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

工程應(yīng)用現(xiàn)場的實地測試能較為真實、快速地反映光伏組件在實際應(yīng)用過程中的輸出功率衰減情況，并可對由灰塵、污垢等因素造成的光伏組件輸出功率衰減率進(jìn)行同步測算，但測量儀器需首先由基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，基準(zhǔn)零漂數(shù)據(jù)能使測試結(jié)果的準(zhǔn)確度得到一定的提高。通過在盡量接近STC的環(huán)境下進(jìn)行光伏組件輸出功率測試，同時加大測試樣本，可以進(jìn)一步減小I-V曲線測試儀的誤差，可更客觀地反映光伏組件在工程應(yīng)用中的輸出功率衰減率。

2 光伏組件輸出功率衰減率的數(shù)據(jù)分析

采用工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試的方法進(jìn)行光伏組件輸出功率衰減率的評估。按照前文中該方法的具體步驟，仍基于前文第①組～第③組光伏組件，計算不同情況下光伏組件的輸出功率衰減率。

對第①組光伏組件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)計第①組光伏組件在STC下的最大輸出功率，利用式(1)計算得出每塊光伏組件的輸出功率衰減率，并以所有光伏組件輸出功率衰減率的平均值作為I-V曲線測試儀的零漂校準(zhǔn)值，第①組光伏組件的測試結(jié)果如表1所示。

表1 第①組光伏組件的輸出功率衰減率Table 1 Output power attenuation rate of group ① PV modules

選取太陽輻照度較強的天氣分別進(jìn)行第②、③組光伏組件的最大輸出功率測試，并計算得出其輸出功率衰減率，計算結(jié)果分別如表2、表3所示。

第②組光伏組件是已運行了4年且積灰3個月的光伏組件，由表2可知，第②組光伏組件的實際輸出功率衰減率的平均值是5.60%，該值相對于清洗過后的第③組光伏組件的實際輸出功率衰減率的平均值增加了1.08%，這說明積灰、污垢等對光伏組件的輸出功率衰減有較大影響。

表2 第②組光伏組件的輸出功率衰減率Table 2 Output power attenuation rate of group ② PV modules

表3 第③組光伏組件的輸出功率衰減率Table 3 Output power attenuation rate of group ③ PV modules

由表3可知，清洗后的第③組光伏組件的實際輸出功率衰減率平均值為4.52%，根據(jù)本文所用光伏組件的供應(yīng)商提供的光伏組件輸出功率有限質(zhì)保書中的承諾“自質(zhì)保起始日起，多晶硅光伏組件的輸出功率衰減率在第1年不超過2.5%，第2～25年每年的衰減率為0.7%”可知，本文中已運行4年的光伏組件的理論輸出功率衰減率應(yīng)不大于4.60%，通過實際測試得到的數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的吻合度較高，說明該光伏組件輸出功率的衰減率較為正常。

3 結(jié)論

本文以某光伏電站為例，利用型號為HTI-V525W的I-V曲線測試儀，通過工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試方法得到光伏電站中存在積灰和清潔后的光伏組件在STC下的最大輸出功率，進(jìn)而計算得到光伏組件的輸出功率衰減率，并對積灰和清潔后的光伏組件的輸出功率衰減率進(jìn)行了評估，以便為工程應(yīng)用中光伏組件的電性能評估提供依據(jù)，從而可確定光伏組件的清洗周期。

我國基本還未開展在工程應(yīng)用現(xiàn)場對光伏組件輸出功率衰減率進(jìn)行評估的工作，若僅依托加速老化實驗評估光伏組件輸出功率衰減率，無法為光伏電站的運維成本及財務(wù)分析提供有效依據(jù)，不利于光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。由于工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試的方法需要大量樣本數(shù)據(jù)作支撐，因此后續(xù)需加強對光伏組件電性能數(shù)據(jù)的收集力度，定期分析測算其輸出功率衰減率，建立光伏組件輸出功率衰減率數(shù)據(jù)庫。在工程應(yīng)用中建立實際的光伏組件輸出功率衰減模型，真正做到對光伏組件廠家提供的輸出功率衰減率進(jìn)行評估考核，從而促進(jìn)光伏組件提升光電轉(zhuǎn)換效率，推算光伏組件清洗的最優(yōu)周期，為光伏電站降本增效提供便利，同時還可為行業(yè)并購時光伏組件的折舊提供依據(jù)，降低收購風(fēng)險。