光伏組件色差對組串發電效率的影響淺析

謝中慶，張樹良

(廣水桃江水電開發有限公司，益陽 413409)

0 引言

在光伏電站的實際運行過程中，發現同一光伏電站中的光伏組件表面顏色深淺不一，存在色差。為研究光伏組件色差是否會對光伏組串的發電效率產生影響，本文以普坪光伏電站為例，對該電站的深顏色光伏組件和淺顏色光伏組件的發電情況進行對比分析，并在試驗室對淺顏色、深顏色光伏組件進行標準測試條件(STC)下的I-V測試。

1 光伏電站概況

普坪光伏電站位于湖南省岳陽市平江縣伍市鎮，占地面積約為500畝(1畝約為666.67 m2)，總建設規模為20 MW。采用單塊功率為275 W的單晶硅光伏組件，共安裝72732塊；光伏陣列安裝方位角為正南，光伏組件安裝傾角為20°；共劃分為18個裝機容量約為1.1 MW的光伏方陣。

光伏電站所采用單晶硅光伏組件的型號為ZKX-275D-24，每塊光伏組件由60片太陽電池組成，組件尺寸為1640 mm×992 mm×40 mm，光電轉換效率為16.9%，功率公差為0～+3%；組件表面玻璃采用厚32 mm的鍍膜超白鋼化玻璃。該單晶硅光伏組件的年發電衰減率按第2年不超過3%、第3年起年線性衰減不超過0.7%，25年發電衰減率不超過19.1%。

每個光伏方陣內，由22塊光伏組件組成1串光伏組串，15或16串光伏組串為1條發電支路，接入1個16路直流防雷匯流箱；1個光伏方陣共用12臺16路直流防雷匯流箱、2臺500 kV的逆變器、1臺1000 kVA的雙分裂變壓器。9個光伏方陣匯集入1條集電線路，送至匯集站的35 kV母排，再經35 kV普長線(即普坪光伏電站與長樂變電站之間的線路)并入電網。該光伏電站建成后，首年設計上網電量為2092萬kWh，25年平均年設計上網電量為1880萬kWh。

2 光伏電站運行現狀

該光伏電站投入運行后，發現在運行時光伏方陣中的光伏組件存在顏色差異，組件表面呈深藍色或淺藍色，如圖1所示，且該顏色差異在陰雨天氣狀態下尤為明顯。即使在光伏組件表面完全清潔的情況下，各光伏組件之間仍存在色差，但與表面有灰塵的光伏組件相比，完全清潔情況下的色差不明顯。

圖1 光伏組件色差實拍圖Fig. 1 Photo of color difference of PV modules

3 光伏組件色差產生原因分析

對光伏方陣中的光伏組件色差問題產生的原因進行分析。

1)光伏組件生產過程中，使用的單晶硅材料不同、太陽電池生產批次不同，且太陽電池本身顏色就存在差異，從而造成不同生產批次的光伏組件顏色存在差異。

2)玻璃親水性不同。雖然該光伏電站使用了同一廠家生產的光伏組件，但組件采用的鍍膜玻璃的生產廠家不同，導致所采用鍍膜玻璃的親水性不同。遇到雨、霧、露等天氣狀態時，親水性差異大，因此出現光伏組件顏色存在差異的現象。

3)光伏組件表面玻璃采用了鍍膜玻璃。該生產工藝是在玻璃上涂敷一層液體，經過高溫后使液體固化到玻璃上，通過增加玻璃表面的粗糙度來降低玻璃反光率，從而達到增加透光率的效果。鍍制的這層減反射膜為完全透明，鍍制后肉眼不可見。由于這層減反射膜一般是滾涂在玻璃上，從微觀上來看，這種粗糙結構帶有一定方向性(與滾涂方式有關)，如果滾涂方向不一致，在戶外不同角度、不同光照強度下就會呈現不同的反光率和反光效果，且視角越大，此現象越明顯。由于光伏組件鍍膜玻璃在生產時難以確保所有生產線上的滾涂方向都一致，導致生產出的光伏組件在戶外不同角度、不同光照強度下會產生色差現象。

4 光伏組件色差對發電效率的影響分析

4.1 光伏組件組合成串對比分析

由于不同顏色的光伏組件隨機分布在各光伏方陣及各發電支路中，因此為分析光伏組件色差是否會對光伏組件[1]光電轉換效率產生影響及影響程度，從不同發電支路中挑選22塊顏色較深的光伏組件，將其拆下清洗干凈后安裝[2]，重新組成一條發電支路；按同樣的方法挑選出22塊顏色較淺的光伏組件，拆下清洗干凈后重新組成另一條發電支路，并在發電狀態下對比這2條發電支路之間的電流差異。

為使兩條發電支路盡可能具有可比性，應確保環境(如天氣、環境溫度等)等外界因素相同，將對比的2條發電支路接入同一匯流箱，且只有這2條發電支路處于運行狀態。

由于在光伏電站現有條件下無法實時觀測到每一條發電支路的輸出功率，因此選擇在同一匯流箱內各發電支路接入直流母排電壓近似相等的情況下來觀察某條發電支路所測得的電流，以此來推算各發電支路的發電效率并進行對比。

選定在晴好天氣情況下，通過上位機觀察淺顏色光伏組件組成的5#發電支路(接入17#光伏方陣的7#匯流箱中)、深顏色光伏組件組成的6#發電支路(同樣接入17#光伏方陣的7#匯流箱中)的電流情況，設置每15 min為1個記錄時刻，記錄發電支路的電流數值及匯流箱內母排電壓等信息。不同時刻時上位機顯示的2條發電支路電流值分別如圖2、圖3所示。

圖2 09:45時7#匯流箱上顯示的5#、6#發電支路的電流值Fig. 2 Current value of 5# and 6# power generation branches displayed on 7# combiner box at 09:45

圖3 12:45時7#匯流箱上顯示的5#、6#發電支路的電流值Fig. 3 Current value of 5# and 6# power generation branches displayed on 7# combiner box at 12:45

記錄的一天內5#發電支路和6#發電支路的電流值情況如表1所示。根據所記錄的電流值，繪制出一天內5#發電支路和6#發電支路的電流曲線，如圖4所示。

從表1和圖4的電流對比可以得知，在09:00～16:00時間段內，深顏色光伏組件發電支路的電流平均值比淺顏色光伏組件發電支路的電流平均值高0.1 A，說明深顏色光伏組件發電支路的發電效率優于淺顏色光伏組件發電支路的發電效率，以此可以說明光伏組件色差對組串發電效率存在影響。

圖4 5#、6#發電支路的電流曲線對比Fig. 4 Comparison of current curves of 5# and 6#power generation branches

表1 5#、6#發電支路的電流值對比Table 1 Comparison of current values of 5# and 6#power generation branches

4.2 試驗對比分析

為進一步論證光伏組件色差對組串發電效率的影響程度，分別從普坪光伏電站各光伏方陣中抽取深顏色光伏組件和淺顏色光伏組件各30塊進行測試。首先在現場對這60塊光伏組件分別進行紅外熱像檢測和EL測試，2個測試結果均合格后，將這些光伏組件送至光伏組件檢測試驗室；為檢查在搬運過程中是否有光伏組件受損的情況，在組件送至試驗室后對這些組件再次進行EL測試，并進行絕緣測試、濕漏電測試，測試結果均合格；然后進行標準測試條件(STC)[3]下光伏組件的I-V測試，得到STC下淺顏色光伏組件、深顏色光伏組件的開路電壓Voc、短路電流Isc、最佳工作電壓(即最大功率點電壓)Vmp、最佳工作電流(即最大功率點電流)Imp、最大輸出功率Pmp、填充因子FF等電性能數據，分別如表2、表3所示。對表2、表3的數據進行統計后，得出淺顏色光伏組件和深顏色光伏組件的功率分布情況，如圖5所示。

圖5 淺顏色光伏組件和深顏色光伏組件的功率分布Fig. 5 Power distribution of light color PV modules and dark color PV modules

表2 STC下深顏色光伏組件的I-V測試結果Table 2 Results of I-V test of dark color PV modules under STC

(續表)

表3 STC下淺顏色光伏組件的I-V測試結果Table 3 Results of I-V test of light color PV modules under STC

(續表)

對表2、表3、圖5的數據進行分析可知，在STC下測得的深顏色光伏組件的平均輸出功率為268.620 W，平均輸出性能為97.68%；淺顏色光伏組件的平均輸出功率為265.606 W，平均輸出性能為96.58%。綜上，深顏色光伏組串的發電效率比淺顏色光伏組串的發電效率約高1%。

5 結論

本文以普坪光伏電站為例，對其光伏方陣中深顏色光伏組件和淺顏色光伏組件的光電轉換效率進行了對比分析，并進行STC下的I-V測試，研究表明：光伏組件色差對組串發電效率存在影響，深顏色光伏組串的發電效率比淺顏色光伏組串的發電效率約高1%。本文的研究結果對今后光伏電站建設期的組件選型和運營期精細化管理具有一定的借鑒意義。