光伏組件表面積塵及立桿陰影對電站發(fā)電功率影響的測試分析

常州佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司 ■ 陳東兵 李達新 時劍 潘曉雷 朱曉東 陳志強

一 引言

在光伏電站的設(shè)計計算及運行中，組件表面積塵是影響系統(tǒng)效率、減少電站發(fā)電量的重要因素之一。表面積塵的直接影響是減少光伏組件所接收到的太陽輻射能，其影響大小與積塵厚度有直接關(guān)系，即與空氣中的含塵量、降塵速率、時間長短、空氣流動等因素有關(guān)。我國各地的環(huán)境和氣候情況差別較大，同一地點不同季節(jié)的地表降塵情況不盡相同，對光伏電站的影響也不一樣。此外，光電場中的立桿，如光伏組件陣列中的避雷針、場地中既有的高壓輸電桿塔等也會影響光伏系統(tǒng)的效率。本文結(jié)合蚌埠2MW光伏電站的具體情況，針對組件表面積塵及立桿陰影對電站發(fā)電功率的影響進行了測試分析，所得結(jié)論對其他光伏電站的設(shè)計計算及運行維護也有一定的參考意義。

二 背景

1 光伏電站概況

安徽蚌埠2MW非晶硅太陽能光伏示范電站(圖1)于2010年12月順利通過驗收，并成功并網(wǎng)發(fā)電。該電站是目前我國華東地區(qū)容量最大的非晶硅薄膜光伏并網(wǎng)電站，也是安徽省最大的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。蚌埠2MW光伏電站坐落在市區(qū)東側(cè)龍子湖邊的曹山東麓，緊臨京滬鐵路客運專線及合(肥)蚌(埠)高鐵，總占地面積約9萬m2，場址原是一個垃圾填埋場。我國各大中城市都有不少垃圾填埋場等而無法利用的地塊，該電站的建成發(fā)電，對我國東部地區(qū)光伏電站建設(shè)及非晶硅薄膜光伏組件，都具有典型和示范意義。

圖1 蚌埠曹山2MW非晶薄膜光伏電站

光伏電站共安裝44Wp非晶硅薄膜組件45480塊，裝機總?cè)萘?.001MWp。設(shè)計采用固定傾角(21°)安裝、分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)方案，將系統(tǒng)分成8個發(fā)電子系統(tǒng)、2個獨立的分系統(tǒng)，經(jīng)2臺0.4kV/10kV變壓器升壓，并入10kV交流電網(wǎng)。

2 發(fā)電系統(tǒng)線路原理

蚌埠2MW光伏電站組件的接線方式為：10塊組件串聯(lián)為一個組件串，工作電壓600V，總計有4548個組件串；4個組件串并聯(lián)為一路輸入?yún)R流箱；每個匯流箱的接線為6進1出，共24個組件串、10.56kWp；24個匯流箱并聯(lián)輸入1臺直流配電柜，與1臺250kW并網(wǎng)逆變器組成1個光伏發(fā)電子系統(tǒng)。單個子系統(tǒng)的線路原理圖見圖2。

3 測試分析依據(jù)

從圖2可以看出，在逆變器運行發(fā)電狀態(tài)下，其直流輸入的各防雷匯流箱中的全部組件串均處于并聯(lián)工作狀態(tài)，即工作電壓相等。在其他條件相同的情況下，其工作電流也應(yīng)相等，即發(fā)電功率相等。檢測不同條件下組件串的工作電流，如是否有表面積塵、是否有陰影遮擋等，即可測試分析相關(guān)因素對發(fā)電功率的影響。以下的測試分析即據(jù)此進行。

三 光伏組件表面積塵對發(fā)電功率影響的測試與分析

1 測試條件

選取同一匯流箱中有表面積塵的組件串和表面清洗干凈的組件串進行工作電流的對比測試，即可分析得出表面積塵對發(fā)電功率的影響。本測試選取前后排緊鄰的組串#2-10-1-1和#2-10-2-1進行對比測試。其中#2-10-2-1組串于2010年11月29日進行了較徹底的清洗，而其后一排的#2-10-1-1組串則是在2010年11月9日進行過清洗，其后由于沒有有效的降雨，表面積塵嚴重。圖3為測試組件串表面情況。

2 實測數(shù)據(jù)記錄

對比測試的組件串工作電流實測數(shù)據(jù)見表1。“A串”為新清洗的#2-10-2-1，“B串”為未清洗#2-10-1-1。

圖3 新清洗的組件串#2-10-2-1與未清洗的組件串#2-10-1-1

表1 不同組件串工作電流實測記錄

3 結(jié)論與分析

從表1可以看出：20d的表面積塵使光伏組件串的工作電流減小約24%，即發(fā)電功率減少24%。表中第3組數(shù)據(jù)的影響結(jié)果較前兩組小，這是因為測試時間是在清洗后的第6天(2010年12月5日14:30)，所得結(jié)果為6d的積塵與26d的積塵的對比，總體差距減小。

四 光電場立桿陰影對發(fā)電功率影響的測試與分析

1測試條件

蚌埠2MW光伏電站的光電場中分散豎立著33根高約10m、直徑20cm的避雷針立桿，立桿北側(cè)的組件串不可避免地會受到陰影的影響，使發(fā)電功率降低，發(fā)電量減少。檢測同一逆變器輸入中有陰影和無陰影的兩個組件串的工作電流，即可分析出陰影的影響。本測試選取同一排中緊鄰的幾對組串進行電流檢測對比，其中的桿北第一排距立桿約1m，第7排距立桿約15m。光伏組件的長×寬為1245mm×635mm。立桿陰影遮擋情況見圖4。

2 實測數(shù)據(jù)記錄

圖4 光電場中的避雷針立桿及其陰影(2010年11月30日11:30)

有無陰影遮擋的組件串的工作電流實測數(shù)據(jù)記錄見表2。其中有陰影的組件串中有2塊組件上有陰影，總長度不到2m，桿北第7排上的陰影因距離較遠而邊緣較模糊。

表2 不同光伏組件串的工作電流 (2010年12月3日15:10)

3 結(jié)論與分析

從表2可以看出，雖然桿北第1排組件串中10塊組件只有2塊上有陰影，且陰影寬度只有200mm，遮擋面積不足組串總面積7.9m2的5%，但已使組件串的工作電流減小17%以上，即發(fā)電功率損失17%以上；即使距立桿第7排的組件串，其發(fā)電功率也降低了12.5%。從測試數(shù)據(jù)還可以看出，遠離產(chǎn)生陰影的擋光物體，可減少陰影對發(fā)電功率的影響。這是因為遮擋物對散射輻射的影響減小，并且光的衍射特性使陰影淡化，降低了陰影的影響。

蚌埠2MW光伏電站的光電場中共有各種立桿49根，在夏至、春(秋)分、冬至日的正午被陰影遮擋的組件串?dāng)?shù)及對發(fā)電功率的影響分析見表3。

表3 蚌埠2MW光伏電站塔桿陰影各季節(jié)影遮擋影響

表3分析的是正午時分的遮擋影響情況。由于下午時分陰影最短，遮擋最少，因此實際遮擋情況要遠大于表3。參考春(秋)分的數(shù)據(jù)，陰影的遮擋將使全年發(fā)電量減少約0.5%。

五 結(jié)論

實測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果表明：20d的表面積塵使光伏組件串的發(fā)電功率減少24%，平均每天降低1.2%；遮擋面積不足光伏組件串面積5%的立桿陰影，使組件串的工作電流減小17%以上。