影響光伏陣列輸出功率的因素

董雙麗++鄭柏恒++曾飛++曾嬋娟++戴穗

摘 要本文提出了影響光伏陣列輸出功率的若干因素，以實測結果為例，證實了這些因素的不容忽視性。結合相關標準、行業(yè)規(guī)范和市場要求，對實測結果進行分析。指出光伏發(fā)電系統(tǒng)設計、施工、運行各階段需要注意的問題，對于提高系統(tǒng)的發(fā)電量具有重要意義。

【關鍵詞】光伏陣列 輸出功率 影響因素 減小措施

1 前言

由于全球能源危機，太陽能等資源豐富的新能源逐漸占有重要地位。據(jù)統(tǒng)計，2016年全球光伏累積裝機容量超過300GW，全國累計裝機容量達到77.42GW。光伏發(fā)電系統(tǒng)收益與發(fā)電量有關。光伏陣列作為系統(tǒng)的核心，對發(fā)電量的影響不容忽視。本文以實測結果為例，結合相關標準、行業(yè)規(guī)范和市場要求，分析功率衰降、遮擋、串并聯(lián)失配和溫升對光伏陣列輸出功率的影響，并指出系統(tǒng)設計、施工、運行階段需要注意的問題，對于提高系統(tǒng)發(fā)電量具有重要意義。

2 功率衰降

功率衰降指隨著光照時間增加，組件輸出功率逐漸下降的現(xiàn)象，通常用初始STC標稱功率與實測修正STC功率之差與初始STC標稱功率比值表示。工信部《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件（2015年本）》指標：多晶硅組件1年內平均衰降不超過2.5%，2年內平均衰降率不超過3.0%，薄膜光伏組件1年內平均衰降率不超過5%。市場上慣用商業(yè)質保：10年衰減率不超過10%，25年衰減率不超過25%。近年來，我國西部地區(qū)某些地面光伏電站只運行1年，組件功率衰減率已超過3%，個別甚至超過5%～10%。衰減嚴重的原因是多方面的，總體來看，可分為三類：第一類，初始光致衰減；第二類，老化導致封裝失效、焊接電路失效、接線盒和組件連接失效、電勢誘導衰減PID和電池隱裂加劇等；第三類，破壞性因素引發(fā)電池片隱裂、碎裂等。第一類、第二類是組件生產(chǎn)過程中亟需解決的問題，在生產(chǎn)端，要加強對材料、工藝和質量的控制。第三類是在組件安裝過程中可控，應加強卸車、倒運、安裝質量控制，降低隱裂、碎片概率。

3 遮擋損失

當局部受到灰塵、污漬或陰影遮擋時，組件的伏安特性曲線呈階梯狀，功率電壓曲線呈現(xiàn)多個局域峰值，導致陣列輸出功率下降，系統(tǒng)發(fā)電量降低?；覊m和污漬遮擋損失通常用組串清潔后修正功率值與組串清潔前修正功率值之差與組串清潔后修正功率的比值表示。《CNCA/CTS0016-2015并網(wǎng)光伏電站性能監(jiān)測與質量評估技術規(guī)范》規(guī)定：灰塵或污漬遮擋損失應以光伏電站的設定值為準。如電站沒有設定值，平均測試結果原則上不超過5%。廣東某屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)因長期沒有清洗而導致灰塵和污漬遮擋損失高達5.7%。遮擋不僅影響系統(tǒng)發(fā)電量，而且使組件發(fā)熱，引起熱斑效應。當溫度超過極限時，將燒爆玻璃。因此，系統(tǒng)運行過程中，要定期清洗組件表面灰塵和污物，保持組件表面潔凈。對于陰影遮擋，《GB/T 29196-2012獨立光伏系統(tǒng) 技術規(guī)范》規(guī)定，方陣場的選擇應避免陰影影響，各陣列間應有足夠間距，保證全年每天中當?shù)貢r間的上午9時至下午3時之間組件無陰影遮擋。因此在光伏發(fā)電系統(tǒng)設計階段，要充分考慮周邊環(huán)境可能對組件造成的遮擋，選擇合適的行距以避免前排組件陰影對后排組件的遮擋。

4 串并聯(lián)失配損失

組件串并聯(lián)時，理想狀態(tài)是工作電流基本相同的組件串聯(lián)，再將工作電壓基本相同的組串并聯(lián)，最后將工作電壓基本相同的匯流箱并聯(lián)（組串式逆變器不存在）。但實際安裝中很難做到，即使是同種型號組件，其最佳工作電壓和電流不一定完全相同，導致方陣輸出總功率小于系統(tǒng)中所有組件最大功率之和，這部分功率損失叫做串并聯(lián)失配損失。組件串聯(lián)失配損失通常用各組件修正最大功率之和與組串修正工作功率的差值與各組件修正最大功率之和的比值表示。組串并聯(lián)失配損失通常用各組串修正最大功率之和與匯流箱修正工作功率的差值與各組串修正功率值之和的比值表示?！禖NCA/CTS0016-2015并網(wǎng)光伏電站性能檢測與質量評估技術規(guī)范》規(guī)定：組件串聯(lián)失配損失不超過2%，并聯(lián)失配損失不超過2%。以廣東某屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)為例， 測試4 組 20 塊組件串聯(lián)的串聯(lián)失配損失和4組 10 個組串并聯(lián)接入?yún)R流箱后的并聯(lián)損失，最大值分別為 1.64% 和 0.92%，符合標準要求。新舊組件或不同規(guī)格組件混用、不合理的組件連接方式、局部遮擋等都會導致失配損失，在光伏電站的設計、施工和運行階段要予以充分考慮。

5 溫升損失

晶體硅電池光電轉換效率具有負溫度系數(shù)，隨電池溫度上升而線性下降。因此，工作溫度是影響光電轉換效率和發(fā)電量的重要因素。工作溫度每提高1℃，功率輸出減少0.3%～0.5%。光伏組串功率溫升損失率用25℃結溫組串最大功率與未修正結溫組串最大功率之差與25℃結溫組串最大功率的比值表示。現(xiàn)場測試了廣東某屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)南北兩個朝向光伏組件功率溫升損失，分別為16.26%和15.34%，背板溫度分別為70.1℃、67.2℃。組件溫升損失與組件的工作溫度有關，因此，在光伏電站的設計階段應充分考慮組件的散熱條件，在組件的運行過程中盡量避免影響組件散熱的現(xiàn)象出現(xiàn)。

6 結論

功率衰降、遮擋、串并聯(lián)失配和溫升是影響光伏陣列輸出功率的重要因素，在系統(tǒng)的設計、施工、運行階段各相關方應予以高度重視。

參考文獻

[1]CNCA/CTS0016-2015并網(wǎng)光伏電站性能檢測與質量評估技術規(guī)范[S].

[2]光伏制造行業(yè)規(guī)范條件（2015年本）[S].

[3]孫曉.關于光伏組件標準中功率衰減指標的研究.標準科學[J].2014（05）：50-53

[4]GB/T 29196-2012獨立光伏系統(tǒng) 技術規(guī)范 [S].

[5]D.Picaul，et al.Forecasting photovoltaic array power production subject to mismatch losses[J].Solar Energy，2010（84）：1301-1309.

作者單位

廣東產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗研究院 廣東省佛山市 528300