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，但隨著運行時間的增加，光伏組件的輸出功率呈不斷下降趨勢，此種現(xiàn)象即為組件的功率衰減。組件的功率衰減會直接影響組件的發(fā)電量，功率衰減嚴重時，甚至?xí)绊懙秸麄€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這一比值，即視為非正常功率衰減。本文以某個發(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

本文以某漁光互補光伏電站為例，該電站采用的光伏組件分別由海潤光伏科技股份有限公司(以下簡稱“海潤光伏”)和山東潤峰集團(以下簡稱“潤峰集團”) 2 家企業(yè)生產(chǎn)，共計136840 塊。其中，潤峰集團生產(chǎn)的組件(以下簡稱“潤峰組件”)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)運行后，2016 年年底連接潤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，對隨機抽取的5412 塊潤峰組件進行了開路電壓測試。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)，超過該數(shù)值即為非正常功率衰減?？紤]到此次測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。具體測試結(jié)果如表1 所示。

表1 某光伏電站中潤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)電量對比分析

一般情況下，組件的功率衰減情況可通過測試組件的開路電壓來判斷，但測試周期長，耗費人力。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)電量是通過逆變器接入電網(wǎng)，因此，通過逆變器發(fā)電量來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 個組串，12 個組串并聯(lián)匯入1 臺匯流箱，11 臺匯流箱并入1 臺集中式逆變器。為了保證組件發(fā)電量等統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準確性，運維人員對逆變器、匯流箱及組件加強了巡視，以降低其他因素的影響；因電氣結(jié)構(gòu)無變化，電氣結(jié)構(gòu)對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的影響可以忽略不計；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。通過查詢2 臺逆變器每月的發(fā)電量，對系統(tǒng)效率、有效發(fā)電小時數(shù)等數(shù)據(jù)進行對比分析，以期找到光伏組件衰減的變化規(guī)律，為發(fā)電量預(yù)測和組件使用壽命判斷提供依據(jù)和參考。

2 臺逆變器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 臺逆變器的總發(fā)電量相差約9.75 萬kWh，2018 年，這2 臺逆變器的總發(fā)電量相差約18.93萬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)電量的差距越來越大。

2.1 有效發(fā)電小時數(shù)對比分析

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)電小時數(shù)曲線Fig.2 Monthly effective generating hours curve of inverter A5-2 and inverter D4-1 in 2018

對比圖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)電小時數(shù)差值、月有效發(fā)電小時數(shù)差值均比2017 年時的有所增大。2017 年，逆變器A5-2 與逆變器D4-1的年有效發(fā)電小時數(shù)相差142.5 h，月均值相差11.9 h，2 臺逆變器的有效發(fā)電小時數(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)電小時數(shù)相差261.1 h，月均值相差21.7 h，2 臺逆變器的有效發(fā)電小時數(shù)百分比的均值為79.63%。

從圖1 和圖2 中2 臺逆變器的線性擬合曲線的趨勢可以看出，2 臺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，說明非正常功率衰減組件的衰減更為嚴重。

2.2 系統(tǒng)效率對比分析

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)效率對比曲線。

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

圖4 2018 年2 臺逆變器的系統(tǒng)效率對比曲線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越大，由2017 年1 月時相差6.4%，增加到2018 年12 月時相差22.4%。2 臺逆變器的系統(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不斷加速，嚴重影響了系統(tǒng)效率和有效發(fā)電小時數(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，需要對非正常功率衰減的組件進行更換。

3 結(jié)論

本文對某漁光互補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)電小時數(shù)差值越來越大，且逆變器D4-1 的發(fā)電量、有效發(fā)電小時數(shù)、系統(tǒng)效率降低速度呈加劇趨勢。

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，需要對電站中此類組件進行更換。同時，需要做好電站運行分析工作，及時掌握電站的生產(chǎn)運行情況，及時發(fā)現(xiàn)電站生產(chǎn)運營過程中存在的問題，并針對薄弱環(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)。