南方某分布式光伏電站系統(tǒng)效率異常分析

祝 良 李定青

1.廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司

2.南電能源綜合利用有限公司

3.陽(yáng)山南電生物質(zhì)發(fā)電有限公司

0 概述

南方某分布式光伏電站位于工業(yè)園區(qū)內(nèi)，利用工業(yè)園區(qū)彩鋼瓦屋頂及辦公樓屋面建設(shè)裝機(jī)容量為2.02 MWp 的光伏電站，組件采用屋面平鋪方式安裝，子陣分布于多個(gè)屋頂且朝向不同。項(xiàng)目布局圖見圖1。

圖1 光伏項(xiàng)目布局示意圖

根據(jù)項(xiàng)目可研報(bào)告，項(xiàng)目首年發(fā)電效率為76%，衰減率2.5%，次年衰減率0.7%，25年衰減不超過(guò)20%，年平均衰減率0.8%，可研設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)發(fā)電量與實(shí)際發(fā)電量見圖2。從圖2 可看出，該項(xiàng)目前4 年實(shí)際發(fā)電量?jī)H為設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)發(fā)電量的70%，實(shí)際發(fā)電量與設(shè)計(jì)值存在較大偏差。

圖2 設(shè)計(jì)發(fā)電量與實(shí)際發(fā)電量比對(duì)

另，由于項(xiàng)目建設(shè)時(shí)未安裝環(huán)境檢測(cè)儀，無(wú)法直接統(tǒng)計(jì)場(chǎng)站的輻射量，輻射量取自離該電站70 km外的光伏電站的輻射量作為參考來(lái)計(jì)算項(xiàng)目的系統(tǒng)綜合發(fā)電效率（PR），部分月份的PR統(tǒng)計(jì)值見表1。從表1 可看出，項(xiàng)目的系統(tǒng)綜合發(fā)電效率最高時(shí)僅為61.53%，較設(shè)計(jì)值低14.47個(gè)百分點(diǎn)。

表1 部分月份綜合發(fā)電效率

1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

針對(duì)該項(xiàng)目發(fā)電量、發(fā)電效率與設(shè)計(jì)值存在較大偏差，業(yè)主組織廠家、第三方檢測(cè)單位等開展了發(fā)電量及綜合效率低的原因調(diào)查。

1.1 太陽(yáng)能資源

根據(jù)Meteonorm8.1 氣象數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，項(xiàng)目建設(shè)點(diǎn)平均水平輻射量為1 183 kWh/m2，而項(xiàng)目可研輻射量采用的是1983-2005年NASA數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，即水平輻射量為1 359 kWh/m2，與Meteonorm8.1數(shù)據(jù)偏差值為14.9%。進(jìn)一步引入行業(yè)普遍認(rèn)可的 SolarGIS 光資源數(shù)據(jù)，根據(jù) SolarGIS 2007-2020年衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，該項(xiàng)目點(diǎn)水平輻射量為1 130.1 kWh/m2，與Meteonorm8.1 數(shù)據(jù)偏差為-4.4%，偏差較小。因此可研輻射量采用NASA數(shù)據(jù)的采信度較低，較實(shí)際輻射量偏高，造成可研預(yù)測(cè)發(fā)電量偏高［1-3］。

1.2 污漬遮擋

為直觀評(píng)估污漬遮擋對(duì)組件輸出功率的影響，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取10 塊型號(hào)為JAP60S01-270/SC，功率270 Wp 光伏組件在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行清洗前后在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的IV 性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖3。從圖3 可見，組件清洗前平均功率衰減率為16.07%，主要為短路電流Isc 的衰減，為14.64%；清洗后平均功率衰減率為5.92%，同樣也是組件短路電流Isc的衰減，為4.93%，可見污漬遮擋損失為10.15%。因此推測(cè)當(dāng)前組件主要衰減來(lái)源于組件材料的衰減和污漬遮擋導(dǎo)致的光生電流損失，考慮到組件運(yùn)行超過(guò)4 年，其輸出性能基本在功率質(zhì)保衰減范圍內(nèi)，即材料的衰減水平基本正常［4-7］。

圖3 組件STC最大功率測(cè)試

1.3 光伏方陣標(biāo)稱功率檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取20 串光伏組串進(jìn)行清洗前的功率測(cè)試，測(cè)試組件的輸出特性平均值為71.78%，最大79.17%，最小59.72%。為進(jìn)一步查找組串輸出特性低的原因，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了全面缺陷排查，發(fā)現(xiàn)約20 串組串存在串聯(lián)失配、直流電纜短路、電纜接觸不良等故障，見圖4、5。

圖4 直流電纜短路熔斷

1.4 光伏組件EL檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)80塊光伏組件進(jìn)行了電致發(fā)光（EL）缺陷測(cè)試，發(fā)現(xiàn)3 塊存在不同程度的問(wèn)題，主要為虛焊。結(jié)合組件功率測(cè)試結(jié)果，對(duì)缺陷進(jìn)一步分析，統(tǒng)計(jì)顯示有內(nèi)部缺陷的組件的功率衰減不明顯高于無(wú)缺陷的組件，可見組件內(nèi)部缺陷對(duì)功率并未產(chǎn)生顯著影響［8-12］。

1.5 光伏組件IR掃描

現(xiàn)場(chǎng)使用無(wú)人機(jī)對(duì)全站光伏組件進(jìn)行了紅外掃描，發(fā)現(xiàn)857 塊組件有熱斑問(wèn)題，占全站光伏組件數(shù)量的11.44%。現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，組件的粉塵污染較嚴(yán)重，幾乎每塊都存在灰塵堆積，清洗并不能完全清除。粉塵來(lái)源于物料轉(zhuǎn)運(yùn)、破碎、輸送環(huán)節(jié)的揚(yáng)塵，熱斑主要為污漬遮擋導(dǎo)致［13-15］，見圖6a、b。

圖6 紅外成像熱斑檢測(cè)

1.6 逆變器性能檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)4 臺(tái)逆變器進(jìn)行了效率測(cè)試，測(cè)試時(shí)間不少于30 min，測(cè)試結(jié)果平均值見表2，結(jié)果顯示逆變器效率在正常運(yùn)行范圍內(nèi)［16-18］。

表2 逆變器效率測(cè)試結(jié)果

1.7 系統(tǒng)性能分析

現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)2 天對(duì)電站系統(tǒng)綜合效率進(jìn)行了測(cè)試，計(jì)算系統(tǒng)效率PR 值，測(cè)試結(jié)果見表3。從表3可見，項(xiàng)目投產(chǎn)以來(lái)參考離項(xiàng)目70 km的光伏電站輻射量數(shù)據(jù)計(jì)算得到的系統(tǒng)效率與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果基本一致。

表3 系統(tǒng)效率（PR值）測(cè)試結(jié)果

1.8 其他方面

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)為增加電站裝機(jī)容量，組件布置緊湊，未預(yù)留運(yùn)維通道，對(duì)以后的運(yùn)維工作造成較大困難。此外，光伏監(jiān)控功能不完善，無(wú)法監(jiān)視組串電流、電壓，造成組件故障無(wú)法及時(shí)處理［19-20］。

2 初步結(jié)論

1）可研采用NASA 氣象數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的發(fā)電量偏高，建議采用Meteonorm8.1 氣象數(shù)據(jù)作為項(xiàng)目的輻射數(shù)據(jù)，項(xiàng)目所在點(diǎn)年平均水平輻射量為1 183 kWh/m2。

2）實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果顯示，組件的衰減主要表現(xiàn)為污漬遮擋導(dǎo)致的光生電流損失，組件運(yùn)行4 年后其輸出特性基本在功率質(zhì)保衰減范圍內(nèi)，即組件材料的衰減水平基本正常。

3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)效率測(cè)試，結(jié)合組件IR掃描和現(xiàn)場(chǎng)觀察，電站粉塵污染較嚴(yán)重，且清洗不能完全清除，綜合判斷粉塵污染造成的組件輸出性能下降是影響電站系統(tǒng)效率的主要因素。

4）現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)部分組串直流電纜短路和開路、組件串聯(lián)失配、匯流箱端子松脫等也是造成系統(tǒng)發(fā)電效率偏低的重要因素。

5）電站監(jiān)控功能不完善，無(wú)法監(jiān)視組串電流、電壓，造成組件故障無(wú)法及時(shí)處理，影響發(fā)電量和發(fā)電效率。

3 提效整改

1）針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，項(xiàng)目組織了對(duì)組串直流電纜短路、開路、組串串聯(lián)失配、匯流箱端子松脫等缺陷進(jìn)行了處理，并對(duì)所有光伏子方陣進(jìn)行了全面清洗以降低組件的臟污程度。通過(guò)整改，光伏可研發(fā)電量完成率提高約20%，系統(tǒng)效率提高20%，整改提效后的發(fā)電數(shù)據(jù)見表4。

表4 整改提效后發(fā)電數(shù)據(jù)

2）對(duì)光伏監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了改善，增加了關(guān)鍵參數(shù)如輻射量、組串電壓電流、日月報(bào)表等監(jiān)控功能，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，減少發(fā)電損失。

4 結(jié)論

1）由于光伏監(jiān)控功能不完善，只能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，無(wú)法高效監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)和分析系統(tǒng)發(fā)電效率。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)污漬遮擋、部分組串故障為電站發(fā)電效率低的主要原因，建議設(shè)置組件清洗標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)污染導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電效率降低2%時(shí)進(jìn)行組件清洗。揚(yáng)塵嚴(yán)重區(qū)加裝自動(dòng)清洗系統(tǒng)，為不影響白天發(fā)電，可夜間清洗。

2）可研輻射量采用NASA 數(shù)據(jù)采信度低，較實(shí)際輻射量高，造成可研預(yù)測(cè)發(fā)電量高，建議采用Meteonorm8.1氣象數(shù)據(jù)，以真實(shí)反映系統(tǒng)效率。