工程應(yīng)用中的光伏組件輸出功率衰減率評估

周 猛，周義君，劉 好

(湖北能源集團廣水王子山光伏發(fā)電有限公司，武漢 430000)

0 引言

我國為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，將進一步推動可再生能源的發(fā)展，意味著今后光伏產(chǎn)業(yè)仍將保持較高的發(fā)展速度和空間[1]。雖然我國的光伏發(fā)電裝機容量已處于世界領(lǐng)先地位，但在光伏電站運維方面的現(xiàn)狀并不樂觀，在實際工程應(yīng)用過程中可能會存在未及時發(fā)現(xiàn)光伏組件輸出功率衰減較大的情況。由于實際工程應(yīng)用現(xiàn)場與實驗室加速老化測試環(huán)境并不完全相同，因此，如何快速評估光伏組件在工程應(yīng)用中的性能，并對光伏組件輸出功率衰減率進行評估，具有重要意義。

本文介紹了加速老化實驗、第三方檢測機構(gòu)檢測及工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試這3種光伏組件輸出功率衰減率確定方法。其中，針對工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試，以型號為HTI-V525W的I-V曲線測試儀，對某光伏電站中已運行4年的光伏組件進行輸出功率測試，并利用新生產(chǎn)的且與被測光伏組件同型號的光伏組件的電性能數(shù)據(jù)對被測光伏組件進行數(shù)據(jù)校正，從而得到在工程應(yīng)用中光伏組件的輸出功率衰減率情況。

1 光伏組件輸出功率衰減率的確定方法

1.1 加速老化實驗

加速老化實驗是根據(jù)光伏組件在工程應(yīng)用中的典型環(huán)境，在實驗室通過人工模擬和強化實際應(yīng)用環(huán)境，以便在較短時間內(nèi)加速光伏組件老化的方法。在標準測試條件(STC)，即AM1.5、太陽輻照度為1000 W、光伏組件工作溫度為25 ℃的情況下，分別通過測試得到在模擬光伏組件老化過程中，不同階段的光伏組件的最大輸出功率，從而可計算得到光伏組件的輸出功率衰減率。

1.2 第三方檢測機構(gòu)檢測

該方法是將工程應(yīng)用中的光伏組件送至第三方檢測機構(gòu)進行光伏組件輸出功率衰減率檢測。具體方式為：自光伏組件投產(chǎn)運行之日起，根據(jù)項目裝機容量，定期在工程應(yīng)用現(xiàn)場抽取足夠數(shù)量的光伏組件作為樣品，送至具備國家認證資質(zhì)的第三方檢測機構(gòu)進行檢測，由該機構(gòu)在STC下測試得到光伏組件的最大輸出功率，并進一步計算得到光伏組件的輸出功率衰減率。

1.3 工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試

1.3.1 測試方法本文采用型號為HTI-V525W的I-V曲線測試儀檢測光伏組件的I-V和P-V曲線，采用專門用于測量太陽輻照度的標準太陽電池HT304N和用于測量光伏組件工作溫度的型號為PT300N的溫度傳感器，分別測量得到太陽輻照度和光伏組件工作溫度后，I-V曲線測試儀可根據(jù)其內(nèi)部程序按照通用的標準公式換算出被測光伏組件在STC下的最大輸出功率P1max，然后將其與被測光伏組件的標稱輸出功率P2max進行對比，最后計算得到光伏組件的輸出功率衰減率PID。PID的計算式可表示為：

針對此種確定方法，本文主要分析灰塵、污垢等對光伏組件輸出功率衰減率的影響。

1.3.2 測試要求

根據(jù)IEC 61215: 2016系列標準及《HTI-V525WI-V曲線測試儀使用手冊》[2]，光伏電站中采用的光伏組件必須在出廠時已進行了全面的質(zhì)量檢測且電致發(fā)光(EL)檢測也已合格。采用同一臺I-V曲線測試儀進行光伏電站中光伏組件的最大輸出功率測試，測試條件需要滿足：1)太陽輻照度不低于800 W/m2；2)測量太陽輻照度時采用桿影法使太陽光線對標準太陽電池和被測光伏組件的入射角保持一致。

1.3.3 測試步驟

本文以某光伏電站中已運行4年的光伏組件為例，具體的光伏組件輸出功率衰減率測試步驟如下：

1)基準數(shù)據(jù)檢測。從新生產(chǎn)的某一批次光伏組件中隨機選取與工程應(yīng)用現(xiàn)場光伏組件同型號的光伏組件12塊，作為實驗參考組，記為“第①組”。利用I-V曲線測試儀對第①組光伏組件進行輸出功率測試，得到其折算到STC下的最大輸出功率；再利用式(1)計算得到光伏組件輸出功率衰減率；然后計算第①組光伏組件輸出功率衰減率的平均值A(chǔ)，并以該值作為基準數(shù)據(jù)，用于I-V曲線測試儀的零漂校準，即測試得到的數(shù)據(jù)的修正。

2)在工程應(yīng)用現(xiàn)場隨機選取距上次清洗時間為3個月的光伏組件12塊，記為“第②組”，按照上述方法得到STC下每塊光伏組件的最大輸出功率，從而計算得到其輸出功率衰減率B；然后對該值進行修正，以(B–A)的值作為每塊光伏組件的實際輸出功率衰減率。

3)將第②組光伏組件全部清洗，清洗后的光伏組件記為第③組，然后再次利用步驟1)中的方法得到第③組光伏組件中每塊光伏組件STC下的最大輸出功率，從而得到其輸出功率衰減率C；然后對該值進行修正，以(C–A)作為工程應(yīng)用現(xiàn)場每塊潔凈光伏組件的實際輸出功率衰減率，并以(B–C)作為因工程應(yīng)用現(xiàn)場的灰塵、污垢等影響因素造成的每塊光伏組件的輸出功率衰減率。

1.4 3種光伏組件輸出功率衰減率確定方法的比較

3種方法中，由于加速老化實驗的實驗環(huán)境與工程應(yīng)用現(xiàn)場的不同，因此其得到的數(shù)據(jù)并不能完全真實地反映光伏組件輸出功率的衰減特性。而第三方檢測機構(gòu)的檢測數(shù)據(jù)最為真實，但第三方檢測機構(gòu)的檢測周期長、費用高，并不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

工程應(yīng)用現(xiàn)場的實地測試能較為真實、快速地反映光伏組件在實際應(yīng)用過程中的輸出功率衰減情況，并可對由灰塵、污垢等因素造成的光伏組件輸出功率衰減率進行同步測算，但測量儀器需首先由基準數(shù)據(jù)進行校準，基準零漂數(shù)據(jù)能使測試結(jié)果的準確度得到一定的提高。通過在盡量接近STC的環(huán)境下進行光伏組件輸出功率測試，同時加大測試樣本，可以進一步減小I-V曲線測試儀的誤差，可更客觀地反映光伏組件在工程應(yīng)用中的輸出功率衰減率。

2 光伏組件輸出功率衰減率的數(shù)據(jù)分析

采用工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試的方法進行光伏組件輸出功率衰減率的評估。按照前文中該方法的具體步驟，仍基于前文第①組～第③組光伏組件，計算不同情況下光伏組件的輸出功率衰減率。

對第①組光伏組件進行數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)計第①組光伏組件在STC下的最大輸出功率，利用式(1)計算得出每塊光伏組件的輸出功率衰減率，并以所有光伏組件輸出功率衰減率的平均值作為I-V曲線測試儀的零漂校準值，第①組光伏組件的測試結(jié)果如表1所示。

表1 第①組光伏組件的輸出功率衰減率Table 1 Output power attenuation rate of group ① PV modules

選取太陽輻照度較強的天氣分別進行第②、③組光伏組件的最大輸出功率測試，并計算得出其輸出功率衰減率，計算結(jié)果分別如表2、表3所示。

第②組光伏組件是已運行了4年且積灰3個月的光伏組件，由表2可知，第②組光伏組件的實際輸出功率衰減率的平均值是5.60%，該值相對于清洗過后的第③組光伏組件的實際輸出功率衰減率的平均值增加了1.08%，這說明積灰、污垢等對光伏組件的輸出功率衰減有較大影響。

表2 第②組光伏組件的輸出功率衰減率Table 2 Output power attenuation rate of group ② PV modules

表3 第③組光伏組件的輸出功率衰減率Table 3 Output power attenuation rate of group ③ PV modules

由表3可知，清洗后的第③組光伏組件的實際輸出功率衰減率平均值為4.52%，根據(jù)本文所用光伏組件的供應(yīng)商提供的光伏組件輸出功率有限質(zhì)保書中的承諾“自質(zhì)保起始日起，多晶硅光伏組件的輸出功率衰減率在第1年不超過2.5%，第2～25年每年的衰減率為0.7%”可知，本文中已運行4年的光伏組件的理論輸出功率衰減率應(yīng)不大于4.60%，通過實際測試得到的數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的吻合度較高，說明該光伏組件輸出功率的衰減率較為正常。

3 結(jié)論

本文以某光伏電站為例，利用型號為HTI-V525W的I-V曲線測試儀，通過工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試方法得到光伏電站中存在積灰和清潔后的光伏組件在STC下的最大輸出功率，進而計算得到光伏組件的輸出功率衰減率，并對積灰和清潔后的光伏組件的輸出功率衰減率進行了評估，以便為工程應(yīng)用中光伏組件的電性能評估提供依據(jù)，從而可確定光伏組件的清洗周期。

我國基本還未開展在工程應(yīng)用現(xiàn)場對光伏組件輸出功率衰減率進行評估的工作，若僅依托加速老化實驗評估光伏組件輸出功率衰減率，無法為光伏電站的運維成本及財務(wù)分析提供有效依據(jù)，不利于光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。由于工程應(yīng)用現(xiàn)場實地測試的方法需要大量樣本數(shù)據(jù)作支撐，因此后續(xù)需加強對光伏組件電性能數(shù)據(jù)的收集力度，定期分析測算其輸出功率衰減率，建立光伏組件輸出功率衰減率數(shù)據(jù)庫。在工程應(yīng)用中建立實際的光伏組件輸出功率衰減模型，真正做到對光伏組件廠家提供的輸出功率衰減率進行評估考核，從而促進光伏組件提升光電轉(zhuǎn)換效率，推算光伏組件清洗的最優(yōu)周期，為光伏電站降本增效提供便利，同時還可為行業(yè)并購時光伏組件的折舊提供依據(jù)，降低收購風險。