光伏組件輸出功率影響因素分析

陳玉偉

【摘 要】本文結(jié)合并網(wǎng)光伏電站發(fā)電數(shù)據(jù)，分析影響光伏組件輸出功率的主要影響因素。重點闡述光照強度、環(huán)境溫度、組件表面清潔度對光伏組件輸出功率的影響機理，并提出提高光伏組件輸出功率方法。

【關(guān)鍵詞】太陽能；光伏電站；光伏組件；輸出功率

中圖分類號： TQ325 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）20-0053-002

Factors Influencing Energy output of Photovoltaic Modules

CHEN Yu-wei

（Chemical and Materials Engineering，Changzhou Vocational Institute of Engineering，

Changzhou Jiangsu 213164，China）

【Abstract】Combing grid-connected photovoltaic（PV）power plant generating data，the paper analyzes the main factors influencing the photovoltaic modules output power：light intensity，temperature，and surface cleanliness.Elaborate mechanism of various factors affecting the PV modules output power，and proposed to increase the power output of PV modules methods.

【Key words】Solar energy；Photovoltaic power plant；Photovoltaic modules；Output power

0 引言

近年來，隨著世界各國加大對太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的扶持力度，光伏制造成本的持續(xù)降低、發(fā)電效益的不斷提高，光伏發(fā)電得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。截至2016年底，世界光伏裝機容量大300GW，預(yù)計到2019年底全球光伏裝機容量將達498GW。但目前光伏發(fā)電成本仍高于煤炭發(fā)電成本，制約其大規(guī)模應(yīng)用。降低光伏發(fā)電成本已成為行業(yè)的發(fā)展目標，其中優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計、增大電站發(fā)電量，是降低發(fā)電成本的重要途徑[1-3]。

光伏電站的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)滿足“安全、可靠、高效和經(jīng)濟的原則”，但光伏發(fā)電輸出受太陽輻射強度、電池組件溫度、降水、云量、濕度等氣象要素隨機性變化，具有不連續(xù)性和不確定性[4]。這種發(fā)電方式在接入電網(wǎng)后必會對電網(wǎng)的安全和管理帶來一系列的問題。

常州某光伏電站是國家金太陽光伏示范工程，于2011年正式運行的光伏電站。光伏電站由4800塊、功率為230W的多晶電池組件組成，裝有6個逆變器。建設(shè)容量為1.0994MW，預(yù)計年平均發(fā)電量約為100萬kWh。

本文基于常州某光伏電站發(fā)電數(shù)據(jù)，總結(jié)和分析影響光伏電站發(fā)電量的各種因素，以期對光伏并網(wǎng)發(fā)電所啟發(fā)。

1 光伏電站發(fā)電量影響因素

根據(jù)光伏發(fā)電的特點與構(gòu)成，影響光伏電站發(fā)電量的主要因素有：光伏組件運行的外部環(huán)境、光伏組件是否損壞、光伏組件安裝幾何設(shè)置等

1.1 太陽輻射強度對光伏電站發(fā)電的影響

光伏電站的發(fā)電原理是將照射在光伏組件上的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，其輸出電能的大小跟照射到組件表面的太陽輻射強度成正比。太陽輻射強度大，光伏組件的輸出功率就打，反之則光伏組件輸出功率就弱。

太陽輻射強度隨一天不同時間段會發(fā)生很大變化，同樣光伏電站的輸出功率也會發(fā)生很大變化。圖1為光伏電站在7月某晴天不同時段發(fā)電量分布。早上5～6點后開始發(fā)電，此時輸出功率非常小。隨著太陽輻射強度的不斷增強，光伏電站的輸出功率不斷變大并達到峰值。午后，隨著太陽高度角的減少，光伏電站的發(fā)電功率逐漸降低，至傍晚就基本停止發(fā)電。

圖1 光伏電站實際一天發(fā)電功率

由于不同季節(jié)日照時間不同，光伏電站在不同月份發(fā)電量也有較大差異，如圖2所示。1月、2月和12月日照時間最少，發(fā)電量總共只有751735KWh。日常不同天氣太陽輻射強度不同，也會影響光伏電站的輸出功率。在晴天，光伏電站的輸出功率高，多云或陰天，光伏電站的輸出功率就低。由于常州地區(qū)在6月份處于黃梅雨季節(jié)，導(dǎo)致該月份發(fā)電量相對較少。

1.2 溫度對光伏電站發(fā)電的影響

光伏組件的輸出功率受運行溫度影響非常大。光伏組件在高于25℃環(huán)境下隨溫度升高光伏組件的短路電流（Isc）隨溫度的升高略微增大，但開路電壓（Voc）則大幅降低，如圖3所示。由公式（1）可知隨著Voc大幅降低，組件效率也會減小，每升高1℃，組件功率減少0.35%。

？濁=×100%（1）

其中η為組件效率，F(xiàn)F為組件填充因子，S為組件受光面積，E為光照強度。

圖3 光伏組件的溫度特性

Fig.3 Temperature characteristics of photovoltaic module

從圖2也可以看出光伏電站實際發(fā)電數(shù)據(jù)也是受溫度影響較大。一年中太陽最長照射時間和最強輻射強度應(yīng)該出現(xiàn)在7月份，但是從圖2中可以看出7月份并不是一年中發(fā)電量最多月份，而是4月和5月。有時由于環(huán)境溫度過高，將會導(dǎo)致輸出電壓低于逆變器工作電壓，光伏電站不能有效發(fā)電[5]。

1.3 灰塵對光伏電站發(fā)電的影響

由于城鎮(zhèn)化和工業(yè)化加快，霧霾天氣頻發(fā)，空氣中顆粒不僅影響人體健康，同時對光伏電站輸出功率的影響也比較大，特別是西部和華北地區(qū)?？諝庵械母m沉積在組件玻璃板表面，遮擋照射在光伏組件上的光線，降低太陽輻射量，從而減小光伏電站的輸出功率。同時灰塵覆蓋在光伏組件表面，組件的散熱受到很大影響，提高組件的工作溫度，影響光伏電站的工作效率。安徽某光伏電站由于20天灰塵積累，導(dǎo)致光伏電站輸出功率下降24%[6]。深圳某光伏建筑一體化電站通過清洗15天灰塵積累光伏組件，組件效率平均提高25%[7]。endprint

圖4（a）是光伏電站運行4年來發(fā)電總量。從圖中可以看出光伏電站發(fā)電量逐年減少，其中一個重要原因是自從光伏電站運行以來，光伏組件就未清洗，組件表面灰塵較多，遮擋組件光的吸收。

（a）光伏電站每月發(fā)電量

（b）每年總發(fā)電量

1.4 光伏組件衰減對電站發(fā)電量的影響

光伏電站在運行后，光伏組件會發(fā)生功率衰減，其產(chǎn)生原因主要包括初始光致衰減和組件老化衰減。初始光致衰減主要是由于p型硅片中硼摻雜劑與氧形成復(fù)合中心，降低少子壽命。硅片中含硼和氧越多，光伏組件功率衰減越大[8]。該類衰減一般發(fā)生在光伏電站運行初期，后期對電站功率衰減影響較小，如圖4（b）所示。2014年較前一年輸出功率減少了9%，但是2015年電站輸出功率并未減少，一方面是由于該年份光照輻射強度大，另一方面是由于初始光致衰減影響減弱。為了減少硼氧復(fù)合對光伏電站效率的影響，行業(yè)正在研究用n型硅片取代p型硅片。

組件老化衰減主要是由于組件長期暴露在高溫、強光照射、氧、水等復(fù)雜環(huán)境下工作，導(dǎo)致光伏組件背板和封裝EVA膠膜老化，從而出現(xiàn)變色、起皺、脫層等失效現(xiàn)象。常州某光伏電站所用部分組件已有黃變，從圖4（b）中可以看出2016年電站輸出功率大幅減少，主要是由于組件老化衰減導(dǎo)致。

2 結(jié)論

1）光照強度是影響光伏電站輸出功率最重要因素，光照強度越強，電站輸出功率越大。

2）環(huán)境溫度對光伏組件也具有重要影響，在高于一定溫度下，組件功率隨溫度升高迅速衰減。

3）光伏組件表面的灰塵遮擋光線，降低光照強度，嚴重影響光伏電站的發(fā)電效率，必須要對組件進（下轉(zhuǎn)第64頁）（上接第54頁）行定期清洗。

4）由于晶硅組件存在初始光致衰減和組件老化衰減，減少光伏電站輸出功率。

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