特變電工新疆新能源股份有限公司系統(tǒng)集成研發(fā)部 ■ 尤鴻芃 張梅 汪婷婷

0 引言

我國(guó)西北地區(qū)有極豐富的太陽(yáng)能資源，很多大型并網(wǎng)光伏電站都建設(shè)于此。但因空氣中沙塵較多，沙塵附著在光伏組件上嚴(yán)重影響其發(fā)電效率[1]，因此有必要研究積灰對(duì)光伏組件發(fā)電效率的影響。目前國(guó)內(nèi)外都比較重視對(duì)組件積灰的研究，但這些研究的重點(diǎn)集中在仿真計(jì)算及自然條件下積灰量與發(fā)電效率隨時(shí)間的關(guān)系，關(guān)于積灰對(duì)組件發(fā)電效率的影響方式研究很少，而這一研究對(duì)于確定組件的清潔策略有著重要意義。

為此，在特變電工哈密863項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)電站開展了自然條件下不同形式組件積灰密度及積灰對(duì)組件效率影響的研究。對(duì)比研究了不同傾角和跟蹤形式組件的積灰密度，并且研究了1日內(nèi)不同時(shí)段組件的并網(wǎng)功率。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 不同形式組件積灰量測(cè)量

分別測(cè)量了最佳傾角(39°)固定式、平單軸、斜單軸、雙軸、聚光，以及傾角分別為35°、40°、45°的可調(diào)式支架所安裝組件表面的積灰量。利用絕緣子污穢試驗(yàn)常用的方法[2]測(cè)量組件表面的積灰密度，以對(duì)比不同形式組件的積灰量及積灰對(duì)發(fā)電量的影響。

1.2 不同形式組串日發(fā)電量對(duì)比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)電站有砷化鎵聚光系統(tǒng)2個(gè)；多晶硅方陣有雙軸跟蹤方陣、平單軸跟蹤方陣、斜單軸及最佳傾角固定方陣各1個(gè)，每個(gè)多晶硅方陣有8個(gè)相同組串，每個(gè)組串由20塊組件組成。為對(duì)比研究積灰對(duì)不同跟蹤形式及砷化鎵聚光系統(tǒng)發(fā)電量的影響，特清洗每種形式一半的組串，然后從后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)中讀取發(fā)電量相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

1.3 不同積灰情形下多晶硅組串輸出特性研究

在積灰均勻的單塊組件上，積灰不影響組件I-V曲線的形態(tài)[3]，但在一個(gè)組串中可能出現(xiàn)積灰不均勻的現(xiàn)象，因此進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，分3種積灰情形進(jìn)行。

情形一：組串所有組件積灰量基本一致；情形二：只清洗組串中一半組件；情形三：組串上所有組件都被清洗。組串外觀如圖1所示，每個(gè)組串由20個(gè)245 Wp的光伏組件串聯(lián)而成，分別對(duì)這3個(gè)組串測(cè)試I-V曲線和P-V曲線，以觀察積灰部分對(duì)組串輸出特性的影響。

圖1 3種不同的積灰情形

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同跟蹤形式組件的積灰密度

如表1所示，7～10月份，哈密地區(qū)平單軸組件積灰密度最大，其次分別是雙軸、固定式(39°傾角)和斜單軸，聚光組件的積灰密度與多晶硅雙軸接近。表2為不同傾角的可調(diào)支架組件積灰情況，可以看出，傾角越大，組件表面越不容易積灰。

表1 不同跟蹤形式組件積灰密度（單位：g/m2）

表2 不同傾角組件表面積灰密度（單位：g/m2）

組件的積灰量與其傾角有很大關(guān)系，總體來講，傾角越大，灰塵越不容易在其表面積累，降水對(duì)組件的清洗效果也越明顯。不同跟蹤形式組件的傾角情況不同，跟蹤系統(tǒng)為了避免大風(fēng)損壞，在夜間或風(fēng)速過高時(shí)會(huì)調(diào)整組件至傾角最小狀態(tài)；組件傾角還隨著季節(jié)變化而變化，夏季夜間時(shí)間較短，雙軸跟蹤系統(tǒng)日間運(yùn)行傾角較小；冬季夜間時(shí)間較長(zhǎng)，雙軸跟蹤系統(tǒng)日間運(yùn)行傾角較大，故不同跟蹤形式組件傾角差異較大，導(dǎo)致積灰量有較大差異。此外，積灰量大小還與風(fēng)速、風(fēng)向、降水等諸多因素有關(guān)，情況非常復(fù)雜，還需要進(jìn)一步深入研究。

2.2 不同形式組串的積灰發(fā)電效率

經(jīng)對(duì)比，有積灰時(shí)平單軸日發(fā)電量下降約16%～17%，斜單軸日發(fā)電量下降約6%～7%，雙軸日發(fā)電量下降約11%～12%，固定式日發(fā)電量下降約7%～8%。

組件自然積灰對(duì)日發(fā)電量的影響與定量涂刷法所得結(jié)果相比明顯偏大[4]。10月22日真太陽(yáng)時(shí)9:00～15:00之間，有積灰組串與無(wú)積灰組串相比，其并網(wǎng)功率下降百分比如圖2a所示。對(duì)比圖2a與圖2b可知，組件積灰狀態(tài)下的發(fā)電效率并不僅與積灰量有關(guān)，還與陽(yáng)光入射角的變化趨勢(shì)相似，入射角越大，灰塵對(duì)組件發(fā)電功率的影響越大。這可能是因?yàn)樵诜e灰厚度一定的情況下，入射角越大，陽(yáng)光在積灰層中的路徑越長(zhǎng)，更容易發(fā)生反射、散射、吸收等現(xiàn)象，導(dǎo)致組件表面實(shí)際接收光強(qiáng)變小。此外，組件背板溫度、陽(yáng)光光譜的變化可能會(huì)改變積灰對(duì)組件并網(wǎng)功率的影響。

圖2 不同跟蹤形式組件積灰并網(wǎng)功率下降百分比及陽(yáng)光入射角日變化曲線

2.3 不同積灰情形下的P-V曲線

如圖3所示，不同積灰情形下，多晶硅光伏組串的P-V曲線形態(tài)也呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。情形一的曲線呈現(xiàn)出多峰特性，情形二和情形三的曲線都符合光伏組件P-V曲線的典型形態(tài)。

圖3 不同積灰密度下組件的I-V及P-V曲線

若一個(gè)組串中不同組件的積灰密度差異較大，在組件旁路二極管的作用下會(huì)造成P-V曲線的畸變，這種變化可能會(huì)對(duì)逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤功能造成影響，導(dǎo)致發(fā)電量下降。

3 結(jié)論

利用特變電工哈密863實(shí)驗(yàn)電站的便利條件進(jìn)行了光伏組件自然積灰實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析可得出以下結(jié)論：

1) 積灰量的大小與跟蹤形式有很大關(guān)系，在哈密地區(qū)積灰時(shí)間為7～10月份，積灰密度由大到小分別是平單軸、雙軸、固定式和斜單軸。

2) 積灰量與組件傾角有關(guān)，組件傾角越小，積灰量越大。

3) 對(duì)于多晶硅組件，積灰對(duì)組串并網(wǎng)功率的影響不僅與積灰密度有關(guān)，還與陽(yáng)光入射角有關(guān)，入射角越大，積灰對(duì)組件并網(wǎng)功率的影響越大。

4) 積灰造成的實(shí)際發(fā)電量下降比用定量涂刷法測(cè)量所得結(jié)果大，后續(xù)還需對(duì)人工積灰實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行改進(jìn)。

5) 組串不均勻積灰會(huì)使組串P-V曲線發(fā)生畸變，出現(xiàn)多峰情況，可能會(huì)導(dǎo)致并網(wǎng)逆變器對(duì)于最大功率點(diǎn)的判斷出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重影響發(fā)電量，故在清洗組件時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)遺漏。

[1] 時(shí)劍, 潘曉雷, 朱曉東, 等. 光伏組件表面積塵及立桿陰影對(duì)電站發(fā)電功率影響的測(cè)試分析[J]. 太陽(yáng)能, 2010, (9): 39－41.

[2] GB/T 4585-2004/IEC 60507:1991, 交流系統(tǒng)用高壓絕緣子的人工污穢試驗(yàn)[S].

[3] 張風(fēng), 白建波, 郝玉哲. 光伏組件表面積灰對(duì)其發(fā)電性能的影響[J]. 電網(wǎng)與清潔能源, 2012, 28(10): 82－86.

[4] 尤鴻 , 汪婷婷, 何銀濤. 積灰對(duì)多晶硅光伏組件效率影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 太陽(yáng)能, 2013, (23):39－41.