張 果,王 瑜,盧 剛,馬曉龍,雷鳴宇
(黃河水電光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)有限公司,西寧 810000)
隨著光伏組件制造成本的降低,越來(lái)越多的光伏電站已建成并投入使用[1-2]。光伏電站在投入運(yùn)行前和運(yùn)行過(guò)程中,均須進(jìn)行光伏組件最大功率測(cè)試分析[3],以便于評(píng)估光伏組件的性能。而對(duì)于測(cè)試儀,由于便攜式I-V測(cè)試儀具有使用方便、不受地形限制和體積小等諸多優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于光伏電站中光伏組件的最大功率測(cè)試工作中。
受限于戶(hù)外環(huán)境的影響,在實(shí)際的光伏組件最大功率測(cè)試中很難達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC)一樣的測(cè)試條件,因此,為了使實(shí)際測(cè)試中的測(cè)試結(jié)果具有更高的可重復(fù)性和準(zhǔn)確性,需要引入I-V特性曲線修正公式對(duì)實(shí)際的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正[4],將戶(hù)外非STC下的實(shí)際測(cè)試條件轉(zhuǎn)化成STC條件下之后再進(jìn)行測(cè)試。
由于在戶(hù)外測(cè)試時(shí)便攜式I-V測(cè)試儀的測(cè)試結(jié)果容易受天氣狀況(比如:風(fēng)速、太陽(yáng)輻照度)、光伏組件工作溫度及輻照計(jì)擺放位置等外界因素的影響[5-6],導(dǎo)致便攜式I-V測(cè)試儀的最大輸出功率測(cè)試值與光伏組件的最大輸出功率實(shí)際值之間會(huì)存在一定偏差[7],雖然這種偏差在戶(hù)外測(cè)試中無(wú)法避免[8-9],但其卻會(huì)影響整個(gè)光伏電站的性能評(píng)估。而通過(guò)對(duì)太陽(yáng)輻照度、風(fēng)速、光伏組件工作溫度和輻照計(jì)擺放位置等因素進(jìn)行控制,可有效降低便攜式I-V測(cè)試儀的測(cè)量誤差,提高其測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性[10-11]。
因此,為了更好地掌握外界因素對(duì)采用便攜式I-V測(cè)試儀進(jìn)行光伏組件最大功率測(cè)試時(shí)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性產(chǎn)生的影響,分析測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)偏差的原因,本文分別采用便攜式I-V測(cè)試儀和側(cè)打光組件功率測(cè)試儀(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“室內(nèi)臺(tái)式I-V測(cè)試儀”)作為測(cè)試設(shè)備,在室內(nèi)STC下采用室內(nèi)臺(tái)式I-V測(cè)試儀進(jìn)行光伏組件最大功率測(cè)試;然后通過(guò)改變戶(hù)外測(cè)試條件,如太陽(yáng)輻照度、風(fēng)速、光伏組件工作溫度、輻照計(jì)擺放位置等,采用便攜式I-V測(cè)試儀進(jìn)行光伏組件最大功率測(cè)試;將戶(hù)外不同測(cè)試條件下得到的光伏組件的開(kāi)路電壓Voc、短路電流Isc、最大輸出功率Pmax等數(shù)據(jù)與室內(nèi)STC下的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析便攜式I-V測(cè)試儀在不同測(cè)試條件下得出的光伏組件最大輸出功率值產(chǎn)生偏差的原因,找出影響便攜式I-V測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的因素。
1.1.1 室內(nèi)臺(tái)式I-V測(cè)試儀
室內(nèi)臺(tái)式I-V測(cè)試儀采用的是德國(guó)HALM公司生產(chǎn)的型號(hào)為CetisPV-XT1的測(cè)試儀,其光源為AAA級(jí)。室內(nèi)STC具體為:太陽(yáng)輻照度范圍為1000 ± 5 W/m2,光伏組件工作溫度范圍為25 ± 2 ℃,大氣質(zhì)量為AM1.5[12-14]。
本實(shí)驗(yàn)中室內(nèi)臺(tái)式I-V測(cè)試儀所測(cè)數(shù)據(jù)主要包括光伏組件的Pmax、Isc、Voc、最佳工作電流(即最大功率點(diǎn)時(shí)的電流)Impp、最佳工作電壓(即最大功率點(diǎn)時(shí)的電壓)Vmpp和填充因子FF等。
1.1.2 便攜式I-V測(cè)試儀
便攜式I-V測(cè)試儀采用的是德國(guó)HALM公司生產(chǎn)的型號(hào)為CetisPV-CT-F1的測(cè)試儀,其以自然光為光源,電壓的測(cè)試范圍為0~1000 V、電流的測(cè)試范圍為0~100 A、功率的測(cè)試范圍為0~100 kW。
本實(shí)驗(yàn)中便攜式I-V測(cè)試儀所測(cè)數(shù)據(jù)主要包括Pmax、Isc、Voc、Impp、Vmpp和FF等。
實(shí)驗(yàn)選用隆基樂(lè)葉光伏科技有限公司生產(chǎn)的60片型單面單晶硅光伏組件進(jìn)行光伏組件最大功率測(cè)試。所用光伏組件的規(guī)格型號(hào)為L(zhǎng)RP6-60PH-300W,標(biāo)稱(chēng)參數(shù)為:Pmax為300 W、Isc為9.81 A、Voc為40.1 V、Vmpp為32.8 V、Impp為9.15 A。實(shí)驗(yàn)共選用3塊光伏組件,條形碼分別為:LRP503038170900600049(記為“1#光伏組件”)、LRP503038170900600750(記為“2#光伏組件”)及LRP503038170900600877(記為“3#光伏組件”)。
采用室內(nèi)臺(tái)式I-V測(cè)試儀對(duì)3塊光伏組件樣品進(jìn)行最大功率測(cè)試,具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。由于在室內(nèi)STC下采用室內(nèi)臺(tái)式I-V測(cè)試儀得到的測(cè)試值的準(zhǔn)確性較高,偏差極小,因此以該測(cè)試值作為對(duì)比時(shí)的基準(zhǔn)值。
表1 室內(nèi)臺(tái)式I-V測(cè)試儀在室內(nèi)STC下得到的測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results obtained by indoor desktop I-V tester under indoor STC
在戶(hù)外測(cè)試時(shí)均采用便攜式I-V測(cè)試儀進(jìn)行光伏組件最大功率測(cè)試,分析輻照計(jì)擺放位置、光伏組件工作溫度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻照度等不同測(cè)試條件對(duì)便攜式I-V測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。
2.2.1 輻照計(jì)擺放位置對(duì)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響
由于光伏組件輸出功率除了會(huì)受太陽(yáng)直射光線的影響,還會(huì)受地面反射光線等的影響,導(dǎo)致光伏組件不同位置接收到的實(shí)際太陽(yáng)輻照度也會(huì)不同,因此在戶(hù)外進(jìn)行光伏組件最大功率測(cè)試時(shí),不同的輻照計(jì)擺放位置下得到的測(cè)試數(shù)據(jù)也會(huì)略有不同。
本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,輻照計(jì)的放置位置分別為:輻照計(jì)中間與光伏組件中間位置平行、輻照計(jì)最上方與光伏組件上邊沿平行和輻照計(jì)最下方與光伏組件下邊沿平行,然后研究在光伏組件工作溫度、太陽(yáng)輻照度和風(fēng)速等測(cè)試條件均相同的情況下,不同的輻照計(jì)擺放位置對(duì)光伏組件最大功率測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。
光伏組件的安裝方式一般分為豎排安裝和橫排安裝這2種。對(duì)豎排安裝的光伏組件進(jìn)行測(cè)試時(shí)輻照計(jì)的擺放位置示意圖如圖1所示。
圖1 對(duì)豎排安裝的光伏組件進(jìn)行測(cè)試時(shí)輻照計(jì)的擺放位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of placement position of irradiator when testing PV module installed in vertical row
在如圖1所示的3種輻照計(jì)擺放位置下,對(duì)3塊光伏組件樣品分別進(jìn)行最大功率測(cè)試,且每塊光伏組件除輻照計(jì)擺放位置不同外,其他測(cè)試條件,即太陽(yáng)輻照度(存在±5 W/m2的偏差)、光伏組件工作溫度(存在±2 ℃的偏差)、風(fēng)速(0 m/s)均相同。具體的測(cè)試條件及測(cè)試結(jié)果如表2~表4所示。其中:Irra為太陽(yáng)輻照度;Temp為光伏組件工作溫度。
對(duì)橫排安裝的光伏組件進(jìn)行測(cè)試時(shí)輻照計(jì)的擺放位置示意圖如圖2所示。
圖2 對(duì)橫排安裝的光伏組件進(jìn)行測(cè)試時(shí)輻照計(jì)的擺放位置示意圖Fig.2 Schematic diagram of placement position of irradiator when testing PV module installed in horizontal row
在如圖2所示的3種輻照計(jì)擺放位置下,對(duì)3塊光伏組件樣品分別進(jìn)行最大功率測(cè)試,且每塊光伏組件除輻照計(jì)擺放位置不同外,其他測(cè)試條件均相同,具體的測(cè)試條件及測(cè)試結(jié)果如表5~表7所示。
從表2~表7的測(cè)試結(jié)果可知,在輻照計(jì)擺放位置不同、其他測(cè)試條件均相同的情況下,所測(cè)得的光伏組件最大輸出功率值存在一定偏差,這是因?yàn)楣夥M件上不同位置接收的來(lái)自地面和前排光伏組件等反射的實(shí)際太陽(yáng)輻照度不同。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn):對(duì)豎排安裝的光伏組件進(jìn)行最大功率測(cè)試時(shí),輻照計(jì)擺放位置采用輻照計(jì)中間與光伏組件中間位置平行時(shí)的測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性較好,說(shuō)明該位置能較好地體現(xiàn)光伏組件整體接收太陽(yáng)輻照度的情況,而輻照計(jì)擺放位置過(guò)低或過(guò)高時(shí)均會(huì)導(dǎo)致所測(cè)光伏組件最大輸出功率值出現(xiàn)較大偏差;對(duì)橫排安裝的光伏組件進(jìn)行最大功率測(cè)試時(shí),輻照計(jì)擺放位置采用輻照計(jì)最上方與光伏組件上邊沿平行的位置時(shí)的測(cè)試結(jié)果較為準(zhǔn)確,而輻照計(jì)擺放位置過(guò)低時(shí)不能代表整個(gè)光伏組件接收太陽(yáng)輻照度的情況。
表2 光伏組件豎排安裝時(shí),在太陽(yáng)輻照度為800 ±5 W/m2、光伏組件工作溫度為55 ±2 ℃、風(fēng)速為0 m/s的條件下得到的1#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of 1# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 800 ±5 W/m2 and PV module working temperature of 55 ±2 ℃ and wind speed of 0 m/s when PV module is installed vertically
表3 光伏組件豎排安裝時(shí),在太陽(yáng)輻照度為800 ±5 W/m2、光伏組件工作溫度為60 ±2℃、風(fēng)速為0 m/s的條件下得到的2#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 3 Test results of 2# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 800 ±5 W/m2 and PV module working temperature of 60 ±2 ℃ and wind speed of 0 m/s when PV module is installed vertically
表4 光伏組件豎排安裝時(shí),在太陽(yáng)輻照度為800 ±5 W/m2、光伏組件工作溫度為52 ±2 ℃、風(fēng)速為0 m/s的條件下得到的3#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 4 Test results of 3# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 800 ±5 W/m2 and PV module working temperature of 52 ±2 ℃ and wind speed of 0 m/s when PV module is installed vertically
表5 光伏組件橫排安裝時(shí),在太陽(yáng)輻照度為850 ±5 W/m2、光伏組件工作溫度為58 ±2 ℃、風(fēng)速為0 m/s的條件下得到的1#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 5 Test results of 1# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 850 ±5 W/m2 and PV module working temperature of 58 ±2 ℃ and wind speed of 0 m/s when PV module is installed horizontally
表6 光伏組件橫排安裝時(shí),在太陽(yáng)輻照度為850 ±5 W/m2、光伏組件工作溫度為53 ±2 ℃、風(fēng)速為0 m/s的條件下得到的2#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 6 Test results of 2# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 850 ±5 W/m2 and PV module working temperature of 53 ±2 ℃ and wind speed of 0 m/s when PV module is installed horizontally
表7 光伏組件橫排安裝時(shí),在太陽(yáng)輻照度為780 ±5 W/m2、光伏組件工作溫度為53 ±2 ℃的條件下得到的3#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 7 Test results of 3# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 780 ±5 W/m2 and PV module working temperature of 53 ±2 ℃ and wind speed of 0 m/s when PV module is installed horizontally
2.2.2 不同的光伏組件工作溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響
光伏組件工作溫度會(huì)影響光伏組件的輸出功率,在輻照計(jì)擺放位置(以豎排安裝光伏組件時(shí)輻照計(jì)中間與光伏組件中間位置平行時(shí)為例)、太陽(yáng)輻照度(存在±5 ℃的偏差)和風(fēng)速(0 m/s)等測(cè)試條件均相同的情況下,針對(duì)不同光伏組件工作溫度對(duì)光伏組件最大功率測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響進(jìn)行了研究,具體的測(cè)試條件和測(cè)試結(jié)果如表8~表10所示。
從表8~表10的測(cè)試結(jié)果可以看出,每塊光伏組件在光伏組件工作溫度不同、其他測(cè)試條件相同的情況下,測(cè)試得到的光伏組件最大輸出功率值都會(huì)有一定偏差,但隨著光伏組件工作溫度的升高,測(cè)試得到的光伏組件最大輸出功率值會(huì)有略微的下降,這主要是由光伏組件的Voc降低造成的。測(cè)試結(jié)果與室內(nèi)STC下的值相比偏差越小越精確,因此光伏組件工作溫度較低時(shí)的測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性較好。
表8 在太陽(yáng)輻照度為800 ±5 W/m2的條件下得到的1#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 8 Test results of 1# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 800 ±5 W/m2
表9 在太陽(yáng)輻照度為725 ±5 W/m2的條件下得到的2#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 9 Test results of 2# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 725 ±5 W/m2
表10 在太陽(yáng)輻照度為870 ±5 W/m2的條件下得到的3#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 10 Test results of 3# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 870 ±5 W/m2
2.2.3 不同的太陽(yáng)輻照度對(duì)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響戶(hù)外的實(shí)際太陽(yáng)輻照度會(huì)對(duì)光伏組件的輸出功率產(chǎn)生影響。在輻照計(jì)擺放位置(以豎排安裝光伏組件時(shí)輻照計(jì)中間與光伏組件中間位置平行的擺放位置為例)、光伏組件工作溫度(存在±2℃的偏差)和風(fēng)速(0 m/s)等測(cè)試條件均相同的情況下,通過(guò)改變太陽(yáng)輻照度的大小,研究太陽(yáng)輻照度對(duì)光伏組件最大功率測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響,具體的測(cè)試條件和測(cè)試結(jié)果如表11~表13所示。
表11 在光伏組件工作溫度為57 ±2 ℃條件下得到的1#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 11 Test results of 1# PV module obtained under the condition of PV module working temperature of 57 ±2 ℃
表12 在光伏組件工作溫度為60 ±2 ℃的條件下得到的2#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 12 Test results of 2# PV module obtained under the condition of PV module working temperature of 60 ±2 ℃
表13 在光伏組件工作溫度為58 ±2 ℃條件下得到的3#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 13 Test results of 3# PV module obtained under the condition of PV module working temperature of 58 ±2 ℃
從表11~表13的測(cè)試結(jié)果可以看出,每塊光伏組件在太陽(yáng)輻照度不同、其他測(cè)試條件均相同的情況下,隨著太陽(yáng)輻照度的升高,光伏組件的Isc和Voc均有略微的升高,從而使光伏組件最大輸出功率值也隨之升高。測(cè)試結(jié)果與室內(nèi)STC下的值相比偏差越小越精確,因此太陽(yáng)輻照度較高時(shí)的測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性較好。
2.2.4 不同風(fēng)速對(duì)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響
在輻照計(jì)擺放位置(以豎排安裝光伏組件時(shí)輻照計(jì)中間與光伏組件中間位置平行的擺放位置為例)、光伏組件工作溫度(存在±2 ℃的偏差)和太陽(yáng)輻照度(存在±5 W/m2的偏差)等測(cè)試條件均相同的情況下,針對(duì)不同風(fēng)速對(duì)光伏組件最大功率測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響進(jìn)行了研究,具體的測(cè)試條件和測(cè)試結(jié)果如表14~表16所示。
從表14~表16中的測(cè)試結(jié)果可以看出,每塊光伏組件在風(fēng)速不同、其他測(cè)試條件相同的情況下得到的最大功率測(cè)試結(jié)果僅有微小的偏差,且這3塊光伏組件的最大輸出功率值并未隨著風(fēng)速的變化而出現(xiàn)明顯一致的增加或降低??紤]到風(fēng)速在測(cè)試過(guò)程中并未引起太陽(yáng)輻照度、光伏組件工作溫度等因素的變化,因此在2 m/s以?xún)?nèi)的風(fēng)速下,風(fēng)速對(duì)光伏組件最大功率測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性無(wú)明顯影響。
表14 在太陽(yáng)輻照度為800 ±5 W/m2、光伏組件工作溫度52 ±2 ℃的條件下得到的1#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 14 Test results of 1# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 800 ±5 W/m2 and PV module working temperature of 52 ±2 ℃
表15 在太陽(yáng)輻照度為800 ±5 W/m2、光伏組件工作溫度50 ±2 ℃的條件下得到的2#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 15 Test results of 2# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 800 ±5 W/m2 and PV module working temperature of 50 ±2 ℃
表16 在太陽(yáng)輻照度為870±5 W/m2、光伏組件工作溫度63±2 ℃的條件下得到的3#光伏組件的測(cè)試結(jié)果Table 16 Test results of 3# PV module obtained under the condition of solar irradiance of 870 ±5 W/m2 and PV module working temperature of 63 ±2 ℃
對(duì)上述測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn),在戶(hù)外環(huán)境采用便攜式I-V測(cè)試儀對(duì)光伏組件最大功率進(jìn)行測(cè)試的情況下,當(dāng)光伏組件采用豎排安裝方式時(shí),輻照計(jì)擺放位置選擇輻照計(jì)中間與光伏組件中間位置平行時(shí)得到的光伏組件最大功率測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性較好;當(dāng)光伏組件采用橫排安裝方式時(shí),輻照計(jì)擺放位置選擇輻照計(jì)最上方與光伏組件上邊沿平行時(shí)得到的光伏組件最大功率測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性較好;光伏組件工作溫度較低及太陽(yáng)輻照度較高時(shí)的光伏組件最大功率測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性較好。
本文通過(guò)改變戶(hù)外測(cè)試條件,如太陽(yáng)輻照度、風(fēng)速、光伏組件工作溫度、輻照計(jì)擺放位置等,針對(duì)采用便攜式I-V測(cè)試儀進(jìn)行光伏組件最大功率測(cè)試時(shí)外界因素對(duì)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響進(jìn)行了研究。在對(duì)室內(nèi)與戶(hù)外不同測(cè)試條件下測(cè)試得到的光伏組件各項(xiàng)電性能數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn):
1)輻照計(jì)擺放位置、光伏組件工作溫度和太陽(yáng)輻照度對(duì)便攜式I-V測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性均具有一定的影響,選擇較低的光伏組件工作溫度和較高的太陽(yáng)輻照度會(huì)減小測(cè)試結(jié)果的偏差。對(duì)豎排安裝的光伏組件進(jìn)行測(cè)試時(shí),最好的輻照計(jì)擺放位置是將輻照計(jì)中間與光伏組件中間位置平行,此時(shí)得到的測(cè)試結(jié)果較為準(zhǔn)確;對(duì)橫排安裝的光伏組件進(jìn)行測(cè)試時(shí),最好的輻照計(jì)擺放位置是將輻照計(jì)的最上方與光伏組件上邊沿平行,此時(shí)得到的測(cè)試結(jié)果較為準(zhǔn)確。
2)在2 m/s以?xún)?nèi)的風(fēng)速下,風(fēng)速對(duì)便攜式I-V測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性無(wú)明顯的影響。