基于電池片遮擋的光伏組件功率研究

杭州奧能電源設備有限公司 田紅丹 華電新疆發電有限公司新能源分公司 安 波

近年來，由于國際能源危機越來越嚴峻，太陽能、風能等清潔能源因其具有分布廣泛、無污染、使用方便等優點，受到各國政府的普遍認同[1]，各種規模的光伏電站、風力電站也應運而生。然而光伏發電在發展過程中也遇到了許多問題，比如遮擋、光伏組件PID 效應、失配等。其中遮擋對光伏組件功率的影響更是亟待解決，光伏組件的功率輸出會影響到光伏逆變器能否搜索到真正的最大功率點。而且光伏組件被長期遮擋會造成熱斑現象，光照充足時被遮擋電池片溫度明顯高于其他正常電池片溫度，嚴重時溫差超過50度，長期運行存在發生火災的風險。

本文以光伏電站運行一年的幾種形式的電池片遮擋組件為例，通過與正常光伏組件對比，研究電池片長期遮擋情況下光伏組件輸出特性和功率變化[2]。

1 光伏陣列的工程模型

以60電池片光伏組件為例（圖1），組件內含有3個旁路二極管，使得組件的局部遮擋具有一定的特殊性。所做實驗組件旁路二極管為理想二極管，不考慮它們的壓降對組件特性的影響。

2 遮擋損失的定義和成因

遮擋損失是指由灰塵或污漬遮擋而造成損失。當電池片玻璃蓋板表面有遮擋時，實際達到光伏玻璃蓋板表面的光強較無污漬遮擋時少或由污漬吸收的光能轉變而來的熱增大了組件的溫升損失，均可造成遮擋狀態下的發電功率要比清潔狀態少[3-5]。

圖1 單塊光伏組件結構示意圖

3 實例分析

光伏發電系統概況。以某屋頂分布式光伏發電系統為例，采用260Wp 多晶硅光伏組件，根據用配電系統現狀，采用交流0.4kV電壓等級接入配電網，實現廠區自用，余電上網模式。

測試樣本?，F場選定同一屋頂、同一批次、同一規格、同一運行時間的8塊光伏組件，且所有光伏組件經電致發光測試內部均無缺陷。其中4塊為電池片無遮擋的完好光伏組件，另外4塊為個別電池片長期遮擋的光伏組件。

測試設備及方法。測試設備包括標準光伏組件（晶硅）、溫控箱、光伏組件功率測試系統，其中標準光伏組件（晶硅）可校準光伏組件功率測試系統，溫控箱保證被測光伏組件溫度穩定在標準測試溫度25±2℃，光伏組件功率測試系統測定標準測試條件下光伏組件標稱功率。測試設備參數表如表1。

測試方法嚴格執行《地面用光伏組件(PV)-設計鑒定和定型-第二部分：測試方法》（IEC 61215-2-2016），組件標稱工作溫度與標準測試條件下的性能檢測流程，檢查所用的儀器、標準物應經過國家相關計量部門校準并在有效期內。

表1 測試設備參數表

表2 組件STC條件下最大功率統計表

圖2 光伏組件樣品外觀圖

圖3 光伏組件樣品I-V/P-V特性曲線圖

4 結果與分析

表2中給出了各組件標準測試條件（STC條件）的最大功率，以及測試時刻的工作電壓、工作電流、光照強度、背板溫度、組件轉換效率。各組件外觀如圖2所示，I-V/P-V特性曲線如圖3所示。

從以上測試結果可分析出，遮擋組件功率衰減最低38.4%，功率衰減最高達到69.6%；遮擋組件的功率和遮擋電池片的塊數不成比例關系，并不是遮擋塊數越多其功率越低，還與其遮擋電池片排列有關；75%遮擋組件工作電流嚴重偏低，導致其功率嚴重偏低；遮擋組件較正常組件的I-V/P-V特性曲線均異常。

5 結語

通過對運行一年的遮擋組件和正常組件進行功率測試，標定了遮擋組件和正常組件在標準測試條件下的最大功率，從測試結果可分析出遮擋組件功率較正常組件功率嚴重偏低，遮擋兩塊電池片功率可衰減69.6%。遮擋組件功率與遮擋塊數和遮擋電池片排列有關，遮擋組件較正常組件的I-V/P-V 特性曲線均異常，功率嚴重偏低的原因多數是由于其工作電流偏低，當遮擋組件串聯在組串中正常工作時，會導致整個組串電流與遮擋組件電流一致，嚴重影響光伏電站發電效率。