南方某分布式光伏電站系統效率異常分析

祝 良 李定青

1.廣東粵電湛江生物質發電有限公司

2.南電能源綜合利用有限公司

3.陽山南電生物質發電有限公司

0 概述

南方某分布式光伏電站位于工業園區內，利用工業園區彩鋼瓦屋頂及辦公樓屋面建設裝機容量為2.02 MWp 的光伏電站，組件采用屋面平鋪方式安裝，子陣分布于多個屋頂且朝向不同。項目布局圖見圖1。

圖1 光伏項目布局示意圖

根據項目可研報告，項目首年發電效率為76%，衰減率2.5%，次年衰減率0.7%，25年衰減不超過20%，年平均衰減率0.8%，可研設計的預測發電量與實際發電量見圖2。從圖2 可看出，該項目前4 年實際發電量僅為設計預測發電量的70%，實際發電量與設計值存在較大偏差。

圖2 設計發電量與實際發電量比對

另，由于項目建設時未安裝環境檢測儀，無法直接統計場站的輻射量，輻射量取自離該電站70 km外的光伏電站的輻射量作為參考來計算項目的系統綜合發電效率（PR），部分月份的PR統計值見表1。從表1 可看出，項目的系統綜合發電效率最高時僅為61.53%，較設計值低14.47個百分點。

表1 部分月份綜合發電效率

1 現場調查

針對該項目發電量、發電效率與設計值存在較大偏差，業主組織廠家、第三方檢測單位等開展了發電量及綜合效率低的原因調查。

1.1 太陽能資源

根據Meteonorm8.1 氣象數據庫數據，項目建設點平均水平輻射量為1 183 kWh/m2，而項目可研輻射量采用的是1983-2005年NASA數據庫數據，即水平輻射量為1 359 kWh/m2，與Meteonorm8.1數據偏差值為14.9%。進一步引入行業普遍認可的 SolarGIS 光資源數據，根據 SolarGIS 2007-2020年衛星遙感數據，該項目點水平輻射量為1 130.1 kWh/m2，與Meteonorm8.1 數據偏差為-4.4%，偏差較小。因此可研輻射量采用NASA數據的采信度較低，較實際輻射量偏高，造成可研預測發電量偏高［1-3］。

1.2 污漬遮擋

為直觀評估污漬遮擋對組件輸出功率的影響，現場隨機抽取10 塊型號為JAP60S01-270/SC，功率270 Wp 光伏組件在實驗室進行清洗前后在標準測試條件下的IV 性能測試，測試結果見圖3。從圖3 可見，組件清洗前平均功率衰減率為16.07%，主要為短路電流Isc 的衰減，為14.64%；清洗后平均功率衰減率為5.92%，同樣也是組件短路電流Isc的衰減，為4.93%，可見污漬遮擋損失為10.15%。因此推測當前組件主要衰減來源于組件材料的衰減和污漬遮擋導致的光生電流損失，考慮到組件運行超過4 年，其輸出性能基本在功率質保衰減范圍內，即材料的衰減水平基本正常［4-7］。

圖3 組件STC最大功率測試

1.3 光伏方陣標稱功率檢測

現場隨機抽取20 串光伏組串進行清洗前的功率測試，測試組件的輸出特性平均值為71.78%，最大79.17%，最小59.72%。為進一步查找組串輸出特性低的原因，對現場進行了全面缺陷排查，發現約20 串組串存在串聯失配、直流電纜短路、電纜接觸不良等故障，見圖4、5。

圖4 直流電纜短路熔斷

1.4 光伏組件EL檢測

現場對80塊光伏組件進行了電致發光（EL）缺陷測試，發現3 塊存在不同程度的問題，主要為虛焊。結合組件功率測試結果，對缺陷進一步分析，統計顯示有內部缺陷的組件的功率衰減不明顯高于無缺陷的組件，可見組件內部缺陷對功率并未產生顯著影響［8-12］。

1.5 光伏組件IR掃描

現場使用無人機對全站光伏組件進行了紅外掃描，發現857 塊組件有熱斑問題，占全站光伏組件數量的11.44%。現場觀察發現，組件的粉塵污染較嚴重，幾乎每塊都存在灰塵堆積，清洗并不能完全清除。粉塵來源于物料轉運、破碎、輸送環節的揚塵，熱斑主要為污漬遮擋導致［13-15］，見圖6a、b。

圖6 紅外成像熱斑檢測

1.6 逆變器性能檢測

現場對4 臺逆變器進行了效率測試，測試時間不少于30 min，測試結果平均值見表2，結果顯示逆變器效率在正常運行范圍內［16-18］。

表2 逆變器效率測試結果

1.7 系統性能分析

現場連續2 天對電站系統綜合效率進行了測試，計算系統效率PR 值，測試結果見表3。從表3可見，項目投產以來參考離項目70 km的光伏電站輻射量數據計算得到的系統效率與現場測試結果基本一致。

表3 系統效率（PR值）測試結果

1.8 其他方面

現場檢查發現設計時為增加電站裝機容量，組件布置緊湊，未預留運維通道，對以后的運維工作造成較大困難。此外，光伏監控功能不完善，無法監視組串電流、電壓，造成組件故障無法及時處理［19-20］。

2 初步結論

1）可研采用NASA 氣象數據預測的發電量偏高，建議采用Meteonorm8.1 氣象數據作為項目的輻射數據，項目所在點年平均水平輻射量為1 183 kWh/m2。

2）實驗室測試結果顯示，組件的衰減主要表現為污漬遮擋導致的光生電流損失，組件運行4 年后其輸出特性基本在功率質保衰減范圍內，即組件材料的衰減水平基本正常。

3）根據現場系統效率測試，結合組件IR掃描和現場觀察，電站粉塵污染較嚴重，且清洗不能完全清除，綜合判斷粉塵污染造成的組件輸出性能下降是影響電站系統效率的主要因素。

4）現場檢查發現部分組串直流電纜短路和開路、組件串聯失配、匯流箱端子松脫等也是造成系統發電效率偏低的重要因素。

5）電站監控功能不完善，無法監視組串電流、電壓，造成組件故障無法及時處理，影響發電量和發電效率。

3 提效整改

1）針對現場檢測發現的問題，項目組織了對組串直流電纜短路、開路、組串串聯失配、匯流箱端子松脫等缺陷進行了處理，并對所有光伏子方陣進行了全面清洗以降低組件的臟污程度。通過整改，光伏可研發電量完成率提高約20%，系統效率提高20%，整改提效后的發電數據見表4。

表4 整改提效后發電數據

2）對光伏監控系統進行了改善，增加了關鍵參數如輻射量、組串電壓電流、日月報表等監控功能，以便及時發現故障，減少發電損失。

4 結論

1）由于光伏監控功能不完善，只能根據歷史數據及經驗進行分析，無法高效監控關鍵參數和分析系統發電效率。通過現場檢測，發現污漬遮擋、部分組串故障為電站發電效率低的主要原因，建議設置組件清洗標準，當污染導致系統發電效率降低2%時進行組件清洗。揚塵嚴重區加裝自動清洗系統，為不影響白天發電，可夜間清洗。

2）可研輻射量采用NASA 數據采信度低，較實際輻射量高，造成可研預測發電量高，建議采用Meteonorm8.1氣象數據，以真實反映系統效率。