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

我國西北地區(qū)有極豐富的太陽能資源，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光伏組件發(fā)電效率的影響。目前國內(nèi)外都比較重視對組件積灰的研究，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)電效率隨時間的關(guān)系，關(guān)于積灰對組件發(fā)電效率的影響方式研究很少，而這一研究對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組件效率影響的研究。對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量

分別測量了最佳傾角(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]測量組件表面的積灰密度，以對比不同形式組件的積灰量及積灰對發(fā)電量的影響。

1.2 不同形式組串日發(fā)電量對比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)電站有砷化鎵聚光系統(tǒng)2個；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，每個多晶硅方陣有8個相同組串，每個組串由20塊組件組成。為對比研究積灰對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，每個組串由20個245 Wp的光伏組件串聯(lián)而成，分別對這3個組串測試I-V曲線和P-V曲線，以觀察積灰部分對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)速過高時會調(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，夏季夜間時間較短，雙軸跟蹤系統(tǒng)日間運(yùn)行傾角較小；冬季夜間時間較長，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)對比，有積灰時平單軸日發(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日真太陽時9:00～15:00之間，有積灰組串與無積灰組串相比，其并網(wǎng)功率下降百分比如圖2a所示。對比圖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)，還與陽光入射角的變化趨勢相似，入射角越大，灰塵對組件發(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，陽光在積灰層中的路徑越長，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、陽光光譜的變化可能會改變積灰對組件并網(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造成P-V曲線的畸變，這種變化可能會對逆變器最大功率點(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) 對于多晶硅組件，積灰對組串并網(wǎng)功率的影響不僅與積灰密度有關(guān)，還與陽光入射角有關(guān)，入射角越大，積灰對組件并網(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量所得結(jié)果大，后續(xù)還需對人工積灰實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行改進(jìn)。

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

[1] 時劍, 潘曉雷, 朱曉東, 等. 光伏組件表面積塵及立桿陰影對電站發(fā)電功率影響的測試分析[J]. 太陽能, 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. 積灰對多晶硅光伏組件效率影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 太陽能, 2013, (23):39－41.