影响光伏阵列输出功率的因素

董双丽++郑柏恒++曾飞++曾婵娟++戴穗

摘 要本文提出了影响光伏阵列输出功率的若干因素，以实测结果为例，证实了这些因素的不容忽视性。结合相关标准、行业规范和市场要求，对实测结果进行分析。指出光伏发电系统设计、施工、运行各阶段需要注意的问题，对于提高系统的发电量具有重要意义。

【关键词】光伏阵列 输出功率 影响因素 减小措施

1 前言

由于全球能源危机，太阳能等资源丰富的新能源逐渐占有重要地位。据统计，2016年全球光伏累积装机容量超过300GW，全国累计装机容量达到77.42GW。光伏发电系统收益与发电量有关。光伏阵列作为系统的核心，对发电量的影响不容忽视。本文以实测结果为例，结合相关标准、行业规范和市场要求，分析功率衰降、遮挡、串并联失配和温升对光伏阵列输出功率的影响，并指出系统设计、施工、运行阶段需要注意的问题，对于提高系统发电量具有重要意义。

2 功率衰降

功率衰降指随着光照时间增加，组件输出功率逐渐下降的现象，通常用初始STC标称功率与实测修正STC功率之差与初始STC标称功率比值表示。工信部《光伏制造行业规范条件（2015年本）》指标：多晶硅组件1年内平均衰降不超过2.5%，2年内平均衰降率不超过3.0%，薄膜光伏组件1年内平均衰降率不超过5%。市场上惯用商业质保：10年衰减率不超过10%，25年衰减率不超过25%。近年来，我国西部地区某些地面光伏电站只运行1年，组件功率衰减率已超过3%，个别甚至超过5%～10%。衰减严重的原因是多方面的，总体来看，可分为三类：第一类，初始光致衰减；第二类，老化导致封装失效、焊接电路失效、接线盒和组件连接失效、电势诱导衰减PID和电池隐裂加剧等；第三类，破坏性因素引发电池片隐裂、碎裂等。第一类、第二类是组件生产过程中亟需解决的问题，在生产端，要加强对材料、工艺和质量的控制。第三类是在组件安装过程中可控，应加强卸车、倒运、安装质量控制，降低隐裂、碎片概率。

3 遮挡损失

当局部受到灰尘、污渍或阴影遮挡时，组件的伏安特性曲線呈阶梯状，功率电压曲线呈现多个局域峰值，导致阵列输出功率下降，系统发电量降低。灰尘和污渍遮挡损失通常用组串清洁后修正功率值与组串清洁前修正功率值之差与组串清洁后修正功率的比值表示。《CNCA/CTS0016-2015并网光伏电站性能监测与质量评估技术规范》规定：灰尘或污渍遮挡损失应以光伏电站的设定值为准。如电站没有设定值，平均测试结果原则上不超过5%。广东某屋顶光伏发电系统因长期没有清洗而导致灰尘和污渍遮挡损失高达5.7%。遮挡不仅影响系统发电量，而且使组件发热，引起热斑效应。当温度超过极限时，将烧爆玻璃。因此，系统运行过程中，要定期清洗组件表面灰尘和污物，保持组件表面洁净。对于阴影遮挡，《GB/T 29196-2012独立光伏系统 技术规范》规定，方阵场的选择应避免阴影影响，各阵列间应有足够间距，保证全年每天中当地时间的上午9时至下午3时之间组件无阴影遮挡。因此在光伏发电系统设计阶段，要充分考虑周边环境可能对组件造成的遮挡，选择合适的行距以避免前排组件阴影对后排组件的遮挡。

4 串并联失配损失

组件串并联时，理想状态是工作电流基本相同的组件串联，再将工作电压基本相同的组串并联，最后将工作电压基本相同的汇流箱并联（组串式逆变器不存在）。但实际安装中很难做到，即使是同种型号组件，其最佳工作电压和电流不一定完全相同，导致方阵输出总功率小于系统中所有组件最大功率之和，这部分功率损失叫做串并联失配损失。组件串联失配损失通常用各组件修正最大功率之和与组串修正工作功率的差值与各组件修正最大功率之和的比值表示。组串并联失配损失通常用各组串修正最大功率之和与汇流箱修正工作功率的差值与各组串修正功率值之和的比值表示。《CNCA/CTS0016-2015并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范》规定：组件串联失配损失不超过2%，并联失配损失不超过2%。以广东某屋顶光伏发电系统为例， 测试4 组 20 块组件串联的串联失配损失和4组 10 个组串并联接入汇流箱后的并联损失，最大值分别为 1.64% 和 0.92%，符合标准要求。新旧组件或不同规格组件混用、不合理的组件连接方式、局部遮挡等都会导致失配损失，在光伏电站的设计、施工和运行阶段要予以充分考虑。

5 温升损失

晶体硅电池光电转换效率具有负温度系数，随电池温度上升而线性下降。因此，工作温度是影响光电转换效率和发电量的重要因素。工作温度每提高1℃，功率输出减少0.3%～0.5%。光伏组串功率温升损失率用25℃结温组串最大功率与未修正结温组串最大功率之差与25℃结温组串最大功率的比值表示。现场测试了广东某屋顶光伏发电系统南北两个朝向光伏组件功率温升损失，分别为16.26%和15.34%，背板温度分别为70.1℃、67.2℃。组件温升损失与组件的工作温度有关，因此，在光伏电站的设计阶段应充分考虑组件的散热条件，在组件的运行过程中尽量避免影响组件散热的现象出现。

6 结论

功率衰降、遮挡、串并联失配和温升是影响光伏阵列输出功率的重要因素，在系统的设计、施工、运行阶段各相关方应予以高度重视。

参考文献

[1]CNCA/CTS0016-2015并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范[S].

[2]光伏制造行业规范条件（2015年本）[S].

[3]孙晓.关于光伏组件标准中功率衰减指标的研究.标准科学[J].2014（05）：50-53

[4]GB/T 29196-2012独立光伏系统 技术规范 [S].

[5]D.Picaul，et al.Forecasting photovoltaic array power production subject to mismatch losses[J].Solar Energy，2010（84）：1301-1309.

作者单位

广东产品质量监督检验研究院 广东省佛山市 528300