基于电池片遮挡的光伏组件功率研究

杭州奥能电源设备有限公司 田红丹 华电新疆发电有限公司新能源分公司 安 波

近年来，由于国际能源危机越来越严峻，太阳能、风能等清洁能源因其具有分布广泛、无污染、使用方便等优点，受到各国政府的普遍认同[1]，各种规模的光伏电站、风力电站也应运而生。然而光伏发电在发展过程中也遇到了许多问题，比如遮挡、光伏组件PID 效应、失配等。其中遮挡对光伏组件功率的影响更是亟待解决，光伏组件的功率输出会影响到光伏逆变器能否搜索到真正的最大功率点。而且光伏组件被长期遮挡会造成热斑现象，光照充足时被遮挡电池片温度明显高于其他正常电池片温度，严重时温差超过50度，长期运行存在发生火灾的风险。

本文以光伏电站运行一年的几种形式的电池片遮挡组件为例，通过与正常光伏组件对比，研究电池片长期遮挡情况下光伏组件输出特性和功率变化[2]。

1 光伏阵列的工程模型

以60电池片光伏组件为例（图1），组件内含有3个旁路二极管，使得组件的局部遮挡具有一定的特殊性。所做实验组件旁路二极管为理想二极管，不考虑它们的压降对组件特性的影响。

2 遮挡损失的定义和成因

遮挡损失是指由灰尘或污渍遮挡而造成损失。当电池片玻璃盖板表面有遮挡时，实际达到光伏玻璃盖板表面的光强较无污渍遮挡时少或由污渍吸收的光能转变而来的热增大了组件的温升损失，均可造成遮挡状态下的发电功率要比清洁状态少[3-5]。

图1 单块光伏组件结构示意图

3 实例分析

光伏发电系统概况。以某屋顶分布式光伏发电系统为例，采用260Wp 多晶硅光伏组件，根据用配电系统现状，采用交流0.4kV电压等级接入配电网，实现厂区自用，余电上网模式。

测试样本。现场选定同一屋顶、同一批次、同一规格、同一运行时间的8块光伏组件，且所有光伏组件经电致发光测试内部均无缺陷。其中4块为电池片无遮挡的完好光伏组件，另外4块为个别电池片长期遮挡的光伏组件。

测试设备及方法。测试设备包括标准光伏组件（晶硅）、温控箱、光伏组件功率测试系统，其中标准光伏组件（晶硅）可校准光伏组件功率测试系统，温控箱保证被测光伏组件温度稳定在标准测试温度25±2℃，光伏组件功率测试系统测定标准测试条件下光伏组件标称功率。测试设备参数表如表1。

测试方法严格执行《地面用光伏组件(PV)-设计鉴定和定型-第二部分：测试方法》（IEC 61215-2-2016），组件标称工作温度与标准测试条件下的性能检测流程，检查所用的仪器、标准物应经过国家相关计量部门校准并在有效期内。

表1 测试设备参数表

表2 组件STC条件下最大功率统计表

图2 光伏组件样品外观图

图3 光伏组件样品I-V/P-V特性曲线图

4 结果与分析

表2中给出了各组件标准测试条件（STC条件）的最大功率，以及测试时刻的工作电压、工作电流、光照强度、背板温度、组件转换效率。各组件外观如图2所示，I-V/P-V特性曲线如图3所示。

从以上测试结果可分析出，遮挡组件功率衰减最低38.4%，功率衰减最高达到69.6%；遮挡组件的功率和遮挡电池片的块数不成比例关系，并不是遮挡块数越多其功率越低，还与其遮挡电池片排列有关；75%遮挡组件工作电流严重偏低，导致其功率严重偏低；遮挡组件较正常组件的I-V/P-V特性曲线均异常。

5 结语

通过对运行一年的遮挡组件和正常组件进行功率测试，标定了遮挡组件和正常组件在标准测试条件下的最大功率，从测试结果可分析出遮挡组件功率较正常组件功率严重偏低，遮挡两块电池片功率可衰减69.6%。遮挡组件功率与遮挡块数和遮挡电池片排列有关，遮挡组件较正常组件的I-V/P-V 特性曲线均异常，功率严重偏低的原因多数是由于其工作电流偏低，当遮挡组件串联在组串中正常工作时，会导致整个组串电流与遮挡组件电流一致，严重影响光伏电站发电效率。