光伏组件色差对组串发电效率的影响浅析

谢中庆，张树良

(广水桃江水电开发有限公司，益阳 413409)

0 引言

在光伏电站的实际运行过程中，发现同一光伏电站中的光伏组件表面颜色深浅不一，存在色差。为研究光伏组件色差是否会对光伏组串的发电效率产生影响，本文以普坪光伏电站为例，对该电站的深颜色光伏组件和浅颜色光伏组件的发电情况进行对比分析，并在试验室对浅颜色、深颜色光伏组件进行标准测试条件(STC)下的I-V测试。

1 光伏电站概况

普坪光伏电站位于湖南省岳阳市平江县伍市镇，占地面积约为500亩(1亩约为666.67 m2)，总建设规模为20 MW。采用单块功率为275 W的单晶硅光伏组件，共安装72732块；光伏阵列安装方位角为正南，光伏组件安装倾角为20°；共划分为18个装机容量约为1.1 MW的光伏方阵。

光伏电站所采用单晶硅光伏组件的型号为ZKX-275D-24，每块光伏组件由60片太阳电池组成，组件尺寸为1640 mm×992 mm×40 mm，光电转换效率为16.9%，功率公差为0～+3%；组件表面玻璃采用厚32 mm的镀膜超白钢化玻璃。该单晶硅光伏组件的年发电衰减率按第2年不超过3%、第3年起年线性衰减不超过0.7%，25年发电衰减率不超过19.1%。

每个光伏方阵内，由22块光伏组件组成1串光伏组串，15或16串光伏组串为1条发电支路，接入1个16路直流防雷汇流箱；1个光伏方阵共用12台16路直流防雷汇流箱、2台500 kV的逆变器、1台1000 kVA的双分裂变压器。9个光伏方阵汇集入1条集电线路，送至汇集站的35 kV母排，再经35 kV普长线(即普坪光伏电站与长乐变电站之间的线路)并入电网。该光伏电站建成后，首年设计上网电量为2092万kWh，25年平均年设计上网电量为1880万kWh。

2 光伏电站运行现状

该光伏电站投入运行后，发现在运行时光伏方阵中的光伏组件存在颜色差异，组件表面呈深蓝色或浅蓝色，如图1所示，且该颜色差异在阴雨天气状态下尤为明显。即使在光伏组件表面完全清洁的情况下，各光伏组件之间仍存在色差，但与表面有灰尘的光伏组件相比，完全清洁情况下的色差不明显。

图1 光伏组件色差实拍图Fig. 1 Photo of color difference of PV modules

3 光伏组件色差产生原因分析

对光伏方阵中的光伏组件色差问题产生的原因进行分析。

1)光伏组件生产过程中，使用的单晶硅材料不同、太阳电池生产批次不同，且太阳电池本身颜色就存在差异，从而造成不同生产批次的光伏组件颜色存在差异。

2)玻璃亲水性不同。虽然该光伏电站使用了同一厂家生产的光伏组件，但组件采用的镀膜玻璃的生产厂家不同，导致所采用镀膜玻璃的亲水性不同。遇到雨、雾、露等天气状态时，亲水性差异大，因此出现光伏组件颜色存在差异的现象。

3)光伏组件表面玻璃采用了镀膜玻璃。该生产工艺是在玻璃上涂敷一层液体，经过高温后使液体固化到玻璃上，通过增加玻璃表面的粗糙度来降低玻璃反光率，从而达到增加透光率的效果。镀制的这层减反射膜为完全透明，镀制后肉眼不可见。由于这层减反射膜一般是滚涂在玻璃上，从微观上来看，这种粗糙结构带有一定方向性(与滚涂方式有关)，如果滚涂方向不一致，在户外不同角度、不同光照强度下就会呈现不同的反光率和反光效果，且视角越大，此现象越明显。由于光伏组件镀膜玻璃在生产时难以确保所有生产线上的滚涂方向都一致，导致生产出的光伏组件在户外不同角度、不同光照强度下会产生色差现象。

4 光伏组件色差对发电效率的影响分析

4.1 光伏组件组合成串对比分析

由于不同颜色的光伏组件随机分布在各光伏方阵及各发电支路中，因此为分析光伏组件色差是否会对光伏组件[1]光电转换效率产生影响及影响程度，从不同发电支路中挑选22块颜色较深的光伏组件，将其拆下清洗干净后安装[2]，重新组成一条发电支路；按同样的方法挑选出22块颜色较浅的光伏组件，拆下清洗干净后重新组成另一条发电支路，并在发电状态下对比这2条发电支路之间的电流差异。

为使两条发电支路尽可能具有可比性，应确保环境(如天气、环境温度等)等外界因素相同，将对比的2条发电支路接入同一汇流箱，且只有这2条发电支路处于运行状态。

由于在光伏电站现有条件下无法实时观测到每一条发电支路的输出功率，因此选择在同一汇流箱内各发电支路接入直流母排电压近似相等的情况下来观察某条发电支路所测得的电流，以此来推算各发电支路的发电效率并进行对比。

选定在晴好天气情况下，通过上位机观察浅颜色光伏组件组成的5#发电支路(接入17#光伏方阵的7#汇流箱中)、深颜色光伏组件组成的6#发电支路(同样接入17#光伏方阵的7#汇流箱中)的电流情况，设置每15 min为1个记录时刻，记录发电支路的电流数值及汇流箱内母排电压等信息。不同时刻时上位机显示的2条发电支路电流值分别如图2、图3所示。

图2 09:45时7#汇流箱上显示的5#、6#发电支路的电流值Fig. 2 Current value of 5# and 6# power generation branches displayed on 7# combiner box at 09:45

图3 12:45时7#汇流箱上显示的5#、6#发电支路的电流值Fig. 3 Current value of 5# and 6# power generation branches displayed on 7# combiner box at 12:45

记录的一天内5#发电支路和6#发电支路的电流值情况如表1所示。根据所记录的电流值，绘制出一天内5#发电支路和6#发电支路的电流曲线，如图4所示。

从表1和图4的电流对比可以得知，在09:00～16:00时间段内，深颜色光伏组件发电支路的电流平均值比浅颜色光伏组件发电支路的电流平均值高0.1 A，说明深颜色光伏组件发电支路的发电效率优于浅颜色光伏组件发电支路的发电效率，以此可以说明光伏组件色差对组串发电效率存在影响。

图4 5#、6#发电支路的电流曲线对比Fig. 4 Comparison of current curves of 5# and 6#power generation branches

表1 5#、6#发电支路的电流值对比Table 1 Comparison of current values of 5# and 6#power generation branches

4.2 试验对比分析

为进一步论证光伏组件色差对组串发电效率的影响程度，分别从普坪光伏电站各光伏方阵中抽取深颜色光伏组件和浅颜色光伏组件各30块进行测试。首先在现场对这60块光伏组件分别进行红外热像检测和EL测试，2个测试结果均合格后，将这些光伏组件送至光伏组件检测试验室；为检查在搬运过程中是否有光伏组件受损的情况，在组件送至试验室后对这些组件再次进行EL测试，并进行绝缘测试、湿漏电测试，测试结果均合格；然后进行标准测试条件(STC)[3]下光伏组件的I-V测试，得到STC下浅颜色光伏组件、深颜色光伏组件的开路电压Voc、短路电流Isc、最佳工作电压(即最大功率点电压)Vmp、最佳工作电流(即最大功率点电流)Imp、最大输出功率Pmp、填充因子FF等电性能数据，分别如表2、表3所示。对表2、表3的数据进行统计后，得出浅颜色光伏组件和深颜色光伏组件的功率分布情况，如图5所示。

图5 浅颜色光伏组件和深颜色光伏组件的功率分布Fig. 5 Power distribution of light color PV modules and dark color PV modules

表2 STC下深颜色光伏组件的I-V测试结果Table 2 Results of I-V test of dark color PV modules under STC

(续表)

表3 STC下浅颜色光伏组件的I-V测试结果Table 3 Results of I-V test of light color PV modules under STC

(续表)

对表2、表3、图5的数据进行分析可知，在STC下测得的深颜色光伏组件的平均输出功率为268.620 W，平均输出性能为97.68%；浅颜色光伏组件的平均输出功率为265.606 W，平均输出性能为96.58%。综上，深颜色光伏组串的发电效率比浅颜色光伏组串的发电效率约高1%。

5 结论

本文以普坪光伏电站为例，对其光伏方阵中深颜色光伏组件和浅颜色光伏组件的光电转换效率进行了对比分析，并进行STC下的I-V测试，研究表明：光伏组件色差对组串发电效率存在影响，深颜色光伏组串的发电效率比浅颜色光伏组串的发电效率约高1%。本文的研究结果对今后光伏电站建设期的组件选型和运营期精细化管理具有一定的借鉴意义。