光伏組件安裝時(shí)的電流分檔對(duì)電站發(fā)電量提升沒有增益

 文：荊樹剛 金塔縣粵水電新能源有限公司目前國(guó)內(nèi)地面集中式光伏電站進(jìn)行組件安裝時(shí)，多參照晶體硅太陽電池封裝電流分檔原則進(jìn)行，目的是避免安裝到系統(tǒng)中的組件由于電流失配引起的功率損失，最大程度的提高光伏系統(tǒng)的整體輸出功率。但在實(shí)際發(fā)電過程中發(fā)現(xiàn)，組件安裝時(shí)的電流分檔對(duì)電站發(fā)電量的提升沒有增益。本文對(duì)電流分檔后安裝到系統(tǒng)中的組件，到底是提升了發(fā)電量還是無益于發(fā)電量的提升進(jìn)行了研究，主要通過逆變器發(fā)電量、組件功率、開路電壓、工作電流等方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，最終提出功率分檔的設(shè)想。前言光伏組件電流分檔方法，首先測(cè)量各光伏組件的工作電流，并根據(jù)測(cè)試到的工作電流，按照規(guī)定將相同電流檔位的組件放置在一起（精準(zhǔn)到0.1A），并在鋁邊框上粘貼相應(yīng)的電流分檔標(biāo)簽；組件包裝時(shí)，根據(jù)鋁邊框上電流分檔標(biāo)簽，相同電流檔位的裝入同一箱，并在外箱上粘貼相同的電流分檔標(biāo)簽。系統(tǒng)安裝時(shí)，將同檔位組件按照一定的方案組裝在一條回路或一個(gè)區(qū)域中，避免不同電流檔位的組件混裝，理論上防止組件由于電流失配引起功率損失，最大程度的提高光伏系統(tǒng)的整體輸出功率。現(xiàn)以甘肅酒泉某一30MW光伏電站為例進(jìn)行說明，該電站30MW組件為同一廠家產(chǎn)品，匯流箱、逆變器使用陽光電源產(chǎn)品，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)至逆變器為止。上表所列為光伏電站某一時(shí)期500kW逆變器，在設(shè)備狀況完好、天氣、環(huán)境氣溫較為穩(wěn)定的條件下，采集10天的發(fā)電量的對(duì)比數(shù)據(jù)，單日單臺(tái)逆變器發(fā)電量最高與最低之間相差最大值為195.1 kWh，相差最小值為128.2 kWh，平均相差值為159.49 kWh。此發(fā)電量偏差系常年存在的問題，根據(jù)實(shí)際發(fā)電運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)無外界因素影響情況下，單臺(tái)逆變器發(fā)電量偏差在50 kWh左右為正常，若超出此范圍過大，必定是系統(tǒng)、設(shè)備、產(chǎn)品等自身原因引起。低發(fā)電量原因排查逆變器 全站均使用陽光電源股份有限公司生產(chǎn)同型號(hào)、同批次、統(tǒng)一配置容量為500kW逆變器，保護(hù)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)整定一致，顯示轉(zhuǎn)換效率98%-97%之間，統(tǒng)一裝配250W組件2000塊，運(yùn)行工況始終處于監(jiān)控之中，據(jù)此可基本判定發(fā)電量偏差非逆變器原因產(chǎn)生。 在無專業(yè)檢測(cè)設(shè)備情況下，逆變器顯示發(fā)電量，可作為現(xiàn)場(chǎng)較為可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)替代使用。直流匯流柜及匯流箱 起匯集分配電能的作用，屬非耗能設(shè)備。所屬控制開關(guān)、保險(xiǎn)、絕緣狀況、電壓、電流等運(yùn)行工況始終處于監(jiān)控之中，在設(shè)備運(yùn)行完好情況下不會(huì)引起發(fā)電量偏差。輸電線路 是輸送電能的通道，性能的好壞取決于線徑、材質(zhì)、接線可靠性、有無破損、極性是否正確、無短路接地情況發(fā)生。該電站輸電線路均使用銅芯導(dǎo)線，線徑設(shè)計(jì)保留充足的裕度，滿足發(fā)電需要無發(fā)熱現(xiàn)象，絕緣良好無破損情況，極性檢查正確，接線缺陷消除徹底，據(jù)此可排除線路原因。光伏組件 光伏電站用時(shí)近一年時(shí)間，經(jīng)過大量的工作排除了上述三方面原因，最終判斷導(dǎo)致發(fā)電量偏低的主要原因系光伏組件引起。光伏組件導(dǎo)致發(fā)電量偏低的原因分析安裝至光伏電站的組件導(dǎo)致發(fā)電量偏低的可能因素?zé)o外乎是外因和內(nèi)因兩方面。外因主要考慮組件破損、接線盒原因及安裝的低電流檔組件較多等因素；內(nèi)因只進(jìn)行功率、電壓、電流等因素的分析，未涉及電池片光致衰減、電池片因素、封裝材料因素。外因 即外界因素造成組件失效、輸出功率低下、輸電能力阻斷及低電流檔組件較多的原因。組件破損是造成組件失效的主要原因，破損一般因外力擊打、撞擊、清掃清洗、安裝不規(guī)范造成；接線盒原因主要有線盒密封失效、線盒與匯流條虛接、線盒內(nèi)部故障導(dǎo)致毀損、線盒正負(fù)極連接頭故障等。上述問題都可以通過日常巡檢、監(jiān)控報(bào)警、實(shí)地檢測(cè)等方法判斷并消除，只是造成發(fā)電量偏低的個(gè)體或短暫原因，非主要原因。是否是低電流檔組件安裝過多造成發(fā)電量的偏低呢，具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見下表：表二統(tǒng)計(jì)了低發(fā)電量區(qū)域安裝組件電流分檔情況，較高電流檔C檔組件和高電流檔D檔組件安裝數(shù)量占總隨機(jī)抽查量的98%以上，可以確定低電流檔組件安裝數(shù)量不是過多，相反該區(qū)域基本安裝的都是較高及以上電流檔組件。內(nèi)因 即組件自身功率、效率、工作電壓、工作電流等因素導(dǎo)致的發(fā)電量偏低的原因。首先我們對(duì)30MW光伏電站安裝組件的初始數(shù)據(jù)整體進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，具體情況見下表： 通過表三可以看到，現(xiàn)場(chǎng)安裝標(biāo)稱功率250W（+3%）組件12萬塊，實(shí)際出廠檢測(cè)功率分8檔即250W-257W，其中工作電壓共分4檔，工作電流共分8檔。隨著功率的逐步增大，工作電壓與電流的平均值逐步升高，也既反映出高功率組件輸出電量的能力要大于相對(duì)較低功率的組件。其次對(duì)不同發(fā)電量區(qū)域安裝的組件進(jìn)行了排查，排查數(shù)據(jù)如下： 表四表四反的數(shù)據(jù)是對(duì)不同發(fā)電區(qū)域安裝組件進(jìn)行隨即抽樣，對(duì)照原始安裝記錄按功率進(jìn)行的匯總。低發(fā)電量區(qū)域安裝組件 抽樣數(shù)量1586塊，其中250W-253W較低功率組件963塊，占總量的60.72%；254W-257W較高功率組件623塊，占總量的39.28%。高發(fā)電量區(qū)域安裝組件 抽樣數(shù)量1159塊，其中250W-253W較低功率組件198塊，占總量的17.08%；254W-257W較高功率組件961塊，占總量的82.92%。中發(fā)電量區(qū)域安裝組件 抽樣數(shù)量100塊，其中250W-253W較低功率組件26塊，占總量的26%；254W-257W較高功率組件74塊，占總量的74%。通過數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出，造成發(fā)電量偏低的主要原因是組件功率偏低造成，即發(fā)電量偏低區(qū)域安裝的組件60%以上是較低功率組件，較高發(fā)電量區(qū)域安裝的組件只有26%是較低功率組件，超過74%的組件是較高功率組件，而高發(fā)電量區(qū)域超過82%以上是較高功率組件。結(jié)論［1］組件安裝時(shí)的電流分檔對(duì)電站發(fā)電量提升沒有增益。光伏電站按照組件廠電流分檔標(biāo)識(shí)，分區(qū)域進(jìn)行組件安裝后，并沒有起到防止組件由于電流失配引起功率損失的目的。防止電流失配的前提條件是匹配區(qū)域的組件效率要基本相等，換句話說也就是功率要基本一致，相反現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域匹配組件功率相差較大，為標(biāo)稱功率*（+3%）之內(nèi)，即最大有8瓦的差距。所以，失去了上述前提條件，電流分檔也就失去意義和作用。［2］組件安裝時(shí)的電流分檔造成了不同功率組件的混裝。組件廠是對(duì)標(biāo)稱功率*（+3%）的組件統(tǒng)一電流分檔后裝箱，這就造成了同電流檔的250W-258W的組件混裝，最終導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)組件安裝后的功率混裝。［3］電池片封裝時(shí)的電流分檔原則不適用于電站組件的安裝。電池串聯(lián)時(shí)，兩端電壓為各單體電池中電壓之和，電流等于各電池中最小的電流；并聯(lián)時(shí)，總電流為各單體電池電流之和，電壓取平均值。常見的組件一般為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，若在串聯(lián)的正常電池中混入一片低電流的電池，根據(jù)電流取小原則，組件的輸出電流由這片最小電池的電池決定，組件的輸出功率會(huì)降低，造成較高的封裝損失。要減少電池匹配損失獲得最大的輸出功率，首先是選擇同等效率的電池片，其次再把開路電壓和短路電流性能相近的單片電池分選出來，然后采用Iap工作電流分檔方式進(jìn)行封裝成組件，防止電池失配情況的發(fā)生。組件安裝后匯集電能的串、并聯(lián)方式，相當(dāng)于電池片封裝時(shí)的串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)，但缺乏了選擇相同或相近電性能參數(shù)組件的過程。［4］組件功率一致的前提下，良好的匹配才能獲得較高的電能輸出。功率不一致組件混裝在一起，高功率的組件在發(fā)電，低功率的不是在發(fā)電，而是在耗電，高功率的組件產(chǎn)生的電能在低功率組件那里被消耗了。 撰稿人：荊樹剛 現(xiàn)場(chǎng)配合：楊吉洲2014-8-15