光伏組件衰減及系統(tǒng)效率下降原因分析

光伏組件雖然使用壽命可達25-30年，但隨著使用年限增長，組件功率會衰減，會影響發(fā)電量。另外，系統(tǒng)效率對發(fā)電量的影響更為重要。

　　一、組件的衰減

　　光致衰減也稱S-W效應。a-Si∶H薄膜經(jīng)較長時間的強光照射或電流通過，在其內(nèi)部將產(chǎn)生缺陷而使薄膜的性能下降，稱為StaEbler-Wronski效應(D.L.Staebler和C.R.Wronski最早發(fā)現(xiàn)。個人認為光伏組件的衰減實際就是硅片性能的衰減，首先硅片在長期有氧壞境中會發(fā)生緩慢化學反應被氧化，從而降低性能，這是組件長期衰減的主要原因;在真空成型過程中會以一定比例摻雜硼(空穴)和磷(給體)，提高硅片的載流子遷移率，從而提高組件性能，但是硼作為缺電子原子會與氧原子(給體)發(fā)生復合反應，降低載流子遷移率，從而降低組件的性能，這是組件第一年衰減2%左右的主要原因。

　　組件的衰減分為

　　1、由于破壞性因素導致的組件功率驟然衰減，破壞性因素主要指組件在焊接過程中焊接不良、封裝工藝存在缺膠現(xiàn)象，或者由于組件在搬運、安裝過程中操作不當，甚至組件在使用過程中受到冰雹的猛烈撞擊而導致組件內(nèi)部隱裂、電池片嚴重破碎等現(xiàn)象;

　　2、組件初始的光致衰減，即光伏組件的輸出功率在剛開始使用的最初幾天內(nèi)發(fā)生較大幅度的下降，但隨后趨于穩(wěn)定，一般來說在2%以下;

　　3、組件的老化衰減，即在長期使用中出現(xiàn)的極緩慢的功率下降現(xiàn)象，每年的衰減在0.8%,25年的衰減不超過20%;25年的效率質(zhì)保已經(jīng)在日本和德國兩家光伏公司的組件上得到證實。2012年以后國內(nèi)光伏組件已經(jīng)基本能夠達到要求，生產(chǎn)光伏組件的設備及材料基本采用西德進口。

　　二、系統(tǒng)效率

　　個人認為系統(tǒng)效率衰減可以不必考慮，系統(tǒng)效率的降低，我們可以通過設備的局部更新或者維護達到要求，就如火電站，水電站來說，不提衰減這一說法。

　　影響發(fā)電量的關鍵因素是系統(tǒng)效率，系統(tǒng)效率主要考慮的因素有灰塵、雨水遮擋引起的效率降低、溫度引起的效率降低、組件串聯(lián)不匹配產(chǎn)生的效率降低、逆變器的功率損耗、直流交流部分線纜功率損耗、變壓器功率損耗、跟蹤系統(tǒng)的精度等等。

　　1)灰塵、雨水遮擋引起的效率降低

　　大型光伏電站一般都是地處戈壁地區(qū)，風沙較大，降水很少，考慮有管理人員人工清理方陣組件頻繁度一般的情況下，采用衰減數(shù)值8%;

　　2)溫度引起的效率降低

　　太陽能電池組件會因溫度變化而輸出電壓降低、電流增大，組件實際效率降低，發(fā)電量減少，因此，溫度引起的效率降低是必須要考慮的一個重要因素，在設計時考慮溫度變化引起的電壓變化，并根據(jù)該變化選擇組件串聯(lián)數(shù)量，保證組件能在絕大部分時間內(nèi)工作在最大跟蹤功率范圍內(nèi)，考慮0.45%/K的功率變化、考慮各月輻照量計算加權(quán)平均值，可以計算得到加權(quán)平均值，因不同地域環(huán)境溫度存在一定差異，對系統(tǒng)效率影響存在一定差異，因此考慮溫度引起系統(tǒng)效率降低取值為3%。

　　3)組件串聯(lián)不匹配產(chǎn)生的效率降低

　　由于生產(chǎn)工藝問題，導致不同組件之間功率及電流存在一定偏差，單塊電池組件對系統(tǒng)影響不大，但光伏并網(wǎng)電站是由很多電池組件串并聯(lián)以后組成，因組件之間功率及電流的偏差，對光伏電站的發(fā)電效率就會存在一定的影響。組件串聯(lián)因為電流不一致產(chǎn)生的效率降低，選擇該效率為2%的降低。

　　4)直流部分線纜功率損耗

　　根據(jù)設計經(jīng)驗，常規(guī)20MWP光伏并網(wǎng)發(fā)電項目使用光伏專用電纜用量約為350km，匯流箱至直流配電柜的電力電纜(一般使用規(guī)格型號為ZR-YJV22-1kV-2*70mm2)用量約為35km，經(jīng)計算得直流部分的線纜損耗3%。

　　5)逆變器的功率損耗

　　目前國內(nèi)生產(chǎn)的大功率逆變器(500kW)效率基本均達到97.5%的系統(tǒng)效率，并網(wǎng)逆變器采用無變壓器型，通過雙分裂變壓器隔離2個并聯(lián)的逆變器，逆變器內(nèi)部不考慮變壓器效率，即逆變器功率損耗可為97.5%，取97.5%。

　　6)交流線纜的功率損耗

　　由于光伏并網(wǎng)電站一般采用就地升壓方式進行并網(wǎng)，交流線纜通常為高壓電纜，該部分損耗較小，計算交流部分的線纜損耗約為1%。

　　7)變壓器功率損耗

　　變壓器為成熟產(chǎn)品，選用高效率變壓器，變壓器效率為98%，即功率損耗計約為2%。

　　綜合以上各部分功率損耗，測算系統(tǒng)各項效率組件灰塵損失、組件溫度效率損失、組件不匹配損失、線路壓降損失、逆變器效率、升壓變壓器效率、交流線路損失等，可以計算得出光伏電站系統(tǒng)效率

　　η=(1-8%)*(1-3%)*(1-2%)*(1-3%)*(1-2.5%)*(1-1%)*(1-2%)=80.24%。

　　經(jīng)過以上分析，可以得出光伏并網(wǎng)電站系統(tǒng)效率通常為80%。