光伏组件是若何自然老化衰减的？

择要：针对光伏组件自然老化年度衰减问题,, 对32家主流光伏企业进行了户外老化测试, 通过对两个自然年内组件衰减率和发电量测试得到的干系数据进行比拟和剖析, 得出了我国主流光伏组件的衰减率规律以及晶体硅组件在不同辐照下的性能表现趋于同等的结论.

作者：王冬, 王黎, 黄静

0 弁言

经由十几年的发展, 光伏家当已经成为中国为数不多的、可以同步参与国际竞争、并有望达到国际领先水平的行业, 是推动中国能源变革的主要引擎.中国硅质料、硅片、电池、组件、逆变器等产品产量均位居环球首位, 并霸占较大市场份额.同时, 中国光伏发电运用增长势头迅猛, 新增装机连续4年位居环球第一位, 累计装机连续2年位居环球第一位.面对这些大好形势, 在家当高速发展的同时必须提高产品的质量, 以确保光伏家当的持续、康健发展.光伏产品的质量是担保光伏电站长期有效运营25年的关键, 组件作为光伏电站的核心部分, 其效率与衰减无疑是电站业主关注的重中之重, 也是事关25年发电量与收益率的主要成分.

因此, 研究组件功率衰减非常有必要.晶体硅太阳电池的早期光致衰减征象是在30多年前不雅观察到的, 随后人们对此进行了大量的科学研究.组件功率衰减包括组件初始光致衰减、组件材料老化衰减及外界环境或毁坏性成分导致的组件功率衰减[1, 2]。

本文紧张研究老化衰减, 此类衰减紧张由于电池的缓慢衰减以及封装材料的性能退化所造成的, 此类衰减可通过实验室仿照环境和相应的加速老化实验[3, 4], 但实验室验证结果是否能反应实际条件下的利用结果仍存在疑问, 为办理这个问题, 本文采取了户外实证检测的方法, 利用CTC国检集团在海南的实证老化基地, 对32家主流光伏组件企业进行了户外老化测试, 通过数据剖析, 得到两个自然年的光伏组件的衰减率规律, 为EPC、发电集团等部门选择组件供应了数据支持.

1 海南实证基地先容

CTC国检集团 (中国建材考验认证集团株式会社) 在海南、吐鲁番、北京建有三个国家级的户外实证基地, 通过在这三个地点的范例景象条件下进行自然户外老化测试, 对不同类型的光伏系统和不同企业的光伏产品的实际发电性能、衰减规律及利用寿命进行实地验证和产品性能比对研究, 建立公道、全面、威信的数据库, 为政府供应决策参考和我国光伏企业的技能进步供应支撑, 从而勾引光伏制造行业加快转型升级, 推动我国光伏家当持续康健发展.

CTC国检集团海南户外基地是海内第一个通过中国合格评定国家认可委员会 (CNAS) 认可的国家级光伏户外实证基地, 除了户外实证基地的根本举动步伐之外, 还购买了多台检测设备, 搭建了一个组件实验室, 可以完成实验室I-V测试、现场I-V测试、湿泄电流测试、绝缘耐压测试、电致发光测试 (EL) 、红外测试、组件环境实验等项目.

海南岛是我国最具热带海洋性景象特色的地方, 整年暖热, 雨量充足, 干湿时令明显, 常风较大, 热带风暴和台风频繁, 景象资源多样.海南岛年太阳总辐射量约1279~1628kWh/m2, 年日照时数为1750~2650h, 年均匀气温在23℃~25℃之间, 整年无冬;大部分地区降雨充足, 全岛年均匀降雨量在1600mm以上.在这种范例的湿热、强紫外的景象条件下进行户外实证测试, 得到的数据非常有代表性.

2 组件衰减率测试过程

2.1 年度衰减率定义

光伏组件年度衰减率是指光伏组件运行一段韶光后 (常日为一个自然年) , 在标准测试条件下 (AM1.5, 组件温度25℃, 辐照度1000 W/m2) 测试最大输出功率与投产运行初始最大输出功率差值和投产运行初始最大输出功率的比值.

2.2 园地哀求

曝露试验场应具备并网条件, 知足试样的并网运行测试哀求, 四周开阔, 附近没有遮挡试样或影响主导风向的建筑物或树木, 阔别大水等危险源.试验园地面应为平整、无积水、定期修剪草坪.草坪地面修剪后, 试样表面没有枝叶、草浆残留.园地阔别大气污染源.

2.3 监控设备哀求

试验园地须要必备的监控装置, 以便监控并记录环境温度、风速、风向、各个角度的辐照度、组件温度、降水量等参数, 监控设备的精度等级要知足一定哀求:如辐照度监测装置在100~1500 W/m2, 辐照度范围内不愿定度≤3%;环境温度监测装置分辨率应≤0.1℃, 不愿定度≤1℃;风速监测装置应可以测到0.25m/s的风速.同时, 各种参数监测装置的校准周期不应超过12个月.户外实证电站须要有专门的程序进行电气性能参数监控.监控的参数包括但不限于逆变器直流和互换侧的电流、电压、功率、发电量等数据.

2.4 测试过程

a) 第1年衰减率测试

试验开始前, 所有被测晶体硅组件须要进行预处理, 试验方法和哀求按照IEC 61215:2005条款5, 开路状态下在实际阳光或仿照阳光下照射, 使累计辐射量达到5.0~5.5kWh/m2.

组件预处理后, 组件按照图1的试验序列进行试验.在试验中, 操作职员该当严格遵照制造厂商的哀求进行组件的贮运、安装和线缆连接.

b) 第2年衰减率测试

户外实证明验以一个自然年为一个周期, 进行组件衰减率测试.样品从2015年4月到2016年4月在CTC海南实证基地实际并网发电的状态下户外自然老化一年后, 试验职员将所有组件在尽可能短的韶光内同时从样品架上取下, 在户外基地的实验室进行外不雅观、EL、绝缘、湿漏和最大功率的测试, 所有组件测试结束后, 在尽可能短的韶光内同时将组件重新安装在样品架上进行下一年度的自然老化.

2.5 发电量测试

海南户外老化测试包括32家组件企业的共300多块组件测试样品, 个中包括3组单晶样品和29组多晶样品, 单晶和多晶样品均包含60片和72片两种规格.连接办法是采取多少组件连接成组串, 多少组串接入逆变器, 多少逆变器接入互换开关箱, 多少互换开关柜接入隔离变压器, 多少变压器接入主开关柜, 进而实现并网.每个组串容量约2.5kWp, 接入一台阳光电源的SG3KTL型3kW组串逆变器.通过监控系统对每一组串的发电性能进行应时监控, 同时监控包括辐照度、温度、风力风向等气候参数.

3 结果剖析

3.1 32家组件第一年衰减率结果及比拟剖析

第一个自然年组件户外老化功率衰减率测试结果及分布见图2和图3.

经检测, 有2家企业的2种型号的多晶硅组件功率衰减率不符合《光伏制造行业规范条件》 (2015年本) [6]多晶组件首年衰减率不超过2.5%的规定.个中一家企业的一片组件失落效, 功率衰减高达37%;大多数组件企业的功率年衰减率分布在1%~2%的区间, 中位数衰减率为1.3%, 算数均匀衰减率为1.4%, 均符合《光伏制造行业规范条件》 (2015年本) 的哀求.按照均匀衰减率最优排名:30、12、29、22、31, 按照最大衰减率最优排名:30、22、13、19、8, 个中均匀衰减率和最大衰减率均排名第一的为某厂家的单晶组件.

3.2 32家组件第二年衰减率及衰减规律剖析

所有样品测试完成后重新安装, 开始第二年功率年衰减率的测试, 第二年户外实证功率衰减率测试结果及分布见下图4.

从图4中可以看出, 与第一年32家组件衰减率高低不均比较, 第二年32家光伏组件的衰减率表现均衡, 均匀衰减率没有涌现大的偏差.每家组件的衰减率均分布在一个适当的区间内, 没有涌现第一年中某家组件衰减率过于集中或过于分散的情形.而且所有组件第二年的衰减率均低于0.7%, 符合《光伏制造行业规范条件》2013版[7]以及2015版的哀求.从图5第二年衰减率分布图中可以更清楚地看出, 衰减率总体分布均匀, 在0.3%~0.6%的区间内分布频率较高, 中位数衰减率和算术均匀衰减率均约为0.4%.

3.3 32家组串发电量比拟剖析

本文分别选取了2015—2016年度冬季三个月的发电量数据以及10月份的发电量数据, 并换算成逐日的发电量进行比拟, 如图6所示.海南冬季日发电量均在3kWh以上, 均匀值为3.1kWh, 发电水平正常.从冬季辐照情形一样平常和10月份辐照较好情形下发电量比拟可以看出, 32家晶硅组件的发电量在不同辐照情形下呈现相同的发电走势, 即十月份发电量高的组串在冬季较低辐照下的相对发电量仍较高.从图7单日高辐照及低辐照的发电量比拟也可以看出同样的趋势.其余根据发电量数据还得出了32家光伏组件在海南户外晒场的发电量数据排行, 不同厂家组件显示出不同的发电量.

3.4 衰减模型趋势剖析

从32家组件等分别选取衰减率为大、中、小的5家光伏企业 (单晶2家, 多晶3家) , 见图8.

图8 (a) 和 (b) 是从多晶组件厂家中选取的衰减率最大的两家;图9 (c) 为所有组件中衰减率居中的多晶组件;图8 (d) 和图8 (e) 是选取的2家单晶组件厂家, 个中图8 (e) 的组件衰减率在所有32家中最小.从图8可以看出, 第一年衰减率普遍高于第二年衰减率.同时, 由于所有组件在进行户外实证明验前均经由了预处理, 肃清了LID衰减影响, 单晶组件反而表现出相对更低的衰减率特性.

由NREL对环球2000多组件的户外衰减剖析得到的光伏组件的衰减规律可知, 在组件正常老化衰减的状况下, 组件第二年往后的衰减率将呈线性变革, 在25年质保期内, 每年的衰减率基本与第二年的衰减率持平.按照这个规律对上述范例组件的寿命进行了仿照, 如图9所示, 所有组件正常老化的情形下, 25年的衰减率在8%~14%之间, 远远低于25年衰减率20%的哀求.

4 结论

本文针对光伏组件自然老化年度衰减问题, 搭建了首个国家级的户外老化实证基地, 首次在海内进行了第三方的全国主流光伏组件的户外老化实证测试.经由两个自然年的户外实证测试, 剖析了不同光伏组件厂家的组件年度衰减率规律、不同辐照度对发电量的影响.实验表明: 1.不同组件厂家的组件年度衰减率在第一年高低不均, 差异较大, 但是组件衰减率在第二年表现均衡;2.不同辐照度下, 相同厂家组件发电量不同, 同时, 在某一辐照度下发电量高的组件, 在不同辐照度下的发电量也高.但总体差别很小, 解释海内主流光伏企业的产品都有较高的质量品质。

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