南方某分布式光伏电站系统效率异常分析.pdf

针对南方某分布式光伏电站发电量及系统效率（PR）较可研设计值偏低问题进行了系统分析和研究，发现污渍遮挡、部分组串故障为主要原因，功能缺失、组件材料衰减也是一定因素，为此，通过建立标准组串清洗方法、修复故障组串、增加系统监控功能等措施使发电量及系统效率得到大幅提升，超过可研设计值，为新建及在运光伏电站的设计、日常运维等提供了可借鉴的工程应用经验。关键词：分布式光伏；系统效率；污渍遮挡DOI:10.13770/ki.issn2095-705x.2023.08.020Analysis of Abnormal Efficiency of Distributed Photovol-taic Power Station System in SouthZHU Liang1,LI Dingqing2,31.Guangdong Yue Power Zhanjiang Biomass Power Generation Co.,Ltd.2.Southern Power Grid Energy Comprehensive Utilization Co.,Ltd.3.Yangshan Southern Power Grid Biomass Power Generation Co.,Ltd.Abstract:A systematic analysis and study were conducted to address the issue of a distributed photo-voltaic power station in the south with lower power generation and system efficiency(PR)compared to收稿日期：2022-11-09基金项目：南方电网综合能源股份有限公司科技项目（NWNY-2022-RD19）作者简介：祝良(1975-)，男，工程师，主要从事火力发电、生物质发电电力生产管理、新能源项目开发建设、电力能源综合利用等工作李定青(1988-02-)，男，工程师，主要从事生物质发电技术管理、生物质锅炉高温腐蚀研究、能源综合利用等工作1199SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.082023ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.0820180 概述南方某分布式光伏电站位于工业园区内，利用工业园区彩钢瓦屋顶及办公楼屋面建设装机容量为2.02 MWp的光伏电站，组件采用屋面平铺方式安装，子阵分布于多个屋顶且朝向不同。项目布局图见图1。图1 光伏项目布局示意图根据项目可研报告，项目首年发电效率为76%，衰减率2.5%，次年衰减率0.7%，25年衰减不超过20%，年平均衰减率0.8%，可研设计的预测发电量与实际发电量见图2。从图2可看出，该项目前4年实际发电量仅为设计预测发电量的70%，实际发电量与设计值存在较大偏差。图2 设计发电量与实际发电量比对另，由于项目建设时未安装环境检测仪，无法直接统计场站的辐射量，辐射量取自离该电站70 km外的光伏电站的辐射量作为参考来计算项目的系统综合发电效率（PR），部分月份的PR统计值见表1。从表1可看出，项目的系统综合发电效率最高时仅为61.53%，较设计值低14.47个百分点。表1 部分月份综合发电效率月份2022-012022-022022-032022-042022-052022-06预测电量(104kWh)11.2311.5215.7917.4320.6220.73实际电量(104kWh)6.666.3112.1714.1812.5916.31综合发电效率(%)58.5051.0761.5355.2756.4761.181 现场调查针对该项目发电量、发电效率与设计值存在较the feasibility design values.It was found that stains and partial string failures were the main causes,while functional deficiencies and component material degradation were also certain factors.Therefore,measures such as establishing standard string cleaning methods,repairing faulty strings,and addingsystem monitoring functions were taken to significantly improve power generation and system efficien-cy,Exceeding the feasibility design value,which provided valuable engineering application experiencefor the design,daily operation and maintenance of newly built and in operation photovoltaic powerplants.Key words:Distributed Photovoltaic;System Efficiency;Stain Blocking1200SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.082023SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 08 期SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能 ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMY节能工程与经济ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018大偏差，业主组织厂家、第三方检测单位等开展了发电量及综合效率低的原因调查。1.1 太阳能资源根据Meteonorm8.1气象数据库数据，项目建设点平均水平辐射量为1 183 kWh/m2，而项目可研辐射量采用的是1983-2005年NASA数据库数据，即水平辐射量为1 359 kWh/m2，与Meteonorm8.1数据偏差值为14.9%。进一步引入行业普遍认可的 SolarGIS 光 资 源 数 据，根 据 SolarGIS2007-2020年卫星遥感数据，该项目点水平辐射量为 1 130.1 kWh/m2，与 Meteonorm8.1 数据偏差为-4.4%，偏差较小。因此可研辐射量采用NASA数据的采信度较低，较实际辐射量偏高，造成可研预测发电量偏高1-3。1.2 污渍遮挡为直观评估污渍遮挡对组件输出功率的影响，现场随机抽取 10 块型号为 JAP60S01-270/SC，功率270 Wp光伏组件在实验室进行清洗前后在标准测试条件下的IV性能测试，测试结果见图 3。从图3可见，组件清洗前平均功率衰减率为16.07%，主要为短路电流Isc的衰减，为14.64%；清洗后平均功率衰减率为5.92%，同样也是组件短路电流Isc的衰减，为4.93%，可见污渍遮挡损失为10.15%。因此推测当前组件主要衰减来源于组件材料的衰减和污渍遮挡导致的光生电流损失，考虑到组件运行超过4年，其输出性能基本在功率质保衰减范围内，即材料的衰减水平基本正常4-7。图3 组件STC最大功率测试1.3 光伏方阵标称功率检测现场随机抽取20串光伏组串进行清洗前的功率测试，测试组件的输出特性平均值为71.78%，最大79.17%，最小59.72%。为进一步查找组串输出特性低的原因，对现场进行了全面缺陷排查，发现约20串组串存在串联失配、直流电缆短路、电缆接触不良等故障，见图4、5。图4 直流电缆短路熔断图5 红外成像显示汇流箱接线端子松动1.4 光伏组件EL检测现场对80块光伏组件进行了电致发光（EL）缺陷测试，发现3块存在不同程度的问题，主要为虚焊。结合组件功率测试结果，对缺陷进一步分析，统计显示有内部缺陷的组件的功率衰减不明显高于无缺陷的组件，可见组件内部缺陷对功率并未产生显著影响8-12。1.5 光伏组件IR扫描现场使用无人机对全站光伏组件进行了红外南方某分布式光伏电站系统效率异常分析1201SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.082023ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018扫描，发现857块组件有热斑问题，占全站光伏组件数量的11.44%。现场观察发现，组件的粉尘污染较严重，几乎每块都存在灰尘堆积，清洗并不能完全清除。粉尘来源于物料转运、破碎、输送环节的扬尘，热斑主要为污渍遮挡导致13-15，见图 6a、b。（a）（b）图6 红外成像热斑检测1.6 逆变器性能检测现场对4台逆变器进行了效率测试，测试时间不少于30 min，测试结果平均值见表2，结果显示逆变器效率在正常运行范围内16-18。表2 逆变器效率测试结果逆变器型号SG500MXSG500MXSG500MXSG500MX编号#1（左）#1（右）#2（左）#2（右）效率/%97.0897.5998.9097.951.7 系统性能分析现场连续2天对电站系统综合效率进行了测试，计算系统效率PR值，测试结果见表3。从表3可见，项目投产以来参考离项目70 km的光伏电站辐射量数据计算得到的系统效率与现场测试结果基本一致。表3 系统效率（PR值）测试结果序号12关口表累计发电量（kWh）3 8004 700输入直流能量（kWh）6 111.218 814.71PR值（%）62.1853.321.8 其他方面现场检查发现设计时为增加电站装机容量，组件布置紧凑，未预留运维通道，对以后的运维工作造成较大困难。此外，光伏监控功能不完善，无法监视组串电流、电压，造成组件故障无法及时处理19-20。2 初步结论1）可研采用 NASA 气象数据预测的发电量偏高，建议采用 Meteonorm8.1 气象数据作为项目的辐射数据，项目所在点年平均水平辐射量为1 183 kWh/m2。2）实验室测试结果显示，组件的衰减主要表现为污渍遮挡导致的光生电流损失，组件运行4年后其输出特性基本在功率质保衰减范围内，即组件材料的衰减水平基本正常。3）根据现场系统效率测试，结合组件IR扫描和现场观察，电站粉尘污染较严重，且清洗不能完全清除，综合判断粉尘污染造成的组件输出性能下降是影响电站系统效率的主要因素。4）现场检查发现部分组串直流电缆短路和开路、组件串联失配、汇流箱端子松脱等也是造成系统发电效率偏低的重要因素。5）电站监控功能不完善，无法监视组串电流、1202SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.082023SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 08 期SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能 ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMY节能工程与经济ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018电压，造成组件故障无法及时处理，影响发电量和发电效率。3 提效整改1）针对现场检测发现的问题，项目组织了对组串直流电缆短路、开路、组串串联失配、汇流箱端子松脱等缺陷进行了处理，并对所有光伏子方阵进行了全面清洗以降低组件的脏污程度。通过整改，光伏可研发电量完成率提高约20%，系统效率提高20%，整改提效后的发电数据见表4。2）对光伏监控系统进行了改善，增加了关键参数如辐射量、组串电压电流、日月报表等监控功能，以便及时发现故障，减少发电损失。表4 整改提效后发电数据月份2022-052022-062022-072022-08预测电量(104kWh)20.6220.7321.6219.50实际电量(104kWh)12.5916.3122.4521.12综合发电效率(%)56.4761.1881.1981.054 结论1）由于光伏监控功能不完善，只能根据历史数据及经验进行分析，无法高效监控关键参数和分析系统发电效率。通过现场检测，发现污渍遮挡、部分组串故障为电站发电效率低的主要原因，建议设置组件清洗标准，当污染导致系统发电效率降低2%时进行组件清洗。扬尘严重区加装自动清洗系统，为不影响白天发电，可夜间清洗。2）可研辐射量采用NASA数据采信度低，较实际辐射量高，造成可研预测发电量高，建议采用Meteonorm8.1气象数据，以真实反映系统效率。参考文献1 颜昌盛,姚文凡.某分布式光伏电站发电量及系统效率异常分析 J.能源研究与管理,2018(4):36-41.DOI:10.16056/j.1005-7676.2018.04.010.2张维佳.分布式光伏迎来爆发式增长 N.中国电子报，2022-09-16(7).3 汤琳娜.分布式光伏电站的发展与应用分析 J.光源与照明，2021(9):60-61.4周鹏程,王晟嫣,陈威成,吴南南,刘澄.光伏扶贫地区分布式开发利用及消纳研究 J.山东电力技术,2019,46(5):1-5.5唐会祥,张庆,杜景远.基于DIgSILENT的光伏电站无功特性分析及治理措施 J.山东电力技术,2016,43(4):18-21.6陈聪,何建营,陈起超,梅志刚,胡磊.风电/光伏箱式变电站的运行状态分析 J.山东电力技术,2020,47(12):21-25.7刘建鑫.光伏发电运行失配机理及特性分析 J.山东电力技术,2022,49(1):53-59.8陈文浩.分布式光伏电站现场检测关键技术 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