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  • 太陽(yáng)能光伏組件全方位介紹

    2018-04-10 14:46:31 大云網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
    毫無(wú)疑問(wèn),光伏組件是光伏電站最重要的設(shè)備之一!本文將對(duì)光伏組件進(jìn)行全方位的介紹。光伏組件的分類(lèi)光伏組件的轉(zhuǎn)化效率1功率我們常說(shuō),采用

    毫無(wú)疑問(wèn),光伏組件是光伏電站最重要的設(shè)備之一!本文將對(duì)光伏組件進(jìn)行全方位的介紹。

    光伏組件的分類(lèi)

    光伏組件的轉(zhuǎn)化效率

    1功率

    我們常說(shuō),采用255Wp光伏組件。下表的“p”為peak的縮寫(xiě),代表其峰值功率為255W。所有的技術(shù)規(guī)格書(shū)中都會(huì)標(biāo)注“標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件”的。下圖為常州天合的光伏組件技術(shù)規(guī)格書(shū)一部分(250W,下同)。

    只有在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC條件,輻照度為1000W/m2,電池溫度25℃,AM=1.5)時(shí),光伏組件的輸出功率才是“標(biāo)稱(chēng)功率”(250W)。當(dāng)輻照度和溫度變化時(shí),功率肯定會(huì)變化。另外,功率誤差為正負(fù)3%,說(shuō)明組件的實(shí)際功率是242.5~257.5W都是增長(zhǎng)的。不過(guò),這個(gè)組件的功率偏差為正偏差3%。

    在非標(biāo)準(zhǔn)條件下,光伏組件的輸出功率一般不是標(biāo)稱(chēng)功率,下圖為NOCT條件下標(biāo)稱(chēng)功率為250W、255W的參數(shù)。

    輻照度為800W/m2,電池溫度20℃時(shí),250W的組件輸出功率只有183W,為標(biāo)況下的73.2%。

    2光電轉(zhuǎn)化效率

    1)效率的計(jì)算方法

    理論上,尺寸、標(biāo)稱(chēng)功率相同的組件,效率肯定是相同的。光伏組件是由電池片組成,一塊光伏組件通常由60片(6×10)或72片(6×10)電池片組成,面積分別為1.638 m2(0.992m×1.652m)和3.895 m2(0.992m×1.956m)。

    輻照度為1000W/m2時(shí),1.638 m2組件上接收的功率為1638W,當(dāng)輸出為250W時(shí),效率為15.3%,255W時(shí)為15.6%。

    2)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)效率的要求

    根據(jù)2月5日國(guó)家能源局綜合司頒布的《關(guān)于征求發(fā)揮市場(chǎng)作用促進(jìn)光伏技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)意見(jiàn)的函》(國(guó)能綜新能[2015]51號(hào))規(guī)定:

    自2015年起,享受?chē)?guó)家補(bǔ)貼的光伏發(fā)電項(xiàng)目采用的光伏組件和并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品應(yīng)滿足《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》相關(guān)指標(biāo)要求。其中,多晶硅電池組件轉(zhuǎn)換效率不低于15.5%,單晶硅電池組件轉(zhuǎn)換效率不低于16%。多晶硅、單晶硅、薄膜電池組件自投產(chǎn)運(yùn)行之日起,一年內(nèi)衰減率分別不高于2.5%、3%、5%。

    2015年,“領(lǐng)跑者”先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到以下指標(biāo):?jiǎn)尉Ч韫夥姵亟M件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到17%以上,多晶硅光伏電池組件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.5%以上,轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10%以上薄膜光伏電池組件以及其他有代表性的先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品。國(guó)家通過(guò)組織光伏發(fā)電基地、新技術(shù)示范基地等方式組織實(shí)施。

    以常用的60片的多晶硅光伏組件為例,不同規(guī)格的轉(zhuǎn)換效率如下表。

    因此,2015年以后,要獲得國(guó)家補(bǔ)貼就必須使用255W以上的光伏組件;270W以上的光伏組件才能算“領(lǐng)跑者”。

    3電壓與溫度系數(shù)

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    電壓分開(kāi)路電壓和MPPT電壓,溫度系數(shù)分電壓溫度系數(shù)和功率溫度系數(shù)。在進(jìn)行串并聯(lián)方案設(shè)計(jì)時(shí),要用開(kāi)路電壓、工作電壓、溫度系數(shù)、當(dāng)?shù)貥O端溫度(最好是晝間)進(jìn)行最大開(kāi)路電壓和MPPT電壓范圍的計(jì)算,與逆變器進(jìn)行匹配。

    影響光伏組件出力的幾個(gè)因素

    1熱斑效應(yīng)

    一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽(yáng)電池組件,將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽(yáng)電池組件所產(chǎn)生的能量,被遮蔽的太陽(yáng)電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱,這就是熱斑效應(yīng)。

    這種效應(yīng)能?chē)?yán)重的破壞太陽(yáng)電池。有光照的太陽(yáng)電池所產(chǎn)生的部分能量,都可能被遮蔽的電池所消耗。而造成熱斑效應(yīng)的,可能僅僅是一塊鳥(niǎo)糞。

    為了防止太陽(yáng)電池由于熱斑效應(yīng)而遭受破壞,最好在太陽(yáng)電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管,以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被受遮蔽的組件所消耗。當(dāng)熱斑效應(yīng)嚴(yán)重時(shí),旁路二極管可能會(huì)被擊穿,令組件燒毀,如下圖(圖片來(lái)自于TUV-Rheinland)。

    2PID效應(yīng)

    電位誘發(fā)衰減效應(yīng)(PID,PotentialInduced Degradation)是電池組件長(zhǎng)期在高電壓作用下,使玻璃、封裝材料之間存在漏電流,大量電荷狙擊在電池片表面,使得電池表面的鈍化效果惡化,導(dǎo)致組件性能低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。PID現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí),會(huì)引起一塊組件功率衰減50%以上,從而影響整個(gè)組串的功率輸出。高溫、高濕、高鹽堿的沿海地區(qū)最易發(fā)生PID現(xiàn)象。

    造成組件PID現(xiàn)象的原因主要有以下三個(gè)方面:

    1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原因:光伏電站的防雷接地是通過(guò)將方陣邊緣的組件邊框接地實(shí)現(xiàn)的,這就造成在單個(gè)組件和邊框之間形成偏壓,組件所處偏壓越高則發(fā)生PID現(xiàn)象越嚴(yán)重。對(duì)于P型晶硅組件,通過(guò)有變壓器的逆變器負(fù)極接地,消除組件邊框相對(duì)于電池片的正向偏壓會(huì)有效的預(yù)防PID現(xiàn)象的發(fā)生,但逆變器負(fù)極接地會(huì)增加相應(yīng)的系統(tǒng)建設(shè)成本;

    2)光伏組件原因:高溫、高濕的外界環(huán)境使得電池片和接地邊框之間形成漏電流,封裝材料、背板、玻璃和邊框之間形成了漏電流通道。通過(guò)使用改變絕緣膠膜乙烯醋酸乙烯酯(EVA)是實(shí)現(xiàn)組件抗PID的方式之一,在使用不同EVA封裝膠膜條件下,組件的抗PID性能會(huì)存在差異。另外,光伏組件中的玻璃主要為鈣鈉玻璃,玻璃對(duì)光伏組件的PID現(xiàn)象的影響至今尚不明確;

    3)電池片原因:電池片方塊電阻的均勻性、減反射層的厚度和折射率等對(duì)PID性能都有著不同的影響。

    上述引起PID現(xiàn)象的三方面中,由在光伏系統(tǒng)中的組件邊框與組件內(nèi)部的電勢(shì)差而引起的組件PID現(xiàn)象被行業(yè)所公認(rèn),但在組件和電池片兩個(gè)方面組件產(chǎn)生PID現(xiàn)象的機(jī)理尚不明確,相應(yīng)的進(jìn)一步提升組件的抗PID性能的措施仍不清楚。

    3電池片隱裂

    隱裂是電池片的缺陷。由于晶體結(jié)構(gòu)的自身特性,晶硅電池片十分容易發(fā)生破裂。晶體硅組件生產(chǎn)的工藝流程長(zhǎng),許多環(huán)節(jié)都可能造成電池片隱裂(據(jù)西安交大楊宏老師的資料,僅電池生產(chǎn)階段就有約200種原因)。隱裂產(chǎn)生的本質(zhì)原因,可歸納為在硅片上產(chǎn)生了機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力。

    近幾年,晶硅組件廠家為了降低成本,晶硅電池片一直向越來(lái)越薄的方向發(fā)展,從而降低了電池片防止機(jī)械破壞的能力。

    2011年,德國(guó)ISFH公布了他們的研究結(jié)果:根據(jù)電池片隱裂的形狀,可分為5類(lèi):樹(shù)狀裂紋、綜合型裂紋、斜裂紋、平行于主柵線、垂直于柵線和貫穿整個(gè)電池片的裂紋。

    圖:晶硅電池隱裂形狀

    不同的隱裂,對(duì)電池片功能造成的影響是不一樣的。對(duì)電池片功能影響最大的,是平行于主柵線的隱裂(第4類(lèi))。根據(jù)研究結(jié)果,50%的失效片來(lái)自于平行于主柵線的隱裂。45°傾斜裂紋(第3類(lèi))的效率損失是平行于主柵線損失的1/4。垂直于主柵線的裂紋(第5類(lèi))幾乎不影響細(xì)柵線,因此造成電池片失效的面積幾乎為零。

    有研究結(jié)果顯示,組件中某單個(gè)電池片的失效面積在8%以?xún)?nèi)時(shí),對(duì)組件的功率影響不大,組件中2/3的斜條紋對(duì)組件的功率穩(wěn)定沒(méi)有影響。

    光伏組件性能的檢測(cè)

    光伏電站運(yùn)行一段時(shí)間后,需要進(jìn)行檢測(cè),來(lái)確定光伏電站的性能。涉及光伏組件的,主要包含以下項(xiàng)目。

    1功率衰減測(cè)試

    光伏組件運(yùn)行1年和25年后的衰減率到底有多少?25年太久,現(xiàn)在可能還沒(méi)有運(yùn)行這么長(zhǎng)時(shí)間的電站。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),晶硅電池2年的衰減率應(yīng)該在3.2%以?xún)?nèi)。但目前這個(gè)數(shù)據(jù)還真的很難說(shuō),原因有三:

    1)光伏組件出場(chǎng)功率是用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)光源和測(cè)試環(huán)境標(biāo)定的,但似乎國(guó)內(nèi)不同廠家的標(biāo)準(zhǔn)光源是存在一定的差異的。那在A廠標(biāo)定的250W的組件,到了B廠,可能就是245W的組件的。

    2)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)所用的儀器精確度較差,據(jù)說(shuō)5%以?xún)?nèi)的誤差都是可以接受的。用誤差5%的儀器,測(cè)2%(1年)的衰減,難度有些大,結(jié)果也令人懷疑。

    3)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試條件跟實(shí)驗(yàn)室的相差較大,正好在1000W/m2、25℃的時(shí)間太少了!所以,就需要進(jìn)行一個(gè)測(cè)試值向標(biāo)準(zhǔn)值的轉(zhuǎn)化,而輸出功率與輻照度僅在一個(gè)很小的區(qū)間內(nèi)正相關(guān)。如圖2所示,即使在800W/m2時(shí),也不是正相關(guān)的。因此,在轉(zhuǎn)化的時(shí)候,肯定存在誤差。

    另外,很多組件出場(chǎng)可能就是-3%的功率偏差,還沒(méi)衰減,3%就直接沒(méi)了……

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    責(zé)任編輯:蔣桂云

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