光伏组件安装时的电流分档对电站发电量提升没有增益

 文：荆树刚 金塔县粤水电新能源有限公司目前国内地面集中式光伏电站进行组件安装时，多参照晶体硅太阳电池封装电流分档原则进行，目的是避免安装到系统中的组件由于电流失配引起的功率损失，最大程度的提高光伏系统的整体输出功率。但在实际发电过程中发现，组件安装时的电流分档对电站发电量的提升没有增益。本文对电流分档后安装到系统中的组件，到底是提升了发电量还是无益于发电量的提升进行了研究，主要通过逆变器发电量、组件功率、开路电压、工作电流等方面的数据进行对比分析，最终提出功率分档的设想。前言光伏组件电流分档方法，首先测量各光伏组件的工作电流，并根据测试到的工作电流，按照规定将相同电流档位的组件放置在一起（精准到0.1A），并在铝边框上粘贴相应的电流分档标签；组件包装时，根据铝边框上电流分档标签，相同电流档位的装入同一箱，并在外箱上粘贴相同的电流分档标签。系统安装时，将同档位组件按照一定的方案组装在一条回路或一个区域中，避免不同电流档位的组件混装，理论上防止组件由于电流失配引起功率损失，最大程度的提高光伏系统的整体输出功率。现以甘肃酒泉某一30MW光伏电站为例进行说明，该电站30MW组件为同一厂家产品，汇流箱、逆变器使用阳光电源产品，数据统计至逆变器为止。上表所列为光伏电站某一时期500kW逆变器，在设备状况完好、天气、环境气温较为稳定的条件下，采集10天的发电量的对比数据，单日单台逆变器发电量最高与最低之间相差最大值为195.1 kWh，相差最小值为128.2 kWh，平均相差值为159.49 kWh。此发电量偏差系常年存在的问题，根据实际发电运行统计，当无外界因素影响情况下，单台逆变器发电量偏差在50 kWh左右为正常，若超出此范围过大，必定是系统、设备、产品等自身原因引起。低发电量原因排查逆变器 全站均使用阳光电源股份有限公司生产同型号、同批次、统一配置容量为500kW逆变器，保护参数、运行参数整定一致，显示转换效率98%-97%之间，统一装配250W组件2000块，运行工况始终处于监控之中，据此可基本判定发电量偏差非逆变器原因产生。 在无专业检测设备情况下，逆变器显示发电量，可作为现场较为可靠的检测数据替代使用。直流汇流柜及汇流箱 起汇集分配电能的作用，属非耗能设备。所属控制开关、保险、绝缘状况、电压、电流等运行工况始终处于监控之中，在设备运行完好情况下不会引起发电量偏差。输电线路 是输送电能的通道，性能的好坏取决于线径、材质、接线可靠性、有无破损、极性是否正确、无短路接地情况发生。该电站输电线路均使用铜芯导线，线径设计保留充足的裕度，满足发电需要无发热现象，绝缘良好无破损情况，极性检查正确，接线缺陷消除彻底，据此可排除线路原因。光伏组件 光伏电站用时近一年时间，经过大量的工作排除了上述三方面原因，最终判断导致发电量偏低的主要原因系光伏组件引起。光伏组件导致发电量偏低的原因分析安装至光伏电站的组件导致发电量偏低的可能因素无外乎是外因和内因两方面。外因主要考虑组件破损、接线盒原因及安装的低电流档组件较多等因素；内因只进行功率、电压、电流等因素的分析，未涉及电池片光致衰减、电池片因素、封装材料因素。外因 即外界因素造成组件失效、输出功率低下、输电能力阻断及低电流档组件较多的原因。组件破损是造成组件失效的主要原因，破损一般因外力击打、撞击、清扫清洗、安装不规范造成；接线盒原因主要有线盒密封失效、线盒与汇流条虚接、线盒内部故障导致毁损、线盒正负极连接头故障等。上述问题都可以通过日常巡检、监控报警、实地检测等方法判断并消除，只是造成发电量偏低的个体或短暂原因，非主要原因。是否是低电流档组件安装过多造成发电量的偏低呢，具体数据统计见下表：表二统计了低发电量区域安装组件电流分档情况，较高电流档C档组件和高电流档D档组件安装数量占总随机抽查量的98%以上，可以确定低电流档组件安装数量不是过多，相反该区域基本安装的都是较高及以上电流档组件。内因 即组件自身功率、效率、工作电压、工作电流等因素导致的发电量偏低的原因。首先我们对30MW光伏电站安装组件的初始数据整体进行了统计，具体情况见下表： 通过表三可以看到，现场安装标称功率250W（+3%）组件12万块，实际出厂检测功率分8档即250W-257W，其中工作电压共分4档，工作电流共分8档。随着功率的逐步增大，工作电压与电流的平均值逐步升高，也既反映出高功率组件输出电量的能力要大于相对较低功率的组件。其次对不同发电量区域安装的组件进行了排查，排查数据如下： 表四表四反的数据是对不同发电区域安装组件进行随即抽样，对照原始安装记录按功率进行的汇总。低发电量区域安装组件 抽样数量1586块，其中250W-253W较低功率组件963块，占总量的60.72%；254W-257W较高功率组件623块，占总量的39.28%。高发电量区域安装组件 抽样数量1159块，其中250W-253W较低功率组件198块，占总量的17.08%；254W-257W较高功率组件961块，占总量的82.92%。中发电量区域安装组件 抽样数量100块，其中250W-253W较低功率组件26块，占总量的26%；254W-257W较高功率组件74块，占总量的74%。通过数据的对比可以看出，造成发电量偏低的主要原因是组件功率偏低造成，即发电量偏低区域安装的组件60%以上是较低功率组件，较高发电量区域安装的组件只有26%是较低功率组件，超过74%的组件是较高功率组件，而高发电量区域超过82%以上是较高功率组件。结论［1］组件安装时的电流分档对电站发电量提升没有增益。光伏电站按照组件厂电流分档标识，分区域进行组件安装后，并没有起到防止组件由于电流失配引起功率损失的目的。防止电流失配的前提条件是匹配区域的组件效率要基本相等，换句话说也就是功率要基本一致，相反现场区域匹配组件功率相差较大，为标称功率*（+3%）之内，即最大有8瓦的差距。所以，失去了上述前提条件，电流分档也就失去意义和作用。［2］组件安装时的电流分档造成了不同功率组件的混装。组件厂是对标称功率*（+3%）的组件统一电流分档后装箱，这就造成了同电流档的250W-258W的组件混装，最终导致现场组件安装后的功率混装。［3］电池片封装时的电流分档原则不适用于电站组件的安装。电池串联时，两端电压为各单体电池中电压之和，电流等于各电池中最小的电流；并联时，总电流为各单体电池电流之和，电压取平均值。常见的组件一般为串联结构，若在串联的正常电池中混入一片低电流的电池，根据电流取小原则，组件的输出电流由这片最小电池的电池决定，组件的输出功率会降低，造成较高的封装损失。要减少电池匹配损失获得最大的输出功率，首先是选择同等效率的电池片，其次再把开路电压和短路电流性能相近的单片电池分选出来，然后采用Iap工作电流分档方式进行封装成组件，防止电池失配情况的发生。组件安装后汇集电能的串、并联方式，相当于电池片封装时的串、并联结构，但缺乏了选择相同或相近电性能参数组件的过程。［4］组件功率一致的前提下，良好的匹配才能获得较高的电能输出。功率不一致组件混装在一起，高功率的组件在发电，低功率的不是在发电，而是在耗电，高功率的组件产生的电能在低功率组件那里被消耗了。 撰稿人：荆树刚 现场配合：杨吉洲2014-8-15