光伏组件表面积尘及立杆阴影对电站发电功率影响的测试分析

常州佳讯光电系统工程有限公司 ■ 陈东兵 李达新 时剑 潘晓雷 朱晓东 陈志强

一 引言

在光伏电站的设计计算及运行中，组件表面积尘是影响系统效率、减少电站发电量的重要因素之一。表面积尘的直接影响是减少光伏组件所接收到的太阳辐射能，其影响大小与积尘厚度有直接关系，即与空气中的含尘量、降尘速率、时间长短、空气流动等因素有关。我国各地的环境和气候情况差别较大，同一地点不同季节的地表降尘情况不尽相同，对光伏电站的影响也不一样。此外，光电场中的立杆，如光伏组件阵列中的避雷针、场地中既有的高压输电杆塔等也会影响光伏系统的效率。本文结合蚌埠2MW光伏电站的具体情况，针对组件表面积尘及立杆阴影对电站发电功率的影响进行了测试分析，所得结论对其他光伏电站的设计计算及运行维护也有一定的参考意义。

二 背景

1 光伏电站概况

安徽蚌埠2MW非晶硅太阳能光伏示范电站(图1)于2010年12月顺利通过验收，并成功并网发电。该电站是目前我国华东地区容量最大的非晶硅薄膜光伏并网电站，也是安徽省最大的并网光伏发电系统。蚌埠2MW光伏电站坐落在市区东侧龙子湖边的曹山东麓，紧临京沪铁路客运专线及合(肥)蚌(埠)高铁，总占地面积约9万m2，场址原是一个垃圾填埋场。我国各大中城市都有不少垃圾填埋场等而无法利用的地块，该电站的建成发电，对我国东部地区光伏电站建设及非晶硅薄膜光伏组件，都具有典型和示范意义。

图1 蚌埠曹山2MW非晶薄膜光伏电站

光伏电站共安装44Wp非晶硅薄膜组件45480块，装机总容量2.001MWp。设计采用固定倾角(21°)安装、分块发电、集中并网方案，将系统分成8个发电子系统、2个独立的分系统，经2台0.4kV/10kV变压器升压，并入10kV交流电网。

2 发电系统线路原理

蚌埠2MW光伏电站组件的接线方式为：10块组件串联为一个组件串，工作电压600V，总计有4548个组件串；4个组件串并联为一路输入汇流箱；每个汇流箱的接线为6进1出，共24个组件串、10.56kWp；24个汇流箱并联输入1台直流配电柜，与1台250kW并网逆变器组成1个光伏发电子系统。单个子系统的线路原理图见图2。

3 测试分析依据

从图2可以看出，在逆变器运行发电状态下，其直流输入的各防雷汇流箱中的全部组件串均处于并联工作状态，即工作电压相等。在其他条件相同的情况下，其工作电流也应相等，即发电功率相等。检测不同条件下组件串的工作电流，如是否有表面积尘、是否有阴影遮挡等，即可测试分析相关因素对发电功率的影响。以下的测试分析即据此进行。

三 光伏组件表面积尘对发电功率影响的测试与分析

1 测试条件

选取同一汇流箱中有表面积尘的组件串和表面清洗干净的组件串进行工作电流的对比测试，即可分析得出表面积尘对发电功率的影响。本测试选取前后排紧邻的组串#2-10-1-1和#2-10-2-1进行对比测试。其中#2-10-2-1组串于2010年11月29日进行了较彻底的清洗，而其后一排的#2-10-1-1组串则是在2010年11月9日进行过清洗，其后由于没有有效的降雨，表面积尘严重。图3为测试组件串表面情况。

2 实测数据记录

对比测试的组件串工作电流实测数据见表1。“A串”为新清洗的#2-10-2-1，“B串”为未清洗#2-10-1-1。

图3 新清洗的组件串#2-10-2-1与未清洗的组件串#2-10-1-1

表1 不同组件串工作电流实测记录

3 结论与分析

从表1可以看出：20d的表面积尘使光伏组件串的工作电流减小约24%，即发电功率减少24%。表中第3组数据的影响结果较前两组小，这是因为测试时间是在清洗后的第6天(2010年12月5日14:30)，所得结果为6d的积尘与26d的积尘的对比，总体差距减小。

四 光电场立杆阴影对发电功率影响的测试与分析

1测试条件

蚌埠2MW光伏电站的光电场中分散竖立着33根高约10m、直径20cm的避雷针立杆，立杆北侧的组件串不可避免地会受到阴影的影响，使发电功率降低，发电量减少。检测同一逆变器输入中有阴影和无阴影的两个组件串的工作电流，即可分析出阴影的影响。本测试选取同一排中紧邻的几对组串进行电流检测对比，其中的杆北第一排距立杆约1m，第7排距立杆约15m。光伏组件的长×宽为1245mm×635mm。立杆阴影遮挡情况见图4。

2 实测数据记录

图4 光电场中的避雷针立杆及其阴影(2010年11月30日11:30)

有无阴影遮挡的组件串的工作电流实测数据记录见表2。其中有阴影的组件串中有2块组件上有阴影，总长度不到2m，杆北第7排上的阴影因距离较远而边缘较模糊。

表2 不同光伏组件串的工作电流 (2010年12月3日15:10)

3 结论与分析

从表2可以看出，虽然杆北第1排组件串中10块组件只有2块上有阴影，且阴影宽度只有200mm，遮挡面积不足组串总面积7.9m2的5%，但已使组件串的工作电流减小17%以上，即发电功率损失17%以上；即使距立杆第7排的组件串，其发电功率也降低了12.5%。从测试数据还可以看出，远离产生阴影的挡光物体，可减少阴影对发电功率的影响。这是因为遮挡物对散射辐射的影响减小，并且光的衍射特性使阴影淡化，降低了阴影的影响。

蚌埠2MW光伏电站的光电场中共有各种立杆49根，在夏至、春(秋)分、冬至日的正午被阴影遮挡的组件串数及对发电功率的影响分析见表3。

表3 蚌埠2MW光伏电站塔杆阴影各季节影遮挡影响

表3分析的是正午时分的遮挡影响情况。由于下午时分阴影最短，遮挡最少，因此实际遮挡情况要远大于表3。参考春(秋)分的数据，阴影的遮挡将使全年发电量减少约0.5%。

五 结论

实测数据及分析结果表明：20d的表面积尘使光伏组件串的发电功率减少24%，平均每天降低1.2%；遮挡面积不足光伏组件串面积5%的立杆阴影，使组件串的工作电流减小17%以上。