不同形式组件自然积灰量及其对发电量影响的研究

特变电工新疆新能源股份有限公司系统集成研发部 ■ 尤鸿芃 张梅 汪婷婷

0 引言

我国西北地区有极丰富的太阳能资源，很多大型并网光伏电站都建设于此。但因空气中沙尘较多，沙尘附着在光伏组件上严重影响其发电效率[1]，因此有必要研究积灰对光伏组件发电效率的影响。目前国内外都比较重视对组件积灰的研究，但这些研究的重点集中在仿真计算及自然条件下积灰量与发电效率随时间的关系，关于积灰对组件发电效率的影响方式研究很少，而这一研究对于确定组件的清洁策略有着重要意义。

为此，在特变电工哈密863项目实验电站开展了自然条件下不同形式组件积灰密度及积灰对组件效率影响的研究。对比研究了不同倾角和跟踪形式组件的积灰密度，并且研究了1日内不同时段组件的并网功率。

1 实验方案

1.1 不同形式组件积灰量测量

分别测量了最佳倾角(39°)固定式、平单轴、斜单轴、双轴、聚光，以及倾角分别为35°、40°、45°的可调式支架所安装组件表面的积灰量。利用绝缘子污秽试验常用的方法[2]测量组件表面的积灰密度，以对比不同形式组件的积灰量及积灰对发电量的影响。

1.2 不同形式组串日发电量对比实验

实验电站有砷化镓聚光系统2个；多晶硅方阵有双轴跟踪方阵、平单轴跟踪方阵、斜单轴及最佳倾角固定方阵各1个，每个多晶硅方阵有8个相同组串，每个组串由20块组件组成。为对比研究积灰对不同跟踪形式及砷化镓聚光系统发电量的影响，特清洗每种形式一半的组串，然后从后台监控系统中读取发电量相关数据进行研究。

1.3 不同积灰情形下多晶硅组串输出特性研究

在积灰均匀的单块组件上，积灰不影响组件I-V曲线的形态[3]，但在一个组串中可能出现积灰不均匀的现象，因此进行如下实验，分3种积灰情形进行。

情形一：组串所有组件积灰量基本一致；情形二：只清洗组串中一半组件；情形三：组串上所有组件都被清洗。组串外观如图1所示，每个组串由20个245 Wp的光伏组件串联而成，分别对这3个组串测试I-V曲线和P-V曲线，以观察积灰部分对组串输出特性的影响。

图1 3种不同的积灰情形

2 实验结果分析

2.1 不同跟踪形式组件的积灰密度

如表1所示，7～10月份，哈密地区平单轴组件积灰密度最大，其次分别是双轴、固定式(39°倾角)和斜单轴，聚光组件的积灰密度与多晶硅双轴接近。表2为不同倾角的可调支架组件积灰情况，可以看出，倾角越大，组件表面越不容易积灰。

表1 不同跟踪形式组件积灰密度（单位：g/m2）

表2 不同倾角组件表面积灰密度（单位：g/m2）

组件的积灰量与其倾角有很大关系，总体来讲，倾角越大，灰尘越不容易在其表面积累，降水对组件的清洗效果也越明显。不同跟踪形式组件的倾角情况不同，跟踪系统为了避免大风损坏，在夜间或风速过高时会调整组件至倾角最小状态；组件倾角还随着季节变化而变化，夏季夜间时间较短，双轴跟踪系统日间运行倾角较小；冬季夜间时间较长，双轴跟踪系统日间运行倾角较大，故不同跟踪形式组件倾角差异较大，导致积灰量有较大差异。此外，积灰量大小还与风速、风向、降水等诸多因素有关，情况非常复杂，还需要进一步深入研究。

2.2 不同形式组串的积灰发电效率

经对比，有积灰时平单轴日发电量下降约16%～17%，斜单轴日发电量下降约6%～7%，双轴日发电量下降约11%～12%，固定式日发电量下降约7%～8%。

组件自然积灰对日发电量的影响与定量涂刷法所得结果相比明显偏大[4]。10月22日真太阳时9:00～15:00之间，有积灰组串与无积灰组串相比，其并网功率下降百分比如图2a所示。对比图2a与图2b可知，组件积灰状态下的发电效率并不仅与积灰量有关，还与阳光入射角的变化趋势相似，入射角越大，灰尘对组件发电功率的影响越大。这可能是因为在积灰厚度一定的情况下，入射角越大，阳光在积灰层中的路径越长，更容易发生反射、散射、吸收等现象，导致组件表面实际接收光强变小。此外，组件背板温度、阳光光谱的变化可能会改变积灰对组件并网功率的影响。

图2 不同跟踪形式组件积灰并网功率下降百分比及阳光入射角日变化曲线

2.3 不同积灰情形下的P-V曲线

如图3所示，不同积灰情形下，多晶硅光伏组串的P-V曲线形态也呈现出不同的特点。情形一的曲线呈现出多峰特性，情形二和情形三的曲线都符合光伏组件P-V曲线的典型形态。

图3 不同积灰密度下组件的I-V及P-V曲线

若一个组串中不同组件的积灰密度差异较大，在组件旁路二极管的作用下会造成P-V曲线的畸变，这种变化可能会对逆变器最大功率点跟踪功能造成影响，导致发电量下降。

3 结论

利用特变电工哈密863实验电站的便利条件进行了光伏组件自然积灰实验，经过实验分析可得出以下结论：

1) 积灰量的大小与跟踪形式有很大关系，在哈密地区积灰时间为7～10月份，积灰密度由大到小分别是平单轴、双轴、固定式和斜单轴。

2) 积灰量与组件倾角有关，组件倾角越小，积灰量越大。

3) 对于多晶硅组件，积灰对组串并网功率的影响不仅与积灰密度有关，还与阳光入射角有关，入射角越大，积灰对组件并网功率的影响越大。

4) 积灰造成的实际发电量下降比用定量涂刷法测量所得结果大，后续还需对人工积灰实验和数据处理方法进行改进。

5) 组串不均匀积灰会使组串P-V曲线发生畸变，出现多峰情况，可能会导致并网逆变器对于最大功率点的判断出现错误，严重影响发电量，故在清洗组件时应避免出现遗漏。

[1] 时剑, 潘晓雷, 朱晓东, 等. 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[J]. 太阳能, 2010, (9): 39－41.

[2] GB/T 4585-2004/IEC 60507:1991, 交流系统用高压绝缘子的人工污秽试验[S].

[3] 张风, 白建波, 郝玉哲. 光伏组件表面积灰对其发电性能的影响[J]. 电网与清洁能源, 2012, 28(10): 82－86.

[4] 尤鸿 , 汪婷婷, 何银涛. 积灰对多晶硅光伏组件效率影响的实验研究[J]. 太阳能, 2013, (23):39－41.