温度对光伏电站发电量的影响研究*

2016-04-17 08:22:58熊德安李景云
新疆农垦科技 2016年7期
关键词:接线盒发电量串联

熊德安,李景云

(新疆天富金阳新能源有限责任公司,新疆石河子832000)

温度对光伏电站发电量的影响研究*

熊德安,李景云

(新疆天富金阳新能源有限责任公司,新疆石河子832000)

本文通过研究温度对光伏电站设施、设备的影响,进而确定温度对光伏电站发电量的影响,从理论和实践2个方面分析温度对光伏电站发电量的影响,并提出针对温度提升发电量的对策,对光伏电站在西北地区的运营有一定的参考价值。

温度;组件;发电量

1 温度对光伏电站设备、设施的影响

1.1 温度对组件的影响

太阳能光伏发电核心单元为太阳能电池,目前投入大规模商业化应用的主要是硅系太阳能电池,即单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池[1]。温度对硅太阳能电池的影响,主要反映在太阳能电池的开路电压、短路电流、峰值功率等参数随温度的变化而变化。

单体太阳能电池的开路电压随温度的升高而降低,电压温度系数为210~212mV/℃,即温度每升高1℃,单体太阳能电池开路电压降低210~ 212mV。太阳能电池短路电流随温度的升高而升高;太阳能电池的峰值功率随温度的升高而降低(直接影响到效率),即温度每升高1℃,太阳能电池的峰值功率损失率为0.135%~0.145%。例如:工作在20℃的硅太阳能电池,其输出功率要比工作在70℃的高20%。

1.2 温度对组件串联个数的影响

光伏组件串联个数应保证满足逆变器的直流MPPT电压和最大直流允许电压的要求。目前,较常用的集中式逆变器型号为500kW,其MPPT电压跟踪范围为500~850V,最大开路电压均为1000V。根据GB50797-2012《光伏发电站设计规范》中计算公式对光伏组件串联数量进行计算,得出如下结论:

表1 极端温度与组件串联个数关系

从表1可以看出,西北地区60片260W组件可以串联22个;60片280W组件可以串联21~22个;72片305W组件可以串联18个,72片325W组件可以串联17~18个。基于成本考虑,一般都选择串联22个。下文实例中的电站以255W串联22个设计。

1.3 温度对接线盒的影响

接线盒在太阳电池组件中起着非常重要的作用,它不仅能将太阳能电池产生的电传输到外部电路中去,同时也是太阳电池组件的“保镖”。接线盒是集电气设计、机械设计与材料科学相结合的跨领域的综合性设计;接线盒充当“保镖”时,它利用二极管自身的性能使得太阳电池组件在遮光、电流失配等其他不利因素发生时,还能保证工作,适当降低损失。

接线盒盒体及盒盖材料为聚苯醚塑料。盒体、盒盖及密封圈形成1个密封的空间,随着温度的升高,密封空间内空气体积膨胀,气压增大,且使盒体、盒盖机械强度变小,接线盒盒体或盒盖发生变型,盒内外气压一致。大大降低了接线盒的密封性,水汽及灰尘的进入会破坏盒内金属器件,造成接线盒报废。使接线盒内温度升高的因素主要为二极管和环境温度。二极管在导通时会产生热量,同时,由于二极管和接线端子存在接触电阻,也会产生热量。另外,环境温度升高也会使接线盒内部温度升高。密封圈的材料为有机硅橡胶,高温会加速密封圈的老化速度,影响接线盒的密封性,降低防水防尘等级。二极管内部存在反向电流,温度每升高10℃,反向电流就会增大1倍,反向电流会减小组件产生的电流,影响组件的功率。

表22015 年石河子地区每月平均气温及降水总量

表320MW电站2015年产能统计

2 温度对发电量的影响

2.1 温度对太阳能电池组件的影响

温度对光伏电池的影响很大,开路电压温度系数为-0.64%/℃,即是温度每升高1℃,开路电压下降0.64%。单块太阳能电池组件通常由60片单体太阳能电池串联组成。根据在新疆石河子地区实地测量的结果,夏天时太阳能电池组件表面温度可以达到72℃,此时的太阳能电池工作结温可以达到102℃(额定参数标定均在25℃条件下),组件的开路电压与额定值相比将降低15264mV,峰值功率损失率约为32%,由此可以看出,硅太阳能电池工作在温度较高情况下,开路电压随温度的升高而大幅下降,同时导致充电工作点的严重偏移,易使系统充电不足而损坏;硅太阳能电池的输出功率随温度的升高也大幅下降,致使太阳能电池组件不能充分发挥最大性能。

2.2 温度对发电量影响的实例

从表2、3可以看出,在温度较低的1月、11月及12月,发电量均未达到设计要求,而在温度较为适宜的3~10月,发电量均超过设计值。

3 解决方案

3.1 通过合理设计和安装太阳能电池组件来降低温度影响

系统设计(尤其是存在太阳能电池组件串并联组成太阳能方阵)时,应根据使用环境的不同,适当增加太阳能电池组件数量,以补偿由温度的升高而引起的电压损失和功率损失,保证系统正常使用。同时,在太阳能电池组件的安装上应充分考虑散热问题,尤其是将太阳能电池组件与建筑物相结合安装时,应留出足够的散热空间。

广泛采用的系统设计方案中,60片组件在南方地区24个1串,北方地区22个1串,72片组件南方20个1串,北方地区18个1串。

3.2 设计合理的太阳能光伏发电用充放电控制器

实现太阳能电池方阵最大功率跟踪(MPPT)功能,来精确跟踪工作电压和功率波动,发挥太阳能电池最大效能。增加温度补偿功能,在不同的温度条件下,自动调整蓄电池充电电压和放电终止电压,如果可能应尽量根据蓄电池容量设置过放电控制,合理发挥蓄电池的性能。

接线盒内容易受高温影响的部件为密封圈、二极管以及盒盖。所以,接线盒必须具备优良的散热性,或作特殊的散热设计才能减少温度的影响。常见的散热设计为增大金属件的表面积或安装散热片。但是这样并没有彻底解决散热问题。如果在接线盒内部安装散热片,虽然暂时降低了二极管的管温,但是仍然会使接线盒内腔温度升高,影响橡胶密封圈的使用寿命;如果安装在盒外面,一方面会影响接线盒整体的密封性,也会容易使散热片被腐蚀。可行的方案是安装特殊装置,沟通盒内外,以达到平衡气压的作用,降低盒内温度和气压,降低接线盒损坏的风险。

3.3 设计合理的机房,尽量控制室内温度在合适的范围内

尤其在高寒地区应采用被动式太阳能采暖房,尽量使蓄电池在5~35℃的环境温度下工作。在太阳能光伏发电应用中,温度除了影响太阳能电池和蓄电池的电性能外,在独立光伏电站建设中,太阳房的施工、电线电缆的铺设、阵列基础的施工等都应考虑温度的影响。

[1]孙朋杰,陈正洪,成驰,等.太阳能光伏电站发电量变化特征及其与气象要素的关系[J].水电能源科学,2013(11):249-252.

兵团环境保护科学研究所

兵团环境保护科学研究所(以下简称“兵团环科所”)于2004年9月3日经国家认证认可监督管理委员会批准开展有机产品认证(认证机构批准证书号:CNCA-R-2004-131号),2006年4月7日获得了中国合格评定国家认可委员会颁发的有机产品认证机构认可证书(注册号:CNAS-C110-O)。认证业务范围包括作物种植、野生采集、畜禽养殖、水产养殖、加工等,是中国认证认可协会的理事单位,同时也是全国23家有机产品认证机构中新疆唯一一家。

兵团环科所下设有机产品认证中心(以下简称“中心”),专门从事有机产品的认证工作。中心现有专兼职检查员40余人,专家27人,技术力量雄厚。

截至2012年年底,通过兵团环科所认证的企业已达80多个,范围遍布全疆;还将业务拓展至北京、上海、山东、云南、内蒙等省区。2012年6月,我所检查员赴美国明尼苏达州,对进口中国的有机产品开展现场认证检查。通过有机产品认证的产品包括水稻、小麦、棉花、大豆、红枣、哈密瓜、苹果、葡萄、草莓、树上干杏、红花油、野生鱼、螃蟹、饲草、牛羊肉等,占新疆有机产品认证市场份额的30%以上。中心积极协助企业建设有机食品基地,其中9家企业获得环保部授予的“国家有机食品基地”称号,2个地区获得国家认监委授予的“有机产品认证示范区”。

本中心将本着求真、务实、公正、公平、运作规范、评价准确、服务诚信的态度为认证企业服务

2013年在兵团环保局的组织下,兵团环科所筹建成立兵团有机产品协会。协会本着为会员服务,为行业服务的宗旨,为兵团及全疆的有机产业的发展提供平台。

兵团环科所有机认证中心:

地址:新疆乌鲁木齐市红山路159号天鸿综合楼三楼邮编:830002

电话:0991-2325271传真:0991-2819402E-mail:bthks_yj@163.com

联系人:万勤(所长)13609922171韩春丽(主任)13659926509

兵团有机产品协会:

地址:新疆乌鲁木齐市建设西路16号果树巷兵团勘察设计院7楼

电话:0991-2334789(兼传真)

联系人:邓君萍13199854775 赵武林13699371750

2016—05—16

新疆生产建设兵团第八师2015年度科技计划“高纬度地区提升光伏发电效率工艺研究与应用”,项目编号:2015cz04。

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