并网光伏电站的发电性能测试研究＊

曾 飞，林志鸿，林荣超，董双丽，刘书强，胡振球，刘仲义

（广东产品质量监督检验研究院，广东 佛山 528300）

1 引言

目前，我国已成为全球光伏发电装机容量的第一大国，其中，绝大部分光伏电站都以并网形式运行。由于光伏行业受到政府补贴政策的影响，为了获得更多的电费补贴，几乎每年在特定的时间节点前都会出现“抢装潮”，但电站的建设质量良莠不齐，随之而来的质量问题频发，部分电站出现了设计不合理、施工不规范、组件衰减严重、设备故障率较高等多种问题，部分项目还长期存在运维缺失的情况，这些都直接导致电站的发电量低于预期，甚至存在安全隐患，因此，光伏电站的性能测试[1]和评价[2-3]越来越受到业内的关注。考察电站发电性能的重要指标主要有组件功率衰减[4]、逆变器转换效率[5]、串并联失配[6]、交直流线损[7]、能效比（PR）[8]、污渍遮挡损失[9]，等等，此外，还有红外热成像、电致发光（EL）[9]等测试手段，主要的参考标准有GB/T 20513—2006《光伏系统性能检测 测量、数据交换和分析导则》（等同采用 IEC 61724：1998）、CNCA/CTS 0016—2015《并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范》、CNCA/CTS 0004—2010《并网光伏发电系统工程验收基本要求》等。本文对一个典型的并网光伏电站进行系统的发电性能测试，结合测试结果分析电站能效比的影响因素。

2 电站项目概况

本次选定的并网光伏电站为10 kV并网彩钢瓦屋顶光伏系统，总装机容量5 420.00 kWp，位于广东省佛山市，共安装额定功率为250 Wp的多晶硅组件21 680块，500 kW集中式逆变器10台，直流汇流箱72台，直流配电柜10台，10 kV升压变压器5台，分成4个屋顶，每个组串均为每20块组件串联，组串并联后接入汇流箱，汇流箱并联接入逆变器，逆变器输出经过变压器升压至10 kV并入一个并网点。该项目于2015-06建成，截至测试时已正常发电运行2年6个月。光伏电站整体外观如图1所示。

图1 光伏电站整体外观照片

表1 测试项目具体条款及其测试日期

3 测试项目和测试方法

对并网光伏电站的现场检测一般包括红外热成像、污渍遮挡损失、光伏组件性能衰降、光伏组串温升损失、光伏组件/组串的串并联失配损失、EL测试、光伏方阵相互遮挡损失、直流线损、逆变器效率、逆变器MPPT效率、变压器效率、交流线损、光伏方阵绝缘测试、接地连续性测试、并网性能测试（并网点电能质量、孤岛保护、有功/无功功率控制能力、低电压穿越以及电压/频率适应能力验证）等内容[11]。本文依据标准CNCA/CTS 0016—2015规定的方法进行测试，根据选定的光伏电站的实际情况，本次挑选其中的9个项目，具体条款和测试日期如表1所示。

测试组在2017-12-08完成了上述序号1-7的7个项目的测试，2017-12-09完成PR和PRSTC的测试；在2018-03，运维人员清洗电站的所有组件，测试组对PR和PRSTC进行了复测，具体测试方法如下。

3.1 组件功率衰降率

选定外观无异常的组件，在清洗后进行I-V测试。组件功率衰降率＝（光伏组件初始STC标称功率－实测修正STC标称功率）/光伏组件初始STC标称功率的比值×100%.

3.2 组件污渍和灰尘遮挡损失

选定组件，在清洗前后分别进行I-V测试。污渍遮挡损失＝（组件清洁后修正功率值－组件清洁前修正功率值）/组件清洁后修正功率值×100%.

3.3 串并联失配损失

采用集中式逆变器的光伏电站失配损失主要包括组件到组串的串联失配，组串到汇流箱的并联失配和汇流箱到逆变器的并联失配损失。

3.3.1 组串内光伏组件的串联失配损失

断开选定组串，对其中每一块组件测试I-V曲线，记录光强和组件温度；恢复组串到工作状态，检测组串实际工作电压和工作电流，记录光强和组件温度；分别修正到统一光强和统一温度。计算公式是：串联失配损失＝（各组件修正最大功率之和－组串修正工作功率值）/各组件修正最大功率值之和×100%.

3.3.2 多个组串并联的失配损失

断开选定汇流箱，对其中每一个组串测试I-V曲线，记录光强和组件温度；接通汇流箱，使其处于工作状态，记录工作电压和工作电流，同时记录光强和组件温度；分别修正到统一光强和统一温度条件。计算公式是：并联失配损失＝（各组串修正最大功率之和－汇流箱修正工作功率值）/各组串修正功率值之和×100%.

汇流箱到逆变器的并联失配本次不进行测试。

3.4 直流线损

采用集中逆变器的光伏电站的直流线损主要包括组串到汇流箱的直流线损和汇流箱到逆变器的直流线损。

3.4.1 光伏组串到汇流箱的直流线损

从选定汇流箱所对应的组串中抽取近、中、远3个组串检测，同时，检测组串出口直流电压、汇流箱入口直流电压。该组串在汇流箱入口的直流电流按照CNCA/CTS 0016—2015规定的方法计算线损，并修正到STC条件下。

3.4.2 汇流箱到逆变器的直流线损

从选定逆变器所对应汇流箱中抽取近、中、远3台进行直流线损检测，同时，检测汇流箱出口直流电压、逆变器入口直流电压、逆变器入口直流电流，按照CNCA/CTS 0016—2015规定的方法计算线损，并修正到STC条件下。

3.5 逆变器加权效率

逆变器效率是逆变器输出功率与输入功率的比值，从早到晚，在不同负载率时测试逆变器的输入/输出功率。效率的测试结果参考青海经验公式计算加权效率，即ηqh＝0.01η5%＋0.02η10%＋0.04η20%＋0.09η30%＋0.18η50%＋0.14η65%＋0.17η75%＋0.35η100%.

3.6 能效比（PR）和标准能效比（PRSTC）

用总辐射计记录每天的辐照强度，记录间隔为5 s，总辐射表的安装方向和角度与电站组件一致，同时，在上网关口表处记录当天的发电量。用总辐射表计算输入能量，发电量与输入能量之比即为能效比。

由于不同环境温度影响PR的测试结果，而环境温度的影响不属于电站建设的质量问题，因此，将PR值修正到25℃下的结果（即PRSTC）再作对比，按照CNCA/CTS 0016—2015规定的方法修正。

4 测试结果和分析

4.1 组件污渍和灰尘遮挡损失

在现场抽取5块组件，在清洗前后进行I-V测试，结果如表2所示。

表2 组件清洗前后I-V测试结果

由结果可知，组件清洗后功率相比清洗前提高了7.28%，可见组件受到的污渍遮挡比较严重，现场外观如图2所示。

4.2 组件功率衰降率

在现场抽取5块组件，在清洗后进行I-V测试，结果如表3所示。由结果可知，组件平均衰降比例为4.69%.目前，业内一般多晶硅组件厂家承诺首年平均衰降率不超过2.5%，之后每年衰降比例不超过0.7%，则运行2年6个月后组件的衰降比例应不超过3.55%.本项目的组件衰降比例明显高于业内一般水平，可见组件的质量比较差。

图2 清洗前后组件外观照片

表3 组件功率衰降率测试结果

4.3 组串内光伏组件的串联失配损失

选取一个组串，分别对所有组件以及组串进行测试，计算串联失配损失，结果统计如表4所示。

表4 组串内光伏组件的串联失配损失测试结果

由表4可知，组件STC最大功率之和为4 458.1 W，组串修正工作功率为4 391.0 W，由此计算串联失配损失为1.51%.

4.4 多个组串并联的失配损失

选取一个代表普遍情况的汇流箱（接入10路组串），分别对所有组串和汇流箱进行测试，计算汇流箱的失配损失，结果统计如表5所示。

由表5可知，10个组串STC最大功率之和为42 094.5 W，汇流箱修正工作功率为41 464.4 W，由此计算并联失配损失为1.50%.

表5 多个组串并联的失配损失测试结果

4.5 光伏组串到汇流箱的直流线损

从选定汇流箱所对应的组串中抽取近、中、远3个组串进行检测，计算直流线损的平均值，统计结果如表6所示。

表6 光伏组串到汇流箱的直流线损

由表6所示的计算结果可知，光伏组串到汇流箱的直流线损最近处为0.43%，最远处为0.79%，平均值为0.58%.

表7 汇流箱到逆变器的直流线损

表8 逆变器加权效率计算表

4.6 汇流箱到逆变器的直流线损

从选定逆变器所对应的汇流箱中抽取近、中、远3个汇流箱进行检测，计算近、中、远直流线损的平均值，结果统计如表7所示。

由表7所示的计算结果可知，汇流箱到逆变器的直流线损最近处为0.36%，最远处为0.71%，平均值为0.48%.

4.7 逆变器加权效率

现场选取一台500 kW集中式逆变器进行全天的转换效率测试，测试结果参考青海经验公式计算加权效率，计算结果如表8所示。

经计算，逆变器的加权效率为97.1%.

4.8 能效比（PR）和标准能效比（PRSTC）

本项目先在2017-12-09测试了1 d的PR和PRSTC，由于当时组件污渍遮挡比较严重，在2018-03由运维人员对电站的所有组件进行清洗后，测试组于2018-03-13进行复测，结果如表9所示。

表9 PR和PRSTC测试结果

4.9 测试结果汇总分析

对以上9个测试项目的结果进行汇总，如表10所示。

表10 测试结果汇总表

4.9.1 污渍遮挡的影响

2017-12-09第一次PR测试值仅为67.48%，在2018-03清洗组件后，PR值提高为74.64%.考虑到2017-12和2018-03组件背板温度的不同对PR值的影响比较大，因此，进一步对比分析参考PRSTC值。在组件清洗前，PRSTC值为67.54%，清洗后为78.22%，由4.1所示的测试结果可知，清洗后的组件最大功率增长幅度为7.28%，而PRSTC增长幅度达到10.68%，大大高于组件功率的增长幅度，原因是严重的污渍遮挡不仅降低表面透过率，还会使组件温度升高（如图3所示，积灰的边缘部位温度高于其他部位），且组串的一致性变差，造成失配损失较高。本次在清洗前测得的串联失配、并联失配损失均为1.5%左右，高于其他类似项目的结果[6]。

4.9.2 组件功率衰降的影响

本项目的组件在运行2年6个月后功率衰降率达到4.69%，明显高于业内3.55%的一般水平，由此推测组件存在一定的质量问题，因此，在现场抽检了166块组件的EL图像。对EL结果的统计表明，62.5%均存在明暗片，5.6%存在碎片，典型的EL图像如图4所示。从图4中可以看出，明暗片是造成组件功率衰降的最重要原因。明暗片还导致不同组件的一致性变差，这也进一步增加了失配的损失。

图3 组件红外热成像照片

图4 组件EL图像

5 结束语

本文对一个广东佛山地区的彩钢瓦屋顶并网光伏电站进行系统的发电性能测试，分别测试了组件污渍和灰尘遮挡损失、组件功率衰降率、组串内光伏组件的串联失配损失、多个组串的并联失配损失、光伏组串到汇流箱的直流线损、汇流箱到逆变器的直流线损、逆变器加权效率、光伏电站能效比（PR）、光伏电站标准能效比（PRSTC）共9个项目。测试结果显示，污渍遮挡损失比例为7.28%，其对电站能效比的影响最大；清洗组件后，PRSTC的增长幅度达到10.68%；组件的功率衰降率高于业内一般水平，其中，明暗片是造成功率衰降的最重要原因。

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［11］中国质量认证中心，中国科学院电工研究所.CNCA/CTS 0016—2015并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范［S］.［出版地不详］：［出版者不详］，2015.