雾霾对光伏组件短路电流的影响探讨

卜聪 马锦贞 杨婧 田美玲

摘 要：光伏发电是一种新兴的能源，随着装机容量的增加，光伏发电在传统能源中起到了重要的补充作用。但是近年来雾霾天气频现，而雾霾天气会显著影响到光伏组件的电性能，因此雾霾天气已成为光伏发电的严重阻碍。基于此，文章在基于光伏组件光谱响应特性的前提下，监测了多种雾霾天气下太阳光的光谱，并分析研究了空气质量指数对光伏组件短路电流的影响，以期为相关研究提供参考。

关键词：光伏组件；雾霾；短路电流；影响

近年来，我国很多地区出现了较长时间的雾霾天气，尤其秋季的雾霾更为严重[1]。光伏发电的主要原理是通过光电效应直接将太阳能转化为电能，而雾霾天气对光伏发电带来了很大的挑战[2]。现阶段无法在短期内有效解决雾霾现象，因此研究雾霾对光伏组件短路电流的影响有助于更加高效地利用光伏发电。

一、试验材料与方法

（一）试验设备与样品

该研究选用小型户外光伏系统，该系统可通过可变电子负载不间断地对光伏组件的性能进行监测，采集环境的温度、湿度、总辐照、风速等。通过光伏数据处理系统从政府服务网获取空气质量相关数据。自然光光谱分布的测量采用型号为S-2440的Soma太阳分光辐射计。

小型户外光伏系统主要组成包括单晶硅组件、单晶PERC组件和多晶硅组件。该研究主要对单晶硅组件进行研究，样品由36片单晶硅光伏电池片串联组成，规格为125mm×125mm。

（二）方法

由于光伏组件电性能的影响因素众多，而这些影响因素又与时间、季节、天气等因素有关，因此，为最大程度保证因素的影响一致，本研究选择在晴朗少云、风力较弱、日期间隔2个月以内、空气质量指数不同的日期进行。

雾霾严重程度采用空气质量指数来表征。

二、结果与分析

（一）太阳辐照强度对光伏组件短路电流的影响

以下分别给出6个相似日的天气：11月1日：晴，高温21℃，低温：13℃，西南风2～级，空气质量指数：50，优；11月3日：晴-多云，高温20℃，低温10℃，东风1～2级，空气质量指数：130，轻度污染；11月24日：多云，高温1321℃，低温：8℃，西风2～3级，空气质量指数：90，良；12月8日：晴，高温9℃，低温：4℃，南风1～2级，空气质量指数：58，良；12月11日：晴-多云，高温10℃，低温：6℃，东南风2～3级，空气质量指数：100，轻度污染；12月31日：多云，高温9℃，低温：4℃，西风1～2级，空气质量指数：216，重度污染。

根据上述太阳辐照强度的数据，分别绘制出太阳辐照强度随時间变化、光伏组件短路电流随时间变化的曲线（图1）。图1表明，太阳辐照强度随时间变化的曲线和光伏组件短路电流随时间变化的曲线形状类似，这就证明了光伏组件短路电流随辐照强度的线性关系。此外，11月24日的曲线存在较多杂散波，经过查询记录得知当日间断出现云层，这就可以说明云层遮挡太阳光可以显著影响辐照强度以及光伏组件的输出。

图1 太阳辐照强度随时间变化、光伏组件短路电流随时间变化的曲线

（二）光谱分布对光伏组件短路电流的影响

为了规避风速、风向和环境温度的影响，同时考虑到光谱分布和辐照强度，该研究利用实际的太阳光谱，同时结合光伏组件的绝对光谱响应特性计算出雾霾条件下光伏组件的短路电流。

1.被测样品的光谱响应

由绝对光谱响应计算出光伏组件电流片的短路电流和电流密度（表1），由于6片电池片的电流密度均不同，因此选取短路电流最低的2号电池片进行研究。

2.雾霾对光伏组件短路电流的影响

选择天气晴朗、无云且空气质量不同的11月1日、11月3日、11月24日和12月8日，同时选择最能体现雾霾对光伏组件影响的11：00—14：00时间段。实时于特定时间监测太阳光光谱，通过计算得出被测光伏组件的短路电流（表2）。根据表2中数据，绘制出4个不同时间辐照度、短路电流随空气质量指数的变化曲线图，对曲线进行拟合得出斜率（表3）。

结语

研究结果表明，对于空气质量指数常年不超过250的雾霾不太严重的区域，光伏组件短路电流与雾霾天气表征值（空气质量指数）呈明显的负相关，辐照度的雾霾系数绝对值为-2.48W/单位空气质量指数，短路电流的雾霾系数绝对值为-0.04A/单位空气质量指数；而辐照度和短路电流的雾霾系数相对值较接近，分别为-0.28%/单位空气质量指数、-0.31%单位空气质量指数。

参考文献

[1]李英姿，曾万昕，李智，等.北京地区雾霾对光伏发电量影响的灰色关联度分析[J].电器与能效管理技术，2018（14）：56-62.

[2]裴雨清，李松丽，孔华锋，等.雾霾影响下的光伏发电系统的可视化分析平台研究[J].计算机应用与软件，2018，35（06）：88-90，106.