光伏组件输出功率影响因素分析

时间：2024-05-19

陈玉伟

【摘要】本文结合并网光伏电站发电数据，分析影响光伏组件输出功率的主要影响因素。重点阐述光照强度、环境温度、组件表面清洁度对光伏组件输出功率的影响机理，并提出提高光伏组件输出功率方法。

【关键词】太阳能；光伏电站；光伏组件；输出功率

中图分类号： TQ325 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）20-0053-002

Factors Influencing Energy output of Photovoltaic Modules

CHEN Yu-wei

（Chemical and Materials Engineering，Changzhou Vocational Institute of Engineering，

Changzhou Jiangsu 213164，China）

【Abstract】Combing grid-connected photovoltaic（PV）power plant generating data，the paper analyzes the main factors influencing the photovoltaic modules output power：light intensity，temperature，and surface cleanliness.Elaborate mechanism of various factors affecting the PV modules output power，and proposed to increase the power output of PV modules methods.

【Key words】Solar energy；Photovoltaic power plant；Photovoltaic modules；Output power

0 引言

近年来，随着世界各国加大对太阳能光伏产业的扶持力度，光伏制造成本的持续降低、发电效益的不断提高，光伏发电得到了快速发展和广泛应用。截至2016年底，世界光伏装机容量大300GW，预计到2019年底全球光伏装机容量将达498GW。但目前光伏发电成本仍高于煤炭发电成本，制约其大规模应用。降低光伏发电成本已成为行业的发展目标，其中优化系统设计、增大电站发电量，是降低发电成本的重要途径[1-3]。

光伏电站的规划设计应满足“安全、可靠、高效和经济的原则”，但光伏发电输出受太阳辐射强度、电池组件温度、降水、云量、湿度等气象要素随机性变化，具有不连续性和不确定性[4]。这种发电方式在接入电网后必会对电网的安全和管理带来一系列的问题。

常州某光伏电站是国家金太阳光伏示范工程，于2011年正式运行的光伏电站。光伏电站由4800块、功率为230W的多晶电池组件组成，装有6个逆变器。建设容量为1.0994MW，预计年平均发电量约为100万kWh。

本文基于常州某光伏电站发电数据，总结和分析影响光伏电站发电量的各种因素，以期对光伏并网发电所启发。

1 光伏电站发电量影响因素

根据光伏发电的特点与构成，影响光伏电站发电量的主要因素有：光伏组件运行的外部环境、光伏组件是否损坏、光伏组件安装几何设置等

1.1 太阳辐射强度对光伏电站发电的影响

光伏电站的发电原理是将照射在光伏组件上的太阳能转化为电能，其输出电能的大小跟照射到组件表面的太阳辐射强度成正比。太阳辐射强度大，光伏组件的输出功率就打，反之则光伏组件输出功率就弱。

太阳辐射强度随一天不同时间段会发生很大变化，同样光伏电站的输出功率也会发生很大变化。图1为光伏电站在7月某晴天不同时段发电量分布。早上5～6点后开始发电，此时输出功率非常小。随着太阳辐射强度的不断增强，光伏电站的输出功率不断变大并达到峰值。午后，随着太阳高度角的减少，光伏电站的发电功率逐渐降低，至傍晚就基本停止發电。

图1 光伏电站实际一天发电功率

由于不同季节日照时间不同，光伏电站在不同月份发电量也有较大差异，如图2所示。1月、2月和12月日照时间最少，发电量总共只有751735KWh。日常不同天气太阳辐射强度不同，也会影响光伏电站的输出功率。在晴天，光伏电站的输出功率高，多云或阴天，光伏电站的输出功率就低。由于常州地区在6月份处于黄梅雨季节，导致该月份发电量相对较少。

1.2 温度对光伏电站发电的影响

光伏组件的输出功率受运行温度影响非常大。光伏组件在高于25℃环境下随温度升高光伏组件的短路电流（Isc）随温度的升高略微增大，但开路电压（Voc）则大幅降低，如图3所示。由公式（1）可知随着Voc大幅降低，组件效率也会减小，每升高1℃，组件功率减少0.35%。

？浊=×100%（1）

其中η为组件效率，FF为组件填充因子，S为组件受光面积，E为光照强度。

图3 光伏组件的温度特性

Fig.3 Temperature characteristics of photovoltaic module

从图2也可以看出光伏电站实际发电数据也是受温度影响较大。一年中太阳最长照射时间和最强辐射强度应该出现在7月份，但是从图2中可以看出7月份并不是一年中发电量最多月份，而是4月和5月。有时由于环境温度过高，将会导致输出电压低于逆变器工作电压，光伏电站不能有效发电[5]。

1.3 灰尘对光伏电站发电的影响

由于城镇化和工业化加快，雾霾天气频发，空气中颗粒不仅影响人体健康，同时对光伏电站输出功率的影响也比较大，特别是西部和华北地区。空气中的浮尘沉积在组件玻璃板表面，遮挡照射在光伏组件上的光线，降低太阳辐射量，从而减小光伏电站的输出功率。同时灰尘覆盖在光伏组件表面，组件的散热受到很大影响，提高组件的工作温度，影响光伏电站的工作效率。安徽某光伏电站由于20天灰尘积累，导致光伏电站输出功率下降24%[6]。深圳某光伏建筑一体化电站通过清洗15天灰尘积累光伏组件，组件效率平均提高25%[7]。endprint

图4（a）是光伏電站运行4年来发电总量。从图中可以看出光伏电站发电量逐年减少，其中一个重要原因是自从光伏电站运行以来，光伏组件就未清洗，组件表面灰尘较多，遮挡组件光的吸收。

（a）光伏电站每月发电量

（b）每年总发电量

1.4 光伏组件衰减对电站发电量的影响

光伏电站在运行后，光伏组件会发生功率衰减，其产生原因主要包括初始光致衰减和组件老化衰减。初始光致衰减主要是由于p型硅片中硼掺杂剂与氧形成复合中心，降低少子寿命。硅片中含硼和氧越多，光伏组件功率衰减越大[8]。该类衰减一般发生在光伏电站运行初期，后期对电站功率衰减影响较小，如图4（b）所示。2014年较前一年输出功率减少了9%，但是2015年电站输出功率并未减少，一方面是由于该年份光照辐射强度大，另一方面是由于初始光致衰减影响减弱。为了减少硼氧复合对光伏电站效率的影响，行业正在研究用n型硅片取代p型硅片。

组件老化衰减主要是由于组件长期暴露在高温、强光照射、氧、水等复杂环境下工作，导致光伏组件背板和封装EVA胶膜老化，从而出现变色、起皱、脱层等失效现象。常州某光伏电站所用部分组件已有黄变，从图4（b）中可以看出2016年电站输出功率大幅减少，主要是由于组件老化衰减导致。

2 结论

1）光照强度是影响光伏电站输出功率最重要因素，光照强度越强，电站输出功率越大。

2）环境温度对光伏组件也具有重要影响，在高于一定温度下，组件功率随温度升高迅速衰减。

3）光伏组件表面的灰尘遮挡光线，降低光照强度，严重影响光伏电站的发电效率，必须要对组件进（下转第64页）（上接第54页）行定期清洗。

4）由于晶硅组件存在初始光致衰减和组件老化衰减，减少光伏电站输出功率。

【参考文献】

[1]王洪坤，葛磊蛟，李宏伟，等.分布式光伏发电的特性分析与预测方法综述[J].电力建设，2017，38（7）：1-9.

[2]荆博，谭伦农，钱政，等.光伏发电短期预测研究进展综述[J].电测与仪表，2017，54（12）：1-6.

[3]付文雯，曾成碧，张嘉琪，等.利用光伏发电优化功率控制提高电网暂态稳定[J].电源技术，2017，41（5）：786-789.

[4]高宏玲，赵翼.并网光伏发电系统设计中影响系统发电效率的因素分析[J].工业技术创新，2014，1（2）：148-153.

[5]管国辉，张明，吴杭佳，等.户用型并网光伏发电系统实践[J].太阳能，2015（4）：28-32.