近期由南到北的湿热天气,让大家都苦不堪言。这种天气,人难受,光伏电站啥感觉?三伏天里的湿热天气对光伏电站有什么影响?
一、高温对光伏电站的影响
7月24日,上海的气温高达40℃。亚坦能源的工程师们,为了研究温度对光伏电站的影响,冒着酷暑做了一系列的实测数据。(特别说明:本次数据记录均采用的是红外型温度计,由于被测物体表面颜色原因,可能导致温度略有偏差,但是基本反映整个被测物体表面温度,可作参考。)
在40℃的高温下,正午12点,屋面温度高达68.5℃(这个气温足够煎蛋了)。
1高温对光伏组件的影响1)光伏组件表面温度
由于光伏组件将太阳能转换为电能,光伏组件表面的温度只有57.5℃,比屋面温度低11℃。
2)光伏组背板面温度
光伏电池将太阳能转换为电能的过程中,会发热;同时,由于安装在屋面,背板处通风条件差,因此组件的背板温度会高于组件的表面温度,达到63℃(由于不方便拍照,所以没有图片记录),但仍比屋顶温度低5.5℃。
3)光伏组件下方屋面的温度
光伏组件下方,没有被太阳直射的屋面温度为48℃(由于不方便拍照,所以没有图片记录),比无遮挡屋面温度整整低20.5℃!
可以看出,光伏组件利用了太阳能、减少顶层屋面的受热,从而间接降低顶层房间的气温。
具业主介绍,自从安装光伏发电系统以后,在最高温天气,顶层房间温度比原来降低约6℃左右。
用光伏发电,不仅节省了从电网购买的电能,还通过降温节省了空调用能,达到双倍节能的效果!
4)光伏组件出力的降低
光伏组件非常怕热!各光伏组件的技术规格书中都会有一项参数:峰值功率温度系数!一般,光伏组件的峰值功率温度系数在-0.38~-0.44%/℃之间。即,温度升高,光伏组件的输出功率会降低,如下图所示。下图中,随着温度的升高,组件功率逐渐下降。
以12块270Wp光伏组件组成的3.24kW的系统为例,假设组件的峰值功率温度系数为-0.41%/℃,对当天的组件输出功率降低进行计算。
(68.5-25)℃×(-0.41%/℃)=-17.84%
3.24kWp × (1-17.84%) = 2.66kW
7月24日中午12时,由于上海高温造成光伏组件的功率损失为17.84%,标称功率为3.24kW的系统,在不考虑其他因素影响的情况下,光伏组件的最大输出功率仅能达到2.66kW。
2高温对逆变器的影响光伏组件怕热,逆变器也怕热。逆变器内部都是电子元件,工作时都会产生热量,温度升高对逆变器各主要部件的性能影响非常大(参考:原来,温度对逆变器寿命影响这么大!)。温度过高的情况下,逆变器将会停止工作。
为了防治温度过高引起逆变器宕机,逆变器必须安放在阴凉处,防治太阳直射。必要的时候,要搭一个小凉棚。
亚坦能源的工程师们在安装的时候就注意到这一点。因此,即使在这种大热天里,逆变器仍然好好的工作。
逆变器的表面温度
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由于安装在阴凉处,逆变器的表面温度只有44.4℃,略高于环境温度。
逆变器的散热片温度
打开逆变器的外盖,对内部的温度进行了测试。散热片的温度为51.8℃。一般逆变器的最高工作温度都在70℃以上。因此,由于安装时特别注意,逆变器在如此高温下仍然正常工作。
二、“湿+热”引起的PID效应
1PID效应的发生与危害湿热天气非常容易引起光伏组件的PID效应,使光伏组件失效。(有关PID的解释,请参考:热词“PID效应”,你怎么理解?)。
某光伏组件,在湿度为50%、温度为70℃的条件下,运行100h(约20天)后的EL图片如下图所示。
(说明:左边为正常组件,右边为发生PID效应的组件,黑色为失效电池片,约32%失效)
光伏组件PID效应不断加重的过程
2PID效应的防治
实践中, PID问题的防治更多的是从逆变器端进行。从逆变器角度可采用以下三种方案:
方案1:负极直接接地方案
将光伏组件或逆变器的负极通过电阻或保险丝直接接地,使电池板负极对大地的电压与接地金属边框保持在等电位,消除负偏压,该方案多用于集中式逆变器,如下图所示。
负极直接接地方案
方案2:负极虚拟接地方案
三相逆变电路结构如下图所示。
逆变电路原理图
图3中各点电压关系如下:其中
(三相平衡系统)
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据此可得交流中性点N电位UN比直流侧负极电压U-高2Ud/3,如图4(a)所示。利用模拟中性点装置和电压调整装置,等效将UN抬升,使得U-大于0,消除负偏压,达到负极虚拟接地的目的,如图4(b)所示。
图4 负极虚拟接地方案
集中式与组串式逆变器均可采用负极虚拟接地方案来抑制组件PID。由于集中式与组串式逆变器的组网形式不同,使得两种类型逆变器的负极虚拟接地方案在防PID装置交流接入点、安装位置、获取负极对地电压方式等方面有区别,如图5所示。
图5 集中式与组串式的负极虚拟接地方案系统结构对比
方案3:夜间反PID修复
利用组件PID的可逆性原理,在夜间逆变器停止工作时段内,利用单独的直流源对电池板施加反向电压,修复白天发生PID现象的电池板,如图5所示。该方案需每台逆变器增加一台直流源,成本较高,且仅在逆变器不工作时,对电池板进行修复,属于“事后治疗”的被动方案。
夜间对电池板修复的反PID方案
3逆变器防治PID效应的案例案例1:逆变器有无PID模块电站发电量差异对比
选取某实际电站中同一地点,各种条件基本相同的两个光伏方阵,其中9-1区采用的集中式逆变器不具备防PID功能,而9-2区采用的阳光电源集中式逆变器具备防PID功能。测试发现:安装了PID模块的集中式逆变器可以有效地防止组件PID衰减,大幅度降低发电量损失,如表3所示。
表3 具备防PID功能的集中式逆变器可大幅度减少了因组件PID带来的发电量损失
案例2:PID夜间修复案例
深圳某5.5MW光伏电站项目,在电站建设前期未考虑组件PID影响,发生PID后,通过现场安装PID模块后,经过6个夜间(42小时)修复后组件各项指标参数恢复正常,有效地避免发电量损失,如表4所示。
表4 已出现PID的组件经PID模块修复后的实际效果
本文中的素材大量引用了亚坦能源的《你知道气温40度大晴天,太阳能系统是怎样的工作状态吗?》
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