小小的灰尘对光伏组件能造成多大的
灰尘对光伏发电的影响
1
温度影响
目前光伏电站较多使用硅基太阳电池组件,该组件对温度十分敏感,随灰尘在组件表面的积累,增大了光伏组件的传热热阻,成为光伏组件上的隔热层, 影响其散热。电池组件在长久阳光照射下,被遮盖的部分升温速度远大于未被遮盖部分, 致使温度过高出现烧坏的暗斑。
被遮蔽的光伏电池会变成不发电的负载电阻, 消耗相连电池产生的电力, 即发热,这就是热斑效应。此过程会加剧电池板老化,减少出力, 严重时会引起组件烧毁。
2
遮挡影响
灰尘附着在电池板表面, 会对光线产生遮挡,吸收和反射等作用。
其中最主要是对光的遮挡作用,影响光伏电池板对光的吸收, 从而影响光伏发电效率。灰尘沉积在电池板组件受光面,首先会使电池板表面透光率下降;其次会使部分光线的入射角度发生改变, 造成光线在玻璃盖板中不均匀传播。
有研究显示在相同条件下,清洁的电池板组件与积灰组件相比, 其输出功率要高出至少5%,且积灰量越高,组件输出性能下降越大。
3
腐蚀影响
光伏面板表面大多为玻璃材质,当湿润的酸性或碱性灰尘附在玻璃盖板表面时,
玻璃表面就会慢慢被侵蚀, 从而在表面形成坑坑洼洼的现象, 导致光线在盖板表面形成漫反射,在玻璃中的传播均匀性受到破坏,
光伏组件盖板越粗糙,折射光的能量越小,实际到达光伏电池表面的能量减小,导致光伏电池发电量减小。
并且粗糙的、带有粘合性残留物的黏滞表面比更光滑的表面更容易积累灰尘。而且灰尘本身也会吸附灰尘, 一旦有了初始灰尘存在, 就会导致更多的灰尘累积, 加速了光伏电池发电量的衰减。
一、光伏组件的温度特性光伏组件一般有3个温度系数:开路电压、短路电流、峰值功率。当温度升高时,光伏组件的输出功率会下降。市场主流晶硅光伏组件的峰值温度系数大概在-0.38~0.44%/℃之间,即温度每升高一度,光伏组件的发电量降低0.38%左右。而薄膜太阳能电池温度系数会好很多,如铜铟镓硒(CIGS)的温度系数仅为-0.1~0.3%,碲化镉(CdTe)温度系数约为-0.25%,均优于晶硅电池。二、老化衰减在光伏组件长期应用中,会出现缓慢的功率衰减。第一年的衰减最大值约3%,后面24年每年衰减率约0.7%。由此计算,25年后的光伏组件实际功率仍可达到初始功率的80%左右。老化衰减主要原因有两类: 1)电池本身老化造成的衰减,主要受电池类型和电池生产工艺影响。 2)封装材料老化造成的衰减,主要受组件生产工艺、封装材料以及使用地的环境影响。紫外线照射是导致主材性能退化的重要原因。紫外线的长期照射,使得EVA及背板(TPE结构)发生老化变黄现象,导致组件透过率下降,从而引起功率下降。除此之外,开裂、热斑、风沙磨损等都是加速组件功率衰减的常见因素。这就要求组件厂商在选择EVA及背板时,必须严格把关,以减小因辅材老化引起的组件功率衰减。三、组件初始光致衰减光伏组件初始的光致衰减,即光伏组件输出功率在刚开始使用的最初几天内发生较大幅度的下降,但随后趋于稳定。不同种类电池的光致衰减程度不同: P型(硼掺杂)晶硅(单晶/多晶)硅片中,光照或电流注入导致硅片中形成硼氧复合体,降低了少子寿命,从而使得部分光生载流子复合,降低了电池效率,造成光致衰减。而非晶硅太阳能电池在最初使用的半年时间内,光电转换效率会大幅下降,最终稳定在初始转换效率的70%~85%左右。对于HIT及CIGS太阳能电池,则几乎没有光致衰减。四、灰尘、雨水遮挡大型光伏电站一般建设在戈壁地区,风沙较大,降水很少,同时清理的频率不会太高,长久使用后,可造成效率损失约8%。五、组件串联不匹配光伏组件串联不匹配,可以用木桶效应来形象的解释。木桶的盛水量,被最短的木板限制而光伏组件输出电流,被串联组件中最低的电流限制。而实际上组件之间多少都会存在一定的功率偏差,因此组件失配多少都会造成一定的功率损失。以上五点是影响光伏电池组件最大输出功率的主要因素,且会造成长期的功率损失,所以,光伏电站后期运维十分重要,可有效降低故障所带来的效益损失。
1.太阳能资源
在光伏电站实际装机容量一定的情况下,光伏系统的发电量是由太阳的辐射强度决定的,太阳辐射量与发电量呈正相关关系。太阳的辐射强度、光谱特性是随着气象条件而改变的。
2.组件安装方式
同一地区不同安装角度的倾斜面辐射量不一样,倾斜面辐射量可通过调整电池板倾角(支架采用固定可调式)或加装跟踪设备(支架采用跟踪式)来增加。
3.逆变器容量配比
逆变器容量配比指逆变器的额定功率与所带光伏组件容量的比例。
由于光伏组件的发电量传送到逆变器,中间会有很多环节造成折减,且逆变器、箱变等设备大部分时间是没有办法达到满负荷运转的,因此,光伏组件容量应略大于逆变器额定容量。根据经验,在太阳能资源较好的地区,光伏组件:逆变器=1.2:1是一个最佳的设计比例。
4.组件串并联匹配
组件串联会由于组件的电流差异造成电流损失,组串并联会由于组串的电压差异造成电压损失。
CNCA/CTS00X-2014《并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范》(征求意见稿)中:要求组件串联失配损失最高不应超过2%。
5.组件遮挡
组件遮挡包括灰尘遮挡、积雪遮挡、杂草、树木、电池板及其他建筑物等遮挡,遮挡会降低组件接收到的辐射量,影响组件散热,从而引起组件输出功率下降,还有可能导致热斑。
6.组件温度特性
随着晶体硅电池温度的增加,开路电压减少,在20-100℃范围,大约每升高1℃每片电池的电压减少2mV;而电流随温度的增加略有上升。总的来说,温度升高太阳电池的功率下降,典型功率温度系数为-0.35%/℃,即电池温度每升高1℃,则功率减少0.35%。
7.组件功率衰减
组件功率的衰减是指随着光照时间的增长,组件输出功率逐渐下降的现象。组件衰减与组件本身的特性有关。其衰减现象可大致分为三类:破坏性因素导致的组件功率骤然衰减;组件初始的光致衰减;组件的老化衰减。
CNCA/CTS00X-2014《并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范》多晶硅组件1年内衰降率不超过2.5%,2年内衰降率不超过3.2%;单晶硅组件1年内衰降不应超过3.0%,2年内衰降不应超过4.2%。
8.设备运行稳定性
光伏发电系统中设备故障停机直接影响电站的发电量,如逆变器以上的交流设备若发生故障停机,那么造成的损失电量将是巨大的。另外,设备虽然在运行但是不在最佳性能状态运行,也会造成电量损失。
9.例行维护
例行维护检修是电站必须进行的工作,安排好检修计划可以减少损失电量。电站应结合自身情况,合理制定检修时间,同时应提升检修的工作效率,减少电站因正常维护检修而损失的发电量。
10.电网消纳
由于电网消纳的原因,一些地区电网调度要求光伏电站限功率运行。