光伏组件在弱光条件下的发电损失百分比为正值,正常吗?

光伏组件在弱光条件下的发电损失百分比为正值,正常吗?


光电转换效率、发电能力和可靠性是评估光伏产品的三大核心指标。其中光伏组件发电能力主要通过弱光性能和高温性能来体现。弱光性能,也称为低辐照发电性能。


光伏组件功率标定的测试条件为STC,即1000W/m^2,25℃,AM1.5。而实际辐照度、环境温度是时刻变化的,因此光伏组件在不同的辐照度下的功率输出不同,经计算后的组件转换效率也不同于STC时的转换效率。


光伏组件的弱光性能主要是指组件温度不变时,辐照低于1000W/m^2时的输出性能,这里重点强调的是户外辐照度的强弱对组件性能的影响。


目前光伏组件的弱光性能的表征主要从两方面进行评估:

1)室内实验室环境下,在不同的组件温度和辐照度下进行静态测试;

2)通过建立组件的PAN file,使用PVsyst软件模拟典型气象年的全年弱光发电损失。


当然,有人说,户外实证项目可以评估弱光性能吗?在户外实证项目上,光伏组件的发电能力是多个因素的综合影响,例如环境温度、风速、相对透射率等。若单独从弱光性能维度去评估,需要保证不被其他影响因素所干扰,不过可以尝试结合户外实际的发电数据、环境数据等进行建模分析。


对于PVsyst仿真,曾经有学员提问:为什么能量损耗图的弱光发电损失为正值?如图1。因为我们大部分情况下模拟得到的值是负值,具体是什么原因导致了这个“损耗”对发电量是有贡献的?


光伏组件在弱光条件下的发电损失百分比为正值,正常吗?


图1 

以这个问题为出发点,下文具体介绍下弱光性能的相关内容。


一、不同组件的弱光性能


不同技术路线的光伏组件,其弱光性能存在一定的差异。以某PERC与常规组件为例,使用PVsyst软件进行仿真,在组件温度一定的情况下,获得不同辐照度下的功率输出与转换效率。


这里辐照度主要使用200W/m^2,400W/m^2,600W/m^2,800W/m^2等典型值。可计算出不同辐照度下的转换效率相对于STC时的降低值。


从表1结果可知,PERC组件在低于1000W/m^2时,特别是303W/m2至800W/m^2辐照范围,其转换效率高于STC值。当辐照值在303 W/m^2边界值附近,转换效率基本上与STC时保持一致。当辐照低于303 W/m^2时,转换效率低于STC值。


表1 某PERC组件不同辐照度的功率输出(组件温度Tm=25℃时)

光伏组件在弱光条件下的发电损失百分比为正值,正常吗?


从表2可知,某常规组件在低于1000W/m^2时,特别是700W/m^2至800W/m^2辐照范围,其转换效率高于STC值。当辐照低于700 W/m^2时,转换效率低于STC值。


表2 某常规组件的功率输出(组件温度Tm=25℃时)

光伏组件在弱光条件下的发电损失百分比为正值,正常吗?

两种不同技术类型的组件在不同辐照下的相对转换效率降低值可以用如下图表进行直观展示,可以明显看出PERC组件在特定辐照度下的弱光性能优于常规组件。


光伏组件在弱光条件下的发电损失百分比为正值,正常吗?

图2 两种技术路线的组件弱光性能对比


二、弱光性能的量化


在使用PVsyst进行发电量仿真时,损耗图中有一项为弱光性能导致的发电损失百分比,若值为负值,说明弱光下发的有损失,若为正值,说明弱光性能优异,存在一定的发电增益。这一项损失百分比的计算方法为:弱光性能导致的发电损失/理论发电量*100%。


以上述PERC组件为例说明,假设不同的辐照度累计时间如下表所示,例如200W/m^2的辐照累计有500h,那么此时的组件输出功率108W与时间的乘积为该辐照度下的累计发电量,该值为54000Wh。


若理论上该辐照度下的组件转换效率不变,仍为21.37%,那么理论上该组件的输出功率为:21.37%*组件面积*辐照度=109.22W。使用此功率计算可得到109.22W*500h=54610Wh。


该辐照度下的弱光损失百分比为:

(54000-54610)/54610*100%=-1.12%,为负值。


同理,其余不同辐照下的弱光发电损失可以计算出来。由于303 W/m^2至1000W/m^2辐照下转换效率比STC是有增益的,因此不存在弱光损失。全年的弱光发电损失取决于不同强度的辐照在全年的占比。


如果200W/m^2辐照占比较高,达到50%以上,弱光下的发电损失很有可能为负值。在表3中,弱光性能有增益的辐照区间占的比例比较高,由于优异的弱光性能,全年有0.04%的发电增益。


 表3  

光伏组件在弱光条件下的发电损失百分比为正值,正常吗?

对于常规组件,由于弱光性能较差,全年的弱光损失为-0.91%。

表4

光伏组件在弱光条件下的发电损失百分比为正值,正常吗?


三、小结


1)组件的弱光性能与电池技术有关。

2)组件弱光下的发电损失百分比除了与电池技术有关,还与辐照度强度及其不同区间辐照值的占比有关。




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