工程应用中的光伏组件输出功率衰减率评估

周 猛，周义君，刘 好

(湖北能源集团广水王子山光伏发电有限公司，武汉 430000)

0 引言

我国为实现碳达峰、碳中和目标，将进一步推动可再生能源的发展，意味着今后光伏产业仍将保持较高的发展速度和空间[1]。虽然我国的光伏发电装机容量已处于世界领先地位，但在光伏电站运维方面的现状并不乐观，在实际工程应用过程中可能会存在未及时发现光伏组件输出功率衰减较大的情况。由于实际工程应用现场与实验室加速老化测试环境并不完全相同，因此，如何快速评估光伏组件在工程应用中的性能，并对光伏组件输出功率衰减率进行评估，具有重要意义。

本文介绍了加速老化实验、第三方检测机构检测及工程应用现场实地测试这3种光伏组件输出功率衰减率确定方法。其中，针对工程应用现场实地测试，以型号为HTI-V525W的I-V曲线测试仪，对某光伏电站中已运行4年的光伏组件进行输出功率测试，并利用新生产的且与被测光伏组件同型号的光伏组件的电性能数据对被测光伏组件进行数据校正，从而得到在工程应用中光伏组件的输出功率衰减率情况。

1 光伏组件输出功率衰减率的确定方法

1.1 加速老化实验

加速老化实验是根据光伏组件在工程应用中的典型环境，在实验室通过人工模拟和强化实际应用环境，以便在较短时间内加速光伏组件老化的方法。在标准测试条件(STC)，即AM1.5、太阳辐照度为1000 W、光伏组件工作温度为25 ℃的情况下，分别通过测试得到在模拟光伏组件老化过程中，不同阶段的光伏组件的最大输出功率，从而可计算得到光伏组件的输出功率衰减率。

1.2 第三方检测机构检测

该方法是将工程应用中的光伏组件送至第三方检测机构进行光伏组件输出功率衰减率检测。具体方式为：自光伏组件投产运行之日起，根据项目装机容量，定期在工程应用现场抽取足够数量的光伏组件作为样品，送至具备国家认证资质的第三方检测机构进行检测，由该机构在STC下测试得到光伏组件的最大输出功率，并进一步计算得到光伏组件的输出功率衰减率。

1.3 工程应用现场实地测试

1.3.1 测试方法本文采用型号为HTI-V525W的I-V曲线测试仪检测光伏组件的I-V和P-V曲线，采用专门用于测量太阳辐照度的标准太阳电池HT304N和用于测量光伏组件工作温度的型号为PT300N的温度传感器，分别测量得到太阳辐照度和光伏组件工作温度后，I-V曲线测试仪可根据其内部程序按照通用的标准公式换算出被测光伏组件在STC下的最大输出功率P1max，然后将其与被测光伏组件的标称输出功率P2max进行对比，最后计算得到光伏组件的输出功率衰减率PID。PID的计算式可表示为：

针对此种确定方法，本文主要分析灰尘、污垢等对光伏组件输出功率衰减率的影响。

1.3.2 测试要求

根据IEC 61215: 2016系列标准及《HTI-V525WI-V曲线测试仪使用手册》[2]，光伏电站中采用的光伏组件必须在出厂时已进行了全面的质量检测且电致发光(EL)检测也已合格。采用同一台I-V曲线测试仪进行光伏电站中光伏组件的最大输出功率测试，测试条件需要满足：1)太阳辐照度不低于800 W/m2；2)测量太阳辐照度时采用杆影法使太阳光线对标准太阳电池和被测光伏组件的入射角保持一致。

1.3.3 测试步骤

本文以某光伏电站中已运行4年的光伏组件为例，具体的光伏组件输出功率衰减率测试步骤如下：

1)基准数据检测。从新生产的某一批次光伏组件中随机选取与工程应用现场光伏组件同型号的光伏组件12块，作为实验参考组，记为“第①组”。利用I-V曲线测试仪对第①组光伏组件进行输出功率测试，得到其折算到STC下的最大输出功率；再利用式(1)计算得到光伏组件输出功率衰减率；然后计算第①组光伏组件输出功率衰减率的平均值A，并以该值作为基准数据，用于I-V曲线测试仪的零漂校准，即测试得到的数据的修正。

2)在工程应用现场随机选取距上次清洗时间为3个月的光伏组件12块，记为“第②组”，按照上述方法得到STC下每块光伏组件的最大输出功率，从而计算得到其输出功率衰减率B；然后对该值进行修正，以(B–A)的值作为每块光伏组件的实际输出功率衰减率。

3)将第②组光伏组件全部清洗，清洗后的光伏组件记为第③组，然后再次利用步骤1)中的方法得到第③组光伏组件中每块光伏组件STC下的最大输出功率，从而得到其输出功率衰减率C；然后对该值进行修正，以(C–A)作为工程应用现场每块洁净光伏组件的实际输出功率衰减率，并以(B–C)作为因工程应用现场的灰尘、污垢等影响因素造成的每块光伏组件的输出功率衰减率。

1.4 3种光伏组件输出功率衰减率确定方法的比较

3种方法中，由于加速老化实验的实验环境与工程应用现场的不同，因此其得到的数据并不能完全真实地反映光伏组件输出功率的衰减特性。而第三方检测机构的检测数据最为真实，但第三方检测机构的检测周期长、费用高，并不利于大规模推广应用。

工程应用现场的实地测试能较为真实、快速地反映光伏组件在实际应用过程中的输出功率衰减情况，并可对由灰尘、污垢等因素造成的光伏组件输出功率衰减率进行同步测算，但测量仪器需首先由基准数据进行校准，基准零漂数据能使测试结果的准确度得到一定的提高。通过在尽量接近STC的环境下进行光伏组件输出功率测试，同时加大测试样本，可以进一步减小I-V曲线测试仪的误差，可更客观地反映光伏组件在工程应用中的输出功率衰减率。

2 光伏组件输出功率衰减率的数据分析

采用工程应用现场实地测试的方法进行光伏组件输出功率衰减率的评估。按照前文中该方法的具体步骤，仍基于前文第①组～第③组光伏组件，计算不同情况下光伏组件的输出功率衰减率。

对第①组光伏组件进行数据采集，统计第①组光伏组件在STC下的最大输出功率，利用式(1)计算得出每块光伏组件的输出功率衰减率，并以所有光伏组件输出功率衰减率的平均值作为I-V曲线测试仪的零漂校准值，第①组光伏组件的测试结果如表1所示。

表1 第①组光伏组件的输出功率衰减率Table 1 Output power attenuation rate of group ① PV modules

选取太阳辐照度较强的天气分别进行第②、③组光伏组件的最大输出功率测试，并计算得出其输出功率衰减率，计算结果分别如表2、表3所示。

第②组光伏组件是已运行了4年且积灰3个月的光伏组件，由表2可知，第②组光伏组件的实际输出功率衰减率的平均值是5.60%，该值相对于清洗过后的第③组光伏组件的实际输出功率衰减率的平均值增加了1.08%，这说明积灰、污垢等对光伏组件的输出功率衰减有较大影响。

表2 第②组光伏组件的输出功率衰减率Table 2 Output power attenuation rate of group ② PV modules

表3 第③组光伏组件的输出功率衰减率Table 3 Output power attenuation rate of group ③ PV modules

由表3可知，清洗后的第③组光伏组件的实际输出功率衰减率平均值为4.52%，根据本文所用光伏组件的供应商提供的光伏组件输出功率有限质保书中的承诺“自质保起始日起，多晶硅光伏组件的输出功率衰减率在第1年不超过2.5%，第2～25年每年的衰减率为0.7%”可知，本文中已运行4年的光伏组件的理论输出功率衰减率应不大于4.60%，通过实际测试得到的数据与理论数据的吻合度较高，说明该光伏组件输出功率的衰减率较为正常。

3 结论

本文以某光伏电站为例，利用型号为HTI-V525W的I-V曲线测试仪，通过工程应用现场实地测试方法得到光伏电站中存在积灰和清洁后的光伏组件在STC下的最大输出功率，进而计算得到光伏组件的输出功率衰减率，并对积灰和清洁后的光伏组件的输出功率衰减率进行了评估，以便为工程应用中光伏组件的电性能评估提供依据，从而可确定光伏组件的清洗周期。

我国基本还未开展在工程应用现场对光伏组件输出功率衰减率进行评估的工作，若仅依托加速老化实验评估光伏组件输出功率衰减率，无法为光伏电站的运维成本及财务分析提供有效依据，不利于光伏产业的健康发展。由于工程应用现场实地测试的方法需要大量样本数据作支撑，因此后续需加强对光伏组件电性能数据的收集力度，定期分析测算其输出功率衰减率，建立光伏组件输出功率衰减率数据库。在工程应用中建立实际的光伏组件输出功率衰减模型，真正做到对光伏组件厂家提供的输出功率衰减率进行评估考核，从而促进光伏组件提升光电转换效率，推算光伏组件清洗的最优周期，为光伏电站降本增效提供便利，同时还可为行业并购时光伏组件的折旧提供依据，降低收购风险。