單晶PERC組件多發電實證案例
本文摘要:理論上單晶PERC組件相對常規組件發電量更高,因其優秀的低輻照性能,更好的功率溫度系數及首年光衰問題的解決。某公司早期曾使用微型逆變器對單塊單晶PERC組件的發電情況進行驗證,在數月的測試中,PERC組件相對常規組件即體現出3%以上的發電優勢,本文將介紹單晶PERC組件在光伏發電系統中的實際表現。
 
  1.引言
 
  理論上單晶PERC組件相對常規組件發電量更高,因其優秀的低輻照性能,更好的功率溫度系數及首年光衰問題的解決。某公司早期曾使用微型逆變器對單塊單晶PERC組件的發電情況進行驗證,在數月的測試中,PERC組件相對常規組件即體現出3%以上的發電優勢,本文將介紹單晶PERC組件在光伏發電系統中的實際表現。首先,通過將其性能參數的panfile文件導入到模擬軟件PVsyst當中,即可發現應用了單晶PERC組件的光伏系統在發電能力(系統效率)上的優勢。
 

 
  圖1是一個0.1MW小型電站的簡單模擬結果(僅用于展示趨勢),應用了單晶PERC組件時的系統效率為86.8%,由于輻照和溫度導致的損失分別為0.3%和5.9%,同樣條件下使用265W多晶時,輻照和溫度導致的損失分別為2.2%和6.5%。接下來將介紹中國電器科學研究院工業產品環境適應性國家重點實驗室兩種典型氣候戶外實證基地實證電站的發電數據。
 
  2.三亞濕熱海洋氣候實證電站情況
 
  三亞濕熱海洋氣候實證電站(以下簡稱三亞實證電站或實證基地)使用兩臺3kW逆變器,分別接入8塊晶硅組件。單晶PERC組件安裝容量2.3450kW,平均功率293.1W;常規多晶組件安裝容量2.1279W,平均功率266.0W。安裝傾角18°,2016年8月底已完成安裝。交、直流發電量都由電表精確讀取。
 
  圖2為三亞實證電站16年12月的發電情況(此時兩套系統已運行了三個月,其中幾日由于系統故障導致的數據異常沒有納入統計),橫坐標為日期,縱坐標為比發電量,即每kW系統的日發電量,可以看到由于氣象原因,每日的發電量有所不同(比發電量介于1~5.5kWh/kW之間),但使用了單晶PERC組件的系統發電量始終高于使用了多晶組件的系統,每日多發電比例為2%~6%,當月平均多發電3.77%(交流電表紀錄值),月系統效率分別為80.83%和77.61%??梢悦黠@看出當日發電值較低時,即輻照條件較差時,使用單晶PERC組件的系統多發電比例較高。直流端多發電比例略低,為3.32%(主要原因可能是單晶PERC組件工作電壓高,8塊組件的工作電壓更多的處于逆變器MPPT范圍)。
  接下來針對不同輻照條件下單晶PERC組件與多晶組件的發電情況進行詳細對比,結果如圖3所示。三亞輻照條件好,800~1000W/m2輻照范圍內的輻照量占當月總輻照量(排除了系統異常天的輻照)的33.03%,此時單晶PERC組件直流端多發電的比例仍達2.09%,此時多發電應主要源于單晶PERC組件1)較低的功率溫度系數(絕對值)與較低的工作溫度、2)對紅外光更高的光電轉換效率。500W/m2以下的輻照仍占到當月總輻照量的31.23%,單晶PERC組件在該范圍內多發電比例在5%左右,尤其在0~200W/m2輻照下多發電比例達到6.94%,符合單晶PERC組件低輻照條件下發電好的理論預期。
 
  組件工作溫度方面的統計如圖4所示,該基地12月平均氣溫為23.8oC,太陽輻照除轉化為電能,少部分被組件反射外,較大部分轉化為熱能導致組件溫度升高,組件溫升1~5oC。當環境溫度相仿(如9日,10日),輻照量較高(即系統發電量較高)時,組件的溫升也較高,因此9日的組件相對氣溫的差值高于10日,單晶PERC組件兩日的溫升分別為3.41和2.44oC,多晶組件則為4.21和3.1oC。單晶PERC組件由于更高的平均光電轉換率(17.92%相對16.27%,高1.65%),因此每日的組件工作溫度都低于多晶組件,當月平均工作溫度低0.58oC??梢悦黠@看出,當組件溫度低于25oC時,二者溫差較小,反之溫差較大。
 
  圖5總結了實證電站3kW組串式逆變器12月的啟停時間,展示出單晶PERC組件較好的低輻照性能與較高的工作電壓確實會導致逆變器啟停時間產生區別,在停止時間的差別上更為明顯,可能原因時逆變器啟動相對關閉時,不僅會判定直流側的電壓,而且要求一定的啟動功率。接入了單晶PERC組件的逆變器月平均啟動時間比接入多晶組件的逆變器早54秒,貢獻了約0.3Wh/kW的發電量,月平均關閉時間晚6分3秒,貢獻約2Wh/kW的發電量。由于該實證電站使用的逆變器功率較小,DC/AC比不足80%,該逆變器啟停情況的分析可為大型電站的情況提供定性的參考,單晶PERC組件在500kW集中式逆變器或50~80kW組串式逆變器啟停上的優勢值需要通過大型對比電站的數據分析與逆變器專家的理論確認才能明確。
 
  3.吐魯番干熱氣候實證電站情況
 
  吐魯番干熱氣候實證電站同樣使用3kW逆變器,接入8塊晶硅組件。單晶PERC組件安裝容量2.3440kW,平均功率293.0W;多晶組件安裝容量2.1280kW,平均功率266.0W。安裝傾角18°,2016年8月底已完成安裝。
 
  該實證電站17年1月的發電數據展示于圖6,使用了單晶PERC組件的系統在平均交流比發電量上展現出3.64%的優勢,系統效率分別為82.72%、79.75%(直流PR值分別為86.43%、83.60%)。
 
  4.總結
 
  以上介紹了單晶PERC組件在2~3kW級電站中的發電表現,印證了單晶PERC組件多發電的理論推斷。在17年2月18日第二屆光伏電站設計與設備選型研討會上晶澳公司分享了單晶PERC組件在大型電站方面的發電表現(圖7),其領跑者50MW項目分別使用了單晶PERC295W與常規多晶270W組件,PERC單晶組件在近6個月的運行中平均多發電3.4%。
 
  單晶PERC組件在國內從2016年上半年的小規模應用后,以其高效率與較低的成本增加(產線兼容性好)得到從生產到應用端的普遍認可,高效使其在設備、人工與土地使用上體現出明顯的優勢。目前由于地面電站的搶裝需求處于供不應求狀態,但相信通過電池、組件生產企業在單晶PERC產品方面的持續擴張(圖8),供應的緊張情況將得到緩解,PERC的規?;a也將使單晶PERC295/300W組件與常規單晶280/285W組件的價差持續縮小。隨著技術的持續進步,60型單晶PERC組件的主流功率也將在2017年下半年站上300W大關,并可能與半片、雙面發電等技術相結合。而在應用方面,隨著地面電站搶裝潮的過去,相信高效單晶PERC產品會迅速走入分布式市場、走入百姓家,展現出高效組件在分布式方面的高安裝量優勢。


本文作者單位:

  揭敢新,中國電器科學研究院有限公司工業產品環境適應性國家重點實驗室常務副主任
 
  曾湘安,中國電器科學研究院有限公司工業產品環境適應性國家重點實驗室光伏技術工程師
 

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