为什么建设户外光伏实证试验站?

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国际检测巨头天祥集团Intertek可再生能源业务区域副总裁Sunny Rai说:“光伏行业最近所看到的最大的事情之一,是他们遇到的是组件性能下降,因为组件已经在运行好几年,他们已经开始看到一定的衰减,”Rai进一步解释说,……但从现在开始还有很多事情方面的,很多新的测试能力要添加。

 

最近,实证测试几乎受到所有光伏实验室的重视。为什么呢?因为部分组件的STC测试通过了,但在户外用不了几年,所以实证数据可能更真实、更有意义。地区应用中的发电量、发电效率、衰减率、材料寿命、组件结构设计等有重要的参考价值,户外实证的结果对于进入这些市场参与招投标将提供重要的实证数据和能力验证。

 

组件户外长期测试数据会提供更适用的结果和投资收益计算:事实应该在当前光伏电站收益率计算时考虑到:许多时候,收益计算使用的发电量数据太低,因为它们通常用过去34年的平均发电量。光伏电站的发电量还取决于其它因素,如组件的表面反射、组件效率对光谱响应度的依赖性。因此,一个真正实用的结果只有在户外做了长期测量后才能给出。

 

整体来说,目前实验室测试的不确定度普遍位于2%~3%之间。研究表明,当地表环境的均匀性较好的时候,如草地和沙地地表,模拟增益与测试增益的差异很小,草地场景下,组件离地高度1米时,偏差仅0.41%,当高度在1.5米时,偏差仅0.1%。沙地场景下,组件离地高度1米,偏差1.38%,高度1.5米时,偏差0.34%。组件离地高度越高,偏差越小。同时,研究表明,在地表辐照度不均匀,尤其是沙地、水泥地的情况下进行模拟仍然具有一定缺陷。而一个完美的户外实证实验室测试的不准确度可以做到0.1%。

光伏组件在整个使用寿命期间都容易受到多种失效模式的影响,从玻璃破损、电池裂纹、漏电等早期失效问题到电池腐蚀、封装材料老化变色、背板开裂等长期磨损问题均可能发生。

光伏组件的长期可靠性一直是组件生产厂商和下游电站用户关注的重点。除了保证组件在使用寿命期间不出现明显的外观缺陷,长期功率衰减也是组件厂商的质保参数之一。一般对组件功率衰减的要求是第一年里衰减不超过标称功率的3%,并在剩余的24年里,年平均功率衰减在0.7%以内。但是由于户外实际测量的不确定性和系统数据收集的难度较大,组件在户外长期使用的功率衰减一直是较难追踪的。

那么可能有人会问:组件在出厂之前,都通过了IEC 61215IEC 61730标准的认证,为什么在高湿热环境的实际应用中,还是会出现组件功率的大幅衰减呢?其实,我们仔细研究IEC标准就可以找到答案。IEC 61215标准全称为“地面用晶体硅光伏组件-设计鉴定和定型”。就是说IEC 61215里的测试仅适用于筛选识别组件的设计问题和运行初期的缺陷。而IEC 61730标准全称为“光伏组件安全鉴定”,即IEC 61730单纯的安全测试,目的是确保组件在运行期间不造成危险,并未涉及组件的性能要求。因此,我们可以看出,即使是通过了IEC 61215IEC 61730,组件的长期使用性能也是无法完全保证的。

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在光伏产业蓬勃发展的今天,光伏组件的功率评定一直是电站投资者关注的重中之重,为了能更加科学和全面的评定光伏组件在实际工作条件下的功率,我们在不断完善光伏组件功率的测量标准和测试方法。自2011-2018年,国际电工委员会陆续发布了IEC 61853系列标准,共包括4个部分:第1部分《辐照度和温度性能测量和功率评定》、第2部分《光谱响应、入射角和组件运行温度测量》、第3部分《能效评定计算》、第4部分《用于计算标准能效评定的时间周期和天气条件》。
天祥科技结合自己的测试经验,本文将IEC 61853 第1部分(IEC 61853-1)中的技术内容和试验方法分享给大家。
在现行的IEC 61215中,仅规定用标准测试条件(Standard test condition,STC(25℃,AM1.5,1000W/m²))对组件功率进行评定并不全面,因为光伏组件在户外实际使用的真实环境下,不同温度、辐照度、光谱分布,以及不同入射光角度,都会影响光伏组件的发电性能。
2011年,国际电工委员会发布了IEC 61853-1《光伏组件性能测试和能效评定第1部分:辐照度和温度性能测量和功率评定》国际标准,该标准规定了在一定的辐照度(100 W/m²-1100 W/m²)和温度(15℃-75℃)范围内,以功率评定来衡量光伏组件性能的要求,主要分为以下两个方面:

1、功率评定测试条件

通过不同辐照度和温度条件的组合,IEC 61853-1设定了功率评定的5个典型条件,包括:标准测试条件(Standard testcondition,STC)、电池标称工作温度(Nominal Operating Cell Temperature,NOCT)、低辐照度条件(Low Irradiance Condition,LIC)、高温度条件(High Temperature Condition,HTC)和低温度条件(Low Temperature Condition,LTC)。各典型条件的详细规定见表1所示。

2、Isc,Pmax,Voc,Vmax与辐照度和温度的对应

IEC 61853-1中还要求,光伏组件需在表2规定的辐照度和组件温度组合下测量短路电流(Isc)、最大输出功率(Pmax)、开路电压(Voc)和最佳工作电压(Vmax)等参数,详见下表。

通过户外实证系统可以控制光伏组件温度的同时测试组件在不同辐照度下的电性能参数,实现IEC 61853-1中要求的所有测试项目。比如,某户外实证场设计的测试能力具体从如下多个维度进行全方位验证光伏组件:

多晶PERC组件的衰减实证; 单晶与准单晶发电量实证;高密度组件可靠性与发电量实证;双面增益率;整片与半片发电对比实证;5栅与9栅组件发电对比实证;透明背板双面组件与双面双玻组件可靠性与长期发电量实证;网格透明背板和全透背板发电差异实证;网格玻璃双面组件与全透双面双玻发电差异实证;单轴与固定支架对双面组件的发电增益实证。在安装方式、衰减量、发电能力、数据监测、试验周期等多个维度考量和评估,为产品开发和系统设计选型提供实证数据。

实证基地是针对光伏组件、材料及部件(逆变器)户外自然老化的实证场,旨在研究典型气候条件下组件、光伏及建筑材料、逆变器在实际应用中的性能衰减分析及寿命评估方法、效率与长期可靠性。实证场需配置多通道户外IV测试系统用以测试组件的在实际气象条件下的实际发电量及IV曲线,发电量用于验证组件的实际发电能力,IV曲线用于发电性能的机理研究,一个实证试验场的测试数据准不准主要取决于户外多通道IV测试系统的搭建是否科学合理。另外还需配置气象数据采集及监控装置(辐照度计、风速风向计、温度传感器等),测量精度需满足相关标准,数据采集需准确。样品整个老化过程中可提供包括水平幅照度、样品倾角辐照度、紫外辐照度、光谱辐照度、环境温度、环境相对湿度、风速风向等环境数据。同时,为保证光伏组件衰减率测试准确,另外也建议配置AAA级模拟器,EL测试仪、绝缘耐压测试仪、湿漏电流水槽检测设备等。实证场不仅可以依据条件中的要求测试光伏组件功率衰减率,还应具备单片组件发电量、IEC 61853-1IEC 61853-2IEC 61215新标准NMOT等光伏组件检测能力,逆变器户外实证转换效率检测能力等。

行业趋势:现在越来越多的第三方机构也推出了新的加严测试标准。标准草案将针对光伏组件的耐热疲劳,机械载荷,紫外老化,湿热老化以及PID的测试序列进行了重新编排,如下图所示。

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2020年4月17日 15:17
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