极端气候下的单晶PERC组件发电量解析

为了对比两款组件的发电性能，在两种极端气候条件下做了两组对比实验。

一、实验地点

我国地域广阔，为了使实验结果具有说服力，中国电器科学研究院工业产品环境适应性国家重点实验室在西北和南方分别选取了两个极端气候实验点。

实证基地1：三亚湿热海洋气候实证试验基地

三亚位于北纬18.14°、东经109.31° ，是典型的热带海洋季风气候，温度高、湿度大。

年平均气温25.4℃，年平均降雨量1279mm。极端低温为5.1℃，极端高温为35.7℃。

三亚基地现场照片

实证基地2：吐鲁番干热气候实证试验基地

吐鲁番市位于北纬42.91°、东经89.19 °，是典型的暖温带大陆性干旱荒漠气候，气温高、昼夜温差大。

因地处盆地之中，增热迅速、散热慢，气候主要特点是：空气干燥、气温高、昼夜温差大、降水少、风力强，素有“火州”、“风库”之称。全年气温高于35℃的炎热天气，平均为99天;高于40℃的酷热天气，平均为28天。

吐鲁番基地现场照片

二、实验内容

使用两种晶硅组件(290Wp单晶PERC组件和260Wp多晶组件)各8块，分别接入两台同一品牌、型号的3kW组串式逆变器;其他条件完全相同。对两组发电量数据进行监测、对比。

1、实验选用光伏组件的关键参数

本实验选取的两个品牌的光伏组件关键参数如下表。

表1：选用的两种组件关键参数

“使用290Wp单晶PERC组件系统”以下简称系统A;

“使用260Wp多晶普通组件系统”以下简称系统B。

2、初始功率校准

为保证数据的准确性，跟别对实验的4组光伏组件进行了校准，为正偏差组件，如下表所示。

表2：两个实证基地的组件初始功率

3、光伏组件稳定运行功率

两个试验站均于2016年8月底已完成安装。经过3个月的运行，到2016年11月底时，

1)设备的故障均以排除，能够稳定运行，从而排除故障对数据准确性影响。

2)基本完成了初始光致衰减(LID)，光伏组件功率稳定。

因此，2016年12月份、2017年1月份的实验数据基本能够代表实验的4组光伏组件未来的发电情况。

三、实验结果及分析

1、三亚基地实验结果及分析

在三亚实证基地，为了尽量减少线损等其他外届因素的影响，读取2016年12月份完整一个月的、逆变器的直流侧和交流侧数据，如图1、图2所示。

图1：三亚实证基地2016年12月直流侧发电量统计数据

图2：三亚实证基地2016年12月交流侧发电量统计数据

从图1、图2可以看出：

1)直流端提高百分比3.32%低于交流端的3.77%，主要原因可能是PERC组件电压高，输出电压在逆变器MPPT电压范围内的比例更高。

2)直流侧的单瓦发电量读数：系统A高于系统B2%~6%，当月平均多发电3.32%;

其中，当辐照度较低时(日发电量少)，如12月14~16日，系统A的发电量提升格外明显，分别为5.52%、4.06%、5.09%，高于平均值3.32%。可见，系统A的辐照度较低时表现更加突出，主要原因可能因为单晶PERC组件得弱光性能好;另外，单晶PERC组件在1000nm以上红外光的光电转化率高可能也是原因之一。

1从不同辐照度发电量对比看弱光性

为了进一步验证两种组件的弱光性，对不同辐照度下的系统A、系统B的出力进行了对比。

图3：不同辐照度下，两组系统出力对比

从图3可以看出，不同辐照度下，系统A相对于系统B的发电量提升在0.45%~6.94%之间，随着辐照度的提升而逐渐降低。由此可见，在弱光条件下，系统A的优势更加明显，进一步印证了“单晶PERC组件得弱光性能好”。

2从逆变器开、停机时间对比分析弱光性

光伏组件在早晨弱光下发电时间早，则逆变器启动早;在晚上弱光下停止发电时间晚，则逆变器关闭晚。对三亚基地逆变器的启动、关闭时间进行统计，如图4、图5所示。

图4：三亚实证基地2016年12月逆变器的早上的开机时间

图5：三亚实证基地2016年12月逆变器的晚上的停机时间

从图4、图5可以看出：使用单晶PERC组件的系统早晨启动时间平均早54秒，晚上停机时间平均晚6分3秒。这点充分证明，在普通多晶组件不能发电的弱光条件下，单晶PERC组件已经可以发电;单晶PERC组件的弱光发电性能好。

因素一：

290Wp单晶PERC组件比260Wp普通多晶组件的峰值功率电压高，输出电压在逆变器MPPT电压范围内的比例更高，大约造成0.45%的发电量差异;

因素二：

290Wp单晶PERC组件比260Wp普通多晶组件的弱光性能好，在低辐照度下发电量明显增加，且每天开始发电早、停止发电晚。

除上述两个因素外，温度造成的发电量损失，也是一个重要因素。

3两组光伏组件的温升损失对比

图6是两组系统的组件温升情况统计。

说明：图中的组件温升为全天平均的温度升高

图6：三亚实证基地2016年12月两组组件的对比

该基地12月平均气温为23.8℃。从图6可以看出，

1)光伏组件相对于环境温度的全天平均温升在1~5℃之间。对照图1可以发现，辐照度越好时(日发电量高)，温升越大。

2)12月的31天中，系统B的温升均明显高于系统A，平均值为0.58℃。

可见，单晶PERC组件相对于环境温度的温升少，温度系数低，也是造成系统A发电量高于系统B的重要原因。

2、吐鲁番实验结果及分析

在吐鲁番实证基地，为了尽量减少线损等其他外届因素的影响，读取2017年1月份完整一个月的、逆变器的交流侧数据，如图7所示。

图7：吐鲁番实证基地2017年1月两组组件的对比

从图7中可以看出：

系统A的交流侧发电量比系统B平均高3.64%。其结果与三亚实证基地的结果基本相同。

同时，也对吐鲁番基地进行了不同辐照度下的发电量对比、温升对比，结果与三亚基地基本相同，在此不再赘述。

四、实验主要结论

通过采用290Wp单晶PERC组件和260Wp多晶组件，在气温高、湿度大的三亚和温度高、昼夜温差大、干燥的吐鲁番两个实证基地的实验数据表明：在交流侧，单晶PERC组件的单瓦发电量比260Wp多晶组件的单瓦发电量分别高3.77%和3.64%。经数据分析，主要原因可能是以下3点：

290Wp单晶PERC组件比260Wp普通多晶组件

1)的弱光性能好，在低辐照度下发电量明显增加，且每天开始发电平均早54秒、停止发电平均晚6分3秒。

2)相对于环境温度的温升少，温度系数低。

3)峰值功率电压高，输出电压在逆变器MPPT电压范围内的比例更高。