光伏組件戶(hù)外I

光伏組件戶(hù)外I-V特性測(cè)試問(wèn)題及分析摘要：光伏組件戶(hù)外I-V測(cè)試受到環(huán)境因素的影響，測(cè)試結(jié)果存在較大的偏差。為提高光伏組件戶(hù)外I-V特性測(cè)試的準(zhǔn)確度，分析測(cè)試過(guò)程中存在問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決方法，同時(shí)分析IEC60891-2009中的修正程序，以確保更準(zhǔn)確地進(jìn)行修正，得到組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（STC）下的特性參數(shù)。最后，通過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了方法的有效性。引言光伏組件的IV特性曲線是表征光伏組件性能的重要參數(shù)，包括開(kāi)路電壓、短路電流、最大功率、最大功率點(diǎn)電壓、最大功率點(diǎn)電流。由于組件的IV特性受到多種因素的影響，如輻照度、組件溫度、光譜等，目前組件的IV特性曲線的標(biāo)準(zhǔn)值是在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的。而對(duì)于已經(jīng)安裝在戶(hù)外的光伏組件，使用戶(hù)外測(cè)試方法，則具有顯著的便捷性，但是其測(cè)試結(jié)果精度存在一定誤差。目前，戶(hù)外I-V測(cè)試已經(jīng)廣泛在光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)得到應(yīng)用。為了確保戶(hù)外IV測(cè)試的準(zhǔn)確性，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員已開(kāi)展了許多工作并取得一定成果。國(guó)外研究中文獻(xiàn)［1］指出輻照度、電池溫度影響組件的輸出功率，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模分析［1］；文獻(xiàn)［2］重點(diǎn)討論了溫度對(duì)功率的影響，并綜述了修正方法［2］；國(guó)內(nèi)研究中，文獻(xiàn)［3］探討了光伏組件戶(hù)外計(jì)量測(cè)試方法，分析組件故障原因［3］；文獻(xiàn)［4］對(duì)測(cè)得的電壓、電流及最大功率進(jìn)行修正，使其結(jié)果能回推到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（STC，輻照度為1000W/m2,光譜為AM1.5G,溫度為25弋）下，并分析了產(chǎn)生測(cè)量不確定度的因素［4］。但已有研究還尚未完全解決戶(hù)外I-V測(cè)試的問(wèn)題，文中將對(duì)這些問(wèn)題展開(kāi)探討和分析。測(cè)試方法概述戶(hù)外IV測(cè)試主要依據(jù)IEC61829，并引用IEC60904-1規(guī)范IV測(cè)試設(shè)備的要求，而測(cè)試的結(jié)果則是根據(jù)IEC60891進(jìn)行修正。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，采用可變的負(fù)載連接到被測(cè)組件，同時(shí)采用高速的電壓、電流采集裝置，采集組件輸出的電壓和電流值，繪制得到IV曲線。目前，根據(jù)使用的負(fù)載類(lèi)型可分為電阻式和電容式。電阻式測(cè)試儀有意大利HT的IV400、日本EKO的MP160、中電41所的AV6591等；電容式測(cè)試儀則有高美測(cè)儀的ProfitestPV、合肥科威爾的IVT系列測(cè)試儀等。盡管類(lèi)型多種，其主體結(jié)構(gòu)都包括輻照度探頭、溫度探頭和帶電壓電流測(cè)量功能的可變負(fù)載。如圖1所示。輛照發(fā)表溫庭棵頭MC4^輛照發(fā)表溫庭棵頭MC4^頭-MC4接頭，如上圖所示，I-V測(cè)試通過(guò)輻照度表測(cè)量組件表面的輻照度，溫度探頭測(cè)量組件溫度，同時(shí)為了避免導(dǎo)線造成影響，采用4線法測(cè)量組件輸出的電壓和電流。戶(hù)外測(cè)試存在的問(wèn)題測(cè)試過(guò)程問(wèn)題戶(hù)外光伏組件在測(cè)試過(guò)程中存在的問(wèn)題，主要包括：（1）組件表面的清潔：組件長(zhǎng)期暴露在戶(hù)外環(huán)境下工作，其表面容易粘附污染物，導(dǎo)致進(jìn)入組件的光減少，與輻照度表測(cè)得的輻照度值不一致；（2）輻照度測(cè)量的影響：輻照度表的精度、響應(yīng)時(shí)間及其光譜響應(yīng)與被測(cè)組件之間的差異，都將導(dǎo)致測(cè)得的輻照度與實(shí)際組件接受輻照度的不同，導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。此外，在戶(hù)外條件下，輻照度還隨時(shí)間不斷變化，而戶(hù)外I-V測(cè)試通常也需要數(shù)秒時(shí)間，在測(cè)量期間輻照度的變化也將影響I-V測(cè)試的結(jié)果；（3）光譜變化：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的模擬器采用光譜接近AM1.5的燈源進(jìn)行測(cè)試。而在戶(hù)外環(huán)境下，光譜受地理位置、氣象條件、季節(jié)和時(shí)間的影響不斷變化。由于組件的光譜響應(yīng)具有波段選擇性，即使在輻照度相同的條件下，由于光譜分布的差異，也會(huì)導(dǎo)致組件的輸出產(chǎn)生差異；（4）組件溫度測(cè)試：I-V測(cè)試中，需要測(cè)量組件電池結(jié)溫，由于電池被封裝，無(wú)法直接測(cè)得結(jié)溫。目前都是使用組件背部中心點(diǎn)溫度代表組件的溫度，但實(shí)際情況是組件的溫度并不均勻，尤其是靠近接線盒端處電池的溫度偏高，因此溫度的測(cè)量也對(duì)組件I-V測(cè)試存在較大影響。測(cè)試結(jié)果的修正為了能夠?qū)夥M件進(jìn)行比較，需要將光伏組件的測(cè)試結(jié)果修正到統(tǒng)一的參照條件（即STC條件），IEC60891-2009中給出了溫度和輻照度的修正算法。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在修正過(guò)程中，需要涉及到組件的內(nèi)部參數(shù)，包括串聯(lián)電阻、電壓溫度系數(shù)、電流溫度系統(tǒng)等參數(shù)，這些參數(shù)主要是依靠組件廠商來(lái)提供，參數(shù)是在組件出廠時(shí)測(cè)得的，而隨著組件在戶(hù)外工作時(shí)間的增加，組件的參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，因此也對(duì)測(cè)試的結(jié)果造成一定的影響。目前，戶(hù)外I-V測(cè)試的參數(shù)修正到STC條件后的誤差在±5%，甚至更高。解決方法分析結(jié)合上述問(wèn)題，為能夠得到更好的戶(hù)外測(cè)試結(jié)果，給出以下解決方法：4.1基本要求條件根據(jù)上述問(wèn)題，為了能夠準(zhǔn)確進(jìn)行戶(hù)外測(cè)量，應(yīng)從以下幾個(gè)方面解決：(1)測(cè)量傳感器的精度°IEC60904中給出了設(shè)備的基本精度要求，目前隨著電子儀器設(shè)備水平的提高，儀器具有較高的精度，可以選用更高精度的設(shè)備：如電壓和電流的采集精度可達(dá)到±0.5%，溫度探頭的準(zhǔn)確度優(yōu)于±0.5弋；輻照度精度可達(dá)到±3%;(2)規(guī)范測(cè)試操作流程：如測(cè)試前對(duì)組件進(jìn)行表面清洗并確認(rèn)組件表面無(wú)遮陰、安裝輻照度探頭與組件保持共平面、溫度探頭與組件背部緊密接觸等；(3)天氣條件選?。罕苊馓鞖鈼l件波動(dòng)引入影響，如在測(cè)試中的太陽(yáng)輻照度大于700W/m2，且測(cè)試過(guò)程中的輻照度波動(dòng)<5%，風(fēng)速宜<2m/s;(4)組件溫度影響。在測(cè)量過(guò)程中，避免因確保組件的溫度變化產(chǎn)生誤差。組件的溫度監(jiān)測(cè)可以根據(jù)IV測(cè)試儀的溫度顯示，同時(shí)由于組件的開(kāi)路電壓與溫度相關(guān)，同時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)電壓的變化來(lái)確定組件溫度。4.2修正到STC條件在測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)IEC608912009規(guī)定的方法進(jìn)行修正，標(biāo)準(zhǔn)中給出了3種修正方法，選取合適的方法將使結(jié)果更接近真實(shí)值［5］。其中，程序1中考慮了溫度和輻照度對(duì)電流和電壓的影響，同時(shí)考慮了組件內(nèi)部阻抗影響，可實(shí)現(xiàn)基本的修正功能，但模型簡(jiǎn)單，存在一定的修正誤差，而且僅適用于輻照度和溫度與目標(biāo)值偏差較小的情況；程序2中，主要采用電壓相對(duì)溫度系數(shù)和電流相對(duì)溫度系數(shù)進(jìn)行修正，同時(shí)考慮了溫度變化時(shí)組件內(nèi)部阻抗的變化以及電池內(nèi)部pn結(jié)熱電壓的影響，具有較高的精度；程序3方法利用線性插值方法對(duì)輻照度和溫度進(jìn)行修正，在實(shí)際過(guò)程中要得到較精確的方法需要使用內(nèi)插方法，但是要在戶(hù)外環(huán)境下測(cè)得邊界條件參數(shù)具有一定難度。相比之下，程序2較適用于戶(hù)外陣列的IV測(cè)試，而且其修正公式參數(shù)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)得到，具有良好的現(xiàn)場(chǎng)可操作性。程序2的IV曲線的修正如下：其中，為測(cè)量的IV曲線上點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流和電壓值，是參考裝置測(cè)量的輻照度值，是要修正到的目標(biāo)輻照度值；是測(cè)試件的測(cè)量溫度，是修正的目標(biāo)溫度；a是開(kāi)路電壓修正用的輻照度修正因子，典型值為0.06；是測(cè)試件的內(nèi)部串聯(lián)電阻；是測(cè)試條件下的開(kāi)路電壓；和為測(cè)試件的電流和電壓溫度系數(shù)；是內(nèi)部串聯(lián)電阻的溫度系數(shù)。戶(hù)外光伏組件IV測(cè)試結(jié)果5.1測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果在光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)使用的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。分別使用MP-160和室內(nèi)超3A太陽(yáng)模擬器進(jìn)行I-V測(cè)試，其中，MP-160的電壓和電流精度為0.5%，輻照度不確定度為0.7%，溫度傳感器精度為02C;超3A模擬器測(cè)得的組件I-V曲線為STC條件下的參考曲線。同時(shí)，組件的參數(shù)為：=0.0750,=0.055%/°C,=-0.35%/°C,=0.002。在不同的輻照度和溫度下測(cè)得組件的I-V曲線，并修正到STC條件下，得到的修正后的I-V曲線如圖2所示，其中，STC條件下的曲線是采用超3A的瞬態(tài)模擬器，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)組件進(jìn)行STC條件下的測(cè)試，作為組件I-V特性的參考基準(zhǔn)。從圖2可以看出，當(dāng)輻照度在700W/m2以上時(shí)，采用修正程序2得到的STC下的曲線比較接近，同時(shí)也證明在條件相近的情況下，設(shè)備具有較好的重復(fù)性。而當(dāng)輻照度過(guò)低時(shí)，修正結(jié)果則有較大的偏差。測(cè)得I-V特性曲線的具體數(shù)值如表1所示，其中室內(nèi)環(huán)境下模擬器測(cè)得結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，在輻照度較高（700W/m2以上）的情況下，修正到STC下的開(kāi)路電壓、短路電流和最大功率值與實(shí)際在STC條件下測(cè)得的最大絕對(duì)偏差分別為0.8%，1.5%和1.2%。戶(hù)外測(cè)試的不確定度分析通過(guò)上述測(cè)量，可以發(fā)現(xiàn)在室外測(cè)試過(guò)程中，組件I-V特性測(cè)試的結(jié)果存在不同程度的差異。目前，組件測(cè)量的不確定度得到了廣泛的關(guān)注，一些權(quán)威計(jì)量測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)不確定度的來(lái)源進(jìn)行了分析。其主要的不確定度影響因素如表2所列。在戶(hù)外條件下，組件溫度、太陽(yáng)輻照度以及戶(hù)外陽(yáng)光光譜等因素都隨著時(shí)間不斷變化，具有較大的波動(dòng)性。室內(nèi)太陽(yáng)模擬器法測(cè)試，可以在溫度、輻照度和光譜方面進(jìn)行控制，測(cè)量結(jié)果的不確定度較小。因此，在戶(hù)外測(cè)試過(guò)程中，需要采取措施盡量降低上述因素對(duì)結(jié)果的影響。

電血為40—■'rsu.sw/m3—色屯壞衛(wèi)電血為40—■'rsu.sw/m3—色屯壞衛(wèi)iTSE.SW/m1十層基埼配'll5C?33W/tn]岡丙矍1射總剛討表】不司戶(hù)外輻昭度條件下測(cè)導(dǎo)的I-Y特性測(cè)疑的修正結(jié)耒與室內(nèi)測(cè)員聒果對(duì)蕉表序號(hào)測(cè)試開(kāi)境(W/r:)詛JSm實(shí)別鋰踣電壓MSTCT憩谿電流⑹3TCT?F?赴壓ET)STCT3S±如(0與標(biāo)堰佰1室PJM懷填100025.D9.M445.5S49.04445.564313.19/2戶(hù)外環(huán)境8t4.ES1..97；4SB35.6739.01S45.285309.31-JB883戶(hù)撲環(huán)境800.36DL07.56235.6739.01845.402310.43-2.T84戶(hù)處幵怕785-561.31,31839*7439-13045.375313.05T.M5戶(hù)撲環(huán)境7S0.85?.2億17539.8559.1314亂261316.152.36表2組件匸V特性測(cè)量主要不確定度影響因素序號(hào)測(cè)量不確定度來(lái)源1測(cè)量重復(fù)性2輻隔度測(cè)量的不確定度3測(cè)量過(guò)程輻照度的穩(wěn)定性4輻照度不均勻悄5光譜區(qū)配度6組件溫度的不均勻性7組件表面清潔度結(jié)語(yǔ)戶(hù)外光伏I-V曲線的測(cè)