您當(dāng)前的位置：檢測資訊 > 檢測案例
嘉峪檢測網(wǎng) 2019-03-07 16:27
在光伏發(fā)電的應(yīng)用中，冬季積雪覆蓋光伏組件表面，造成發(fā)電量下降，是一種常見現(xiàn)象。隨著天氣轉(zhuǎn)好，組件開始工作升溫，積雪會逐漸自然融化脫落。積雪覆蓋究竟會多大程度地影響光伏電站的發(fā)電量，是否值得采取措施降低積雪覆蓋的影響（比如采用無邊框組件、表面鍍膜等），這需要數(shù)據(jù)提供支持，今天，我們就將對此展開研究。
測試系統(tǒng)
圖1 積雪覆蓋影響測試系統(tǒng)
試驗測試系統(tǒng)如圖1所示。采用兩臺荷蘭Kipp&Zone的CMP11高精度全向輻照計，安裝于相同高度和傾角支架上，分別測量有積雪覆蓋和無積雪覆蓋條件下的輻照度。全向輻照計測量信號通過高分辨率的信號采集器測量，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號接入計算機(jī)進(jìn)行分析計算。其中一臺輻照計安裝有積雪收集裝置，用于模擬光伏方陣表面條件和便于積雪留存。兩臺輻照計均已經(jīng)過中國計量院計量校準(zhǔn)。
測試地點(diǎn)
測試在銀川進(jìn)行。
測試時間、條件和過程
2018年1月4-7日，銀川地區(qū)普降小到中雪，光伏組件表面積雪厚度超過100mm。測試于雪后第二天（2018年1月8日）進(jìn)行，天氣晴朗。
測試之前，先對系統(tǒng)進(jìn)行零點(diǎn)修正工作，主要是調(diào)整全向輻照計的安裝角度，確保兩臺傳感器安裝角度保持一致，方向正南。在沒有任何遮擋的情況下，兩臺傳感器測量值偏差保持在±3W·m-2以內(nèi)。測試模擬的光伏方陣傾角是銀川當(dāng)?shù)啬曜罴褍A角40°方向正南。由于不同太陽入射角在同一厚度積雪中傳播路徑的長短是不同的，會對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，所以測試的時間點(diǎn)選在當(dāng)?shù)卣?，太陽正南直射的時刻，此時太陽高度角變化很小，帶來的偏差也會非常小。由于太陽是時刻在運(yùn)動的，需要對太陽高度角和方位角變化范圍進(jìn)行精確計算，測試持續(xù)的過程盡可能短，確保太陽高度角變化在±2°，方位角變化在±4°以內(nèi)，可以使光在雪中投射路程引起的誤差分別控制在±0.12％和±0.24％以內(nèi)。
經(jīng)過計算太陽高度角α和方位角γ，當(dāng)?shù)卣鐣r刻為北京時間13:02，此時太陽高度角31°，方向正南（方位角0°），如圖2所示。測試條件見表1。
表1 測試條件
積雪覆蓋收集裝置內(nèi)的雪是自然積雪，松散程度及厚度與光伏方陣表面積雪情況完全一樣，積雪厚度130mm。測試先從130mm積雪厚度開始，然后人工降低積雪厚度，每次減小10mm逐次測量。減少積雪時，使用刀具橫向切除而不是向下壓縮，避免因積雪密度不同造成的干擾。
圖2 測試時太陽高度角和方位角
測試結(jié)果及分析
表2 測試結(jié)果
測試結(jié)果見表2，其中遮擋損失計算公式為：遮擋損失＝（輻照度-積雪覆蓋下輻照度）/輻照度×100％。
圖3 遮擋損失隨積雪厚度的變化
由表2和圖3曲線可以看出，測試期間太陽方位角變化范圍小于-2°~4°，太陽高度角變化范圍小于±1°，在近乎直射的條件下積雪厚度為10mm時，輻照度遮擋損失可達(dá)80％，當(dāng)積雪厚度達(dá)到60mm時遮擋損失超過99％。說明積雪覆蓋對光伏發(fā)電的影響是非常大的。但是人工除雪對于大型電站來說工作量非常大，需要考慮效費(fèi)比。如果在光伏電站組件選型階段就考慮當(dāng)?shù)胤e雪遮蓋的影響，選用合適的組件類型，則可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)自除雪功能，從而減少除雪的工作量。
圖4 光伏組件表面積雪融化情況對比
圖4是不同類型的光伏組件表面積雪融化情況，可見不同的組件設(shè)計，對于積雪消除的效果差異也是非常明顯的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
（1）無邊框組件的融雪速度大于帶邊框組件的，如圖4b)和圖4c)對比所示。主要原因是組件邊框?qū)Ψe雪下滑的阻力很大。一定厚度的積雪由于結(jié)冰形成一個脆弱的整體，但由于下邊緣受到邊框的阻擋，使得整體不能在重力作用下順利下滑。無邊框組件則不存在這種阻力，當(dāng)透過積雪的光能轉(zhuǎn)化為部分熱能使得組件表層積雪融化時，已融化積雪起到了很好的潤滑作用，組件表面積雪在重力作用下快速下滑。
（2）單位面積功率密度大的組件的融雪速度大于單位面積功率密度小的組件的，也就是相同尺寸條件下，功率大的組件的融雪速度大于功率小的組件的，如圖4b)和圖4d)對比所示，主要原因是單位面積功率密度大的組件相應(yīng)的透過積雪的光能轉(zhuǎn)化的熱能更多，使得積雪融化速度更快。
結(jié)論
積雪覆蓋造成的輻照度損失隨光伏組件表面積雪厚度的增加而急劇增加，在北方特別是冬季降雪量較大或降雪頻次較高的地區(qū)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件在組件選型時加以考慮，或采取適當(dāng)?shù)臏p少積雪覆蓋時間的措施，以減少發(fā)電量損失，提高發(fā)電收益。
來源：理化檢驗
