摘要：设计光伏对比研究系统，开展多晶体硅组件、CIGS薄膜组件和单晶硅组件的不同条件下的工作特性对比，评估组件适应性、寿命、可靠性，并指导逆变器设计，同时开展电性能、热性能和光致衰减等特性及部件研究。
关键词：多晶硅；单晶硅、CIGS薄膜电池组件；逆变器；并网点；防逆流装置；防雷接地保护；孤岛运行；最大功率点跟踪；数据服务终端；智能信息柜；热斑效应；光衰；弱光；辐照度；
Study on Outdoor Comparison System of Distributed PV Power Plants
Liu Hong Ming
Gree Electric Appliances，Inc.of Zhuhai，guangdong zhuhai 519000
ABSTRACT：Design a photovoltaic contrast study system，conduct comparisons of operating characteristics of polycrystalline silicon components，CIGS thin film components，and monocrystalline silicon components under different conditions，evaluate component suitability，lifespan，reliability，and guide inverter design，while conducting electrical performance，thermal properties and photo-attenuation characteristics and components research.
KEY WORDS：Polycrystalline silicon；Monocrystalline silicon，CIGS thin-film battery modules；Inverter；Grid point；Anti-backflow device；Lightning protection grounding；Island operation；Maximum power point tracking；Data service terminal；Intelligent information cabinet；Hot spot effect；Light decay；Low light；Irradiance；
1研究背景
分布式光伏电站户外对比系统是以多晶硅组件、CIGS薄膜组件和单晶硅组件作为研究对象，总装机容量为23.07kWp，用来研究薄膜硅、晶体硅在不同光照下的、不同污染下、不同气温下及风雨云雾等各种气象下的工作特性，同时研究逆变系统在不同气象下不同类型组件的对比运行特性，用以评估组件适应性、寿命、可靠性，并指导逆变器设计。同时开展其它特性及部件研究，如组件的电性能、热性能和光致衰减等。
2系统搭建
项目安装位置研发楼八楼屋顶，占用面积为300m2，旨在对不同类型光伏组件、光伏电气系统、光伏逆变器、光伏小功率空调系统等做进一步深入研究。系统设计时已考虑三种组件运行环境相同，南面有采光墙，最高点高度为1700mm，最低点1300mm，屋顶情况良好，东西走向，除了南面采光墙，没有其他遮挡物，屋顶能够承载光伏组件载重，并网点在距离该对比系统30米处的照明配电柜380V上。
2.1光伏组件
（1）.多晶硅组件
通过对不同厂家的光伏组件进行对比分析，综合考虑了组件的光电转换效率、填充因子等性能，最终确定A品牌多晶硅组件260Wp。根据组件的峰值电压30.3V和逆变器的最大功率点跟踪控制器MPPT（480～800V）电压范围，设计22块组件组成一串，共有两串，需要44块，共11.44kW。
(2).CIGS薄膜组件
选择B品牌CIGS薄膜组件150Wp，根据组件的峰值电压19.2V和逆变器的MPPT（480～800V）电压范围，设计35块组件组成一串，共一串，需要组件35块，共5.25kW。
(3).单晶硅组件
选择C品牌单晶硅组件290Wp，根据组件的峰值电压19.2V和逆变器的MPPT（480～800V）电压范围，设计22块组件组成一串，共一串，需要组件22块，共6.38kW。
2.2并网逆变器
因该光伏发电系统只有3个MPPT，且要保持组串电压一致，综合考虑选择D品牌逆变器，逆变器功率为20kW，共有三路MPPT，其中的一路接44块的多晶硅组件，另外一路接35块的CIGS薄膜组件，最后一路接22块的单晶硅组件。
2.3阴影分析
在同等条件下，对实际运行中的多晶硅组件与CIGS组件各项性能参数进行对比分析，设计时应尽量保证两种组件的运行环境一样，且尽量保证全天阴影最小。因此本项目设计组件前后排间距为2m，冬至日7：45～15：00时间段内完全没有阴影遮挡。
2.4并网方案
由于并网逆变器输出端输出的电能质量已满足并网的要求，因此无需在对输出端的电能质量进行处理，也无需再加装变压器。
考虑电缆敷设的方便与尽量减小线损，即电缆路径最短，并网点最终选择在八楼西面楼层照配电柜的进线端，系统所发电能可供八楼用电负荷使用，需要装设防逆流装置，以确保光伏所发电能不会往上级线路流动。
2.5系统监控
（1）监控需求
服务器对能源控制器上传的数据进行数据解析，把光伏组件的能源数据进行解析，并通过编程把数据传至网页前端以作进一步的解析。各版块监控需求如下：
组件监测数据需求：
环境监测：环境温度，组件工作温度（包括前板温度和背板温度），湿度，辐照度，需检测组串不同时间点的功率、电压、电流等；
发电量监测：各个组串（日、周、月，直流端，交流端）的发电量；
组件监测：检测各类组件在不同条件下的工作特性。
逆变器监测数据需求：
每路输入的电压、电流、功率；
每路ＭＰＰＴ输入的电压、电流、功率；
输出交流３路的电压、电流、功率；
每路ＭＰＰＴ最终跟踪的电压、电流、功率；
并网效率和孤岛运行；
并网电能质量：并网标准中需检测谐波等；
并网侧漏电流：无变压器时需检测并网侧漏电流；
薄膜与空调运行匹配性监测数据需求：
环境监测：光照强度；
功率监测：包括全天、各种光照强度的MPPT输出功率，变频空调自由运行消耗功率；
性能监测：不同光照条件下的匹配性、跟踪速度和精度；
（2）监控方案
在每一串其中的一块块光伏板上增加一个“直流电压变送器”和“贴装感温包”，监测光伏板的电压和背板温度；在每一串上安装一个直流电能表，监测直流发电量；在电网侧安装交流电能表，监测交流发电量。
2.6感温包布置
为了研究组件发电时的升温及温度对光伏组件发电性能的影响，需要在组件背面贴感温包，实时监测组件温度的变化，研究组件温度分布均匀性及热斑效应。
2.7 能源控制器通讯数据传输控制
（1）网关功能：
对比系统中网关实现485 Modbus转TCP 能源管理系统的数据转换。网关通过485通讯电路采集各个设备的数据，然后通过TCP将数据上报到服务器最终通过能源管理系统界面将数据显示出来。
（2）继电器模块功能：
对比系统中继电器模块实现温度采集与转换，并将温度值通过RS485通讯传输给网关的功能，RS485通讯采用标准Modbus协议，波特率为9600。温度采集时将12路模拟量采集板配置成感温包采集模式，进行温度采集，当网关模块通过RS485通讯点名继电器模块时，相应的继电器模块返回相应的温度值。
3数据分析
我们采集了多组数据进行了分析，其中组件A为多晶硅电池组件，组件B为 CIGS薄膜组件，组件C为单晶硅电池组件，具体如下：
组件A、组件B、组件C三个光伏阵列的月累计发电量对比图和三种光伏组件产品背面温度差异。
综上，对比系统统计一段时间的数据进行分析：
（1）月累计发电量，单瓦发电功率，单瓦月累计发电量等，整体来看单晶略高于多晶硅和CIGS薄膜；
（2）产品背面温度差异：整体来看单晶低于CIGS和多晶，背面温度越低更有利于提升发电量；
（3）低辐照下的弱光效应：整体看多晶硅组件优于单晶硅组件和CIGS薄膜组件；
（4）不同天气下的弱光发电达成率：晴天时，单晶优于CIGS薄膜和多晶，在阴天、雨天时，多晶优于单晶和CIGS薄膜。
由于户外不同光照下、不同污染下、不同气温下及风雨云雾等各种气象下对组件的性能影响较大，数据会有一定偏差。
4.总结
该分布式光伏电站户外对比系统实现了能源数据传输和采集，可以监控多晶硅、CIGS薄膜、单晶硅等的发电功率、工作电压、工作电流、组件温度，环境温度，风速，辐照度，累计发电量等数据，对系统和部件研究具有重要意义。
1）通过光伏发电系统、气象站、以及485通讯、数据服务终端实现可实时检测4个光伏阵列的组件的发电功率、工作电压、工作电流、累计发电量、环境温度、太阳辐照度、风速、风向等数据。
2）采用自主研发的智能信息柜，在组件上布置感温包，通过对比系统收集每块组件不同区域的实时温度，通过温度分析，可研究组件温升、积灰阴影遮挡、热斑效应以及组件温度系数。
3）该系统可以跟踪发电状态下组件功率衰减规律与机理分析，研究光伏组件光衰性能。
4）通过气象站太阳辐照度数据，随着晴天、阴雨天，早晚、中午太阳辐照度的变化，分析低辐照度下组件发电性能，评估组件弱光达成率。
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论文作者:刘洪明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/2
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