灰尘遮蔽对组件的功率影响

对于建成投运的大型光伏电站，电站的运维是其高效安全运行的基础。为了保证光伏电站的系统效率，提高电站发电量，应该针对电站的环境和气候条件制定合理的运维方案。

1、系统效率的影响因素

光伏电站的系统效率是衡量系统运行情况 的最直接的标准，在太阳辐照资源确定的情况下，系统效率决定了一个光伏电站的发电量。在进行光伏电站设计时，都要对光伏电站的年发电量进行仿真模拟，对应 确定一个合理的系统效率，作为后期运行维护的参考标准。并网光伏发电系统的总效率由太阳电池阵列的效率、逆变器的效率、交流并网效率三部分组成。

太阳电池阵列效率η1，太阳电池阵列在太阳辐射强度下，实际的直流输出功率与理论功率之比。太阳电池阵列在能量转换与传输过程中的损耗主要包括：组件匹配损失、表面尘埃遮挡损失、光谱失配损失、温度的影响以及直流线路损失等。

逆变器转换效率η2，逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比。其中损耗主要包括逆变器转换损失、最大功率点跟踪（MPPT）精度损失等。

并网效率η3，即从逆变器输出经10kV升压然后并入35kV或110kV变电站的传输效率，其中损耗主要的是升压变压器的效率损失和交流电气连接的线路损耗。

综上，光伏电站系统的总效率为η=η1*η2*η3，在电站设计阶段，可以通过光伏阵列布局优化、组件电流分档等措施减少损耗，提高系统效率，在关键设备选型时，对组件和逆变器的性能进行严格管控，可以提高光伏电站的可靠稳定性。

在光伏电站的运营阶段，制定经济合理的的运维方案，保证电站安全可靠性，提高电站的发电量。首先应对电站设备的运行状态进行实时监控，进行日常的巡 检，消除安全隐患，保证关键设备的正常高效运行；其次还应对光伏电站的发电数据进行统计分析，针对环境和气候条件，找到影响发电量的主要因素，制定合理的 方案，减少损耗。对于太阳辐照资源和环境温度，没有办法进行改善提高，只能做好记录，用以对光伏电站的系统效率的分析验证。对于中国西北地区的光伏电站， 灰尘遮蔽是影响发电量的重要因素，西北地区干旱缺水，风沙很大，组件受到灰尘遮蔽的情况严重，如图1所示。灰尘遮蔽会减少组件接收的光辐照量，影响系统效 率，降低发电量；局部遮蔽会引起热斑效应，造成发电量损失，影响组件的寿命，同时造成安全隐患。

图1光伏电站组件受灰尘遮蔽情况

2、灰尘遮蔽对组件的功率影响的分析

灰尘遮蔽会减弱组件接收的太阳辐照强度，同时会造成太阳辐照的不均匀性，都会影响组件的输出功率。

2.1光辐照强度的影响

组件的短路电流正比于入射光强，即

，组件的开路电压与短路电流的关系

为： ，其中n是二极管的品质因子，k是波尔兹曼常熟，T是

开尔文温度，q是电子电量，Io是二极管的反向饱和电流。综上组件的电流正比

于光辐照强度，电压与光辐照强度成对数关系。

组件在不同辐照强度下的I-V曲线和功率曲线如图2所示，从图中可以看到

组件的开路电压在光辐照强度大于400W/m2时变化很小，短路电流与光辐照 强度成线性变化。当光辐照强度大于400W/m2时，组件最大输出功率点的电压基本相同，可以推知组件的效率基本不变，光辐照强度200W/m2时，最大 工作点的电压变小，则组件的效率降低。

表1不同辐照强度下组件的效率

表1列出了国内三个组件厂家在第三方实验室进行不同辐照强度下的效率测试结果，可以看到当辐照强度大于400W/m2时，组件的效率变化很小，在辐照强度为200W/m2时，组件的效率有比较明显的下降。

2.2光辐照均匀性的影响

由于灰尘的遮蔽不均匀性，在降低辐照强度的同时，也会引起辐照强度的不均匀性，这会导致电池片的电流失配，会降低组件的输出功率，辐照均匀性对组件I-V曲线影响如图3所示，可以看到随着光辐照不均匀性增大，组件的输出功率会降低。

图3光辐照均匀性对组件I-V曲线的影响

3、组件清洗方案的经济性分析

根据前面的分析，灰尘遮蔽会严重影响组件的输出功率，进而会减少电站的发电量。为了减少灰尘遮蔽的影响，可以对组件进行定期清洗。应该结合光伏电站的 环境和气候特点、预测发电量和清洗费用，制定经济性最佳的清洗方案，即清洗组件带来的发电量增益与清洗组件的费用相比收益最高。下面以青海锡铁山项目为例 进行分析说明如何确定灰尘遮挡的最佳容忍度。

灰尘遮挡对发电量损失与预测发电量有关，不同电站、不同月份的灰尘遮挡的最佳容忍值也会不同，根据可研报告中的太阳辐照数据，锡铁山100MWp光伏电站一年中各个月份的预测发电量如表2所示。

表2青海锡铁山100MWp光伏电站预测发电量

现在通过简单的建模对考虑灰尘遮蔽影响的发电量进行计算。对于灰尘的沉积速度，我们引入月遮蔽率Sm的概念，即一个月的时间灰尘沉积对太阳辐照强