户外环境对PERC单晶硅光伏组件性能的影响及组件测试不确定度的研究

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随着国家未来碳中和政策导向,清洁绿色的光伏发电技术有着长远而光明的发展前景。光伏组件作为光伏发电系统的核心,其工作性能对光伏发电量起着至关重要的影响。近些年,通过改变组件内部电池片连接结构,半片组件、叠瓦组件等新型的光伏组件技术陆续出现,展现了比常规光伏组件更多的性能优势。另一方面,由于可以背面发电的双面电池的出现,相应的光伏组件也从原来的新型单玻组件发展为发电量更高的双玻双面组件。但光伏组件工作的外部环境因素(比如温度和辐照度等)对上述新型组件的光伏性能影响的研究还比较少。另外,组件的光伏性能测试受到各种因素影响,导致测量结果存在偏差。为了提高光伏组件测量结果的可信度,还需要评估和研究组件性能的测试不确定度。基于以上提及的目前晶体硅光伏组件的实际问题,本文就环境因素对组件性能具体的影响和组件性能测试不确定度问题展开了三方面的研究。首先,本论文研究了户外环境对常规、半片和叠瓦三种组件性能的影响。按照IEC61215和IEC61853标准,我们在室内的虚拟环境和光伏电站里的实际环境中测试了温度和辐照对常规、半片和叠瓦组件电学性能稳定性的影响,在AM1.5标准辐照条件下,叠瓦和半片组件主要电学参数的相对温度系数绝对值均比常规组件有大幅度的降低,展现了更高的热稳定性,且热稳定性与辐照度正相关。在0-80°辐照入射角内两种组件的光利用率都大于常规组件,展现更高的辐照角度稳定性。经户外环境的累计辐照后,半片和叠瓦组件的光致衰减效应比常规组件较弱,具有更高的长期辐照稳定性。总之,半片和叠瓦组件的性能在温度、光入射角度和长期辐照方面的稳定性均比常规组件有所提高,这一结果主要归因于小面积电池导致的更强的热机械应力抵抗能力、电路产生更小的焦耳热以及内部部分电池并联而减弱的热斑效应。另一方面,本论文研究了地面环境对双玻双面组件系统发电量的影响。通过在光伏电站实地实验测试,研究了水泥地和沙地这两种不同的地面情况对双面双玻组件发电效率的影响。实验结果表明当组件处于水泥地(光反射率为10.2%-15.2%)时,光伏发电系统能效比PR(Performance Ratio)的值为93.12%;处于沙地(光反射率为10%-14.5%)时,PR的值为80%。因此,可以得出结论,光伏组件处于水泥地面时,因其相比沙地具有更高的光反射率,因此其发电效率较高。另外,通过对太阳模拟器测量组件的最大功率不确定度的测试和计算,得到了对组件最大功率测试结果影响较大的因素为太阳模拟器辐照度标定、测试光源辐照度不均匀和温度测量带来的偏差,这三项的不确定度分别为0.85%、0.58%和0.15%。
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