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實測數據!哪種組件在低輻照下發電量更高?

   2024-10-29 世紀新能源網33880
核心提示:對一套光伏系統,什么時候會需要弱光發電呢?

在組串式逆變器替代集中式逆變器、單晶組件替代多晶組件、n型組件替代p型組件的過程中,我們經常聽到廠商提到一個概念:弱光響應能力。簡單說,就是在輻照偏低的情況下,原有產品(對照組)還沒開始發電或發電量低,而新產品(實驗組)已經開始發電,或實現更高的發電量。

對一套光伏系統,什么時候會需要弱光發電呢?有些光伏從業者的理解是“早晚時段”,也就是讓系統更早啟動,更晚關閉。對此,某組件企業技術人員表示,隨著逆變器產品技術不斷迭代,市場上主流組串式逆變器的啟動電壓已經很低,很多在200V甚至180V以下。從發電功率曲線看,對光伏系統發電量的影響其實非常小。事實上,考慮到多數地區的實時光照都低于標準條件,也就是說,研究光伏產品在輻照低于800W/m2,甚至低于500W/m2的情況下,怎樣實現更高功率、更高發電量,這才更有意義。

(來源:Global Solar Atlas)

為什么不通過實證數據直接分析?不是不想,而是控制變量太難。眾所周知,光伏電站發電量的影響因素非常多,硬件方面包括組件品牌、生產工藝和技術新老迭代情況、生產時間、產品尺寸、組件安裝傾角、接線方式、線纜長度與型號等。除了上述設備因素,還需要考慮光照條件和陰影遮擋、數據采樣位置(直流側還是交流側)、樣品數量、采樣周期、測試設備等多重因素,嚴格控制變量,才能得出準確結論,避免出現“數據打架、結論完全相反”的尷尬。

為了讓更多讀者、特別是電力投資企業的朋友能直觀理解低輻照發電的奧義,避免被錯誤的數據干擾,我們決定嘗試用原理、公式推導的角度,為大家答疑解惑。

首先,根據太陽能電池等效電路圖,有一個公式(單二極管模型半導體公式):

其中:
I和V分別是電池的電流、電壓,Ipv和I0是光生電流、暗飽和電流,Rs和Rsh分別是串聯電阻、并聯電阻。n是二極管理想因子,k是玻爾茲曼常數,T是電池溫度,q是基本電流。如果交給技術專家,他會說:

組件的實際輸出的電流等于光生電流減去流過二極管的正向電流(暗電流)和旁路電阻Rsh消耗的電流的影響,并聯可以理解為漏電流導致的損失的電流。并聯電阻Rsh主要是由于p-n結不理想或在結附近有雜質造成的,這些因素可能導致結短路,特別是在電池邊緣處。Rsh電阻反映了電池的漏電水平,理論上,漏電流可以歸因于并聯電阻。Rsh越大,漏電損失的電流越小,組件最終輸出的電流就越大,對應的輸出功率越大。

看不懂對吧?俺也一樣。

沒關系,咱還有更簡單的理解辦法:

①小學數學知識,被除數不變,除數越小,商越大。

②小學數學知識,被減數不變,減數越大,差越小。

③初中物理知識,P=UI(功率=電壓×電流)。電壓、電流越大,功率就越大。

記住上面三條基礎,我們很容易得出:

那么問題來了,怎樣增大Rsh,實現更高輸出功率?主要是減少漏電流,這個又涉及到不同光伏電池的技術原理和制造工藝流程。

由于XBC電池需要把所有電極轉移到背面,也就是說,正負極的隔離全靠無擴散的隔離槽,數量在上百條,而其他雙面電極技術電池(比如TOPCon)的隔離為四個邊緣的無擴散區,數量僅為4條,XBC電池隔離槽數量高出數十倍,出現漏電流的概率增加了數十倍。一旦在生產環節沒有把控好,就可能出現更大的漏電流,分走原本的組件輸出電流,影響功率。而在低輻照情景下,輸出電流、漏電流都會下降,比如在輻照強度1000W/m2時,標稱功率600Wp的TOPCon組件和XBC組件,功率都應該是600W,而當輻照降至200W/m2時,后者漏電流的占比更高,對發電功率的影響也更大,最終輸出功率的降幅更大。

如果還不能理解,沒關系,記住“XBC組件的開槽多數十倍、漏電通道增加、漏電流增大”這個基礎,然后我們來打個比方。兩個相同的水壩,A水壩的底部有2個漏水點,B水壩的底部有10個漏水點,漏水點的深度、直徑都是一樣的,單個漏水點的漏水速度一致。現在我們給兩個水壩都加滿,開始看漏水情況,1小時后,剩余水量記作X1、X2;然后控制水量,當兩個水壩的水位都在50%的時候,開始第二次試驗。受水壓影響,在半滿的情況下,兩個水壩的漏水速度都會下降,1小時后剩余水量記作Y1、Y2,無論怎么看,Y1-Y2都會大于X1-X2,也就是漏水點越多,漏出的水越多,半滿情況對余量的影響越大。

在半導體公式不被推翻的前提下,我們可以得出結論,在輻照低于STC狀態時,輻照越低,XBC組件的輸出功率受到的影響越大,與TOPCon組件的差距越大。

進一步,我們可以說,在輻照強度低于1000W/m2的情況下,相同功率的TOPCon組件和XBC組件,TOPCon組件的實時輸出功率總會高于XBC組件,大家在選購組件產品時,可以根據當地實際情況和采購預算,靈活決定。

 
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