CN106803742A - 一种用于光伏电站现场光伏组串一致性与效率的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光伏电站现场光伏组串一致性与效率的检测方法，包括：光伏组串一致性检测；光伏组件效率检测和光伏组件效率检测参数分析。本发明提供的技术方案通过低工况要求快速完成光伏组串测试，并结合由检测标准采用的抽检原则选取合适组串的光伏组件开展效率测试。一方面，直接避免了在现场进行直接光伏组件抽取所产生的“坏板率”。另一方面，可以快速的选取具有光伏发电站现场工况特色的光伏组件开展测试。最终可以有效反应单个光伏组件在现场条件的效率情况。

Description

一种用于光伏电站现场光伏组串一致性与效率的检测方法

技术领域

本发明涉及一种光伏电站的检测方法，具体涉及一种用于光伏电站现场光伏组串一致性与效率的检测方法。

背景技术

我国作为能源消耗大国，发展清洁可再生能源发电势在必行。太阳能作为取之不尽的清洁可再生能源，是发展低碳经济不可缺少的重要手段，加快发展太阳能发电，已成为解决能源可持续利用、社会可持续发展的重要举措。

随着光伏发电行业的快速发展，光伏发电装机容量日益增长，规范光伏电站关键部件的各项性能指标尤为重要。光伏发电站光伏组件作为光伏发电站的起始环节，起着至关重要的作用，其现场发电效率与光伏组串一致性一直作为光伏发电站性能指标受到行业的光伏关注。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种用于光伏电站现场光伏组串一致性与效率的检测方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种用于光伏电站现场光伏组串一致性与效率的检测方法，其改进之处在于，所述检测方法包括下述步骤：

步骤1：光伏组串一致性检测；

步骤2：光伏组件效率检测；

步骤3：光伏组件效率检测参数分析。

进一步地，所述步骤1的检测条件为在光伏系统正常工作条件下，辐照度不低于300W/m²，各光伏组串处于并联。

进一步地，所述步骤1包括下述步骤：

a)测量单个汇流箱内每条光伏组串电流值并记录；

b)断开被测汇流箱所在支路；

c)测量已断开汇流箱内每条光伏组串开路电压值并记录；

d)根据光伏组串电流值记录数据运用公式(1)计算被测汇流箱平均光伏组串电流；

式中：

I_Avg——被测汇流箱平均光伏组串电流；

I_N——第N串光伏组串支路电流，N＝1，2，3…；

n——单个被测汇流箱连接组光伏串数；

e)利用公式(2)计算并判定光伏组串电流一致性：

式中：

I％——光伏组串电流偏差率；

f)根据记录数据运用公式(3)计算被测汇流箱平均光伏组串开路电压；

式中：

U_Avg——被测汇流箱平均光伏组串开路电压；

U_N——第N串组串支路开路电压，N＝1，2，3…；

n——单个被测汇流箱连接组串数；

g)利用公式(4)计算并判定光伏组串开路电压一致性；

式中：

U％——光伏组串电压偏差率；

被测汇流箱内电流偏差率和电压偏差率作为光伏组串一致性的评判依据，电流偏差率和电压偏差率的参考值均为5％。

进一步地，所述步骤2包括下述步骤：

a)进行接地和漏电检查；

b)选取电流偏差率或电压偏差率大于5％的光伏组串中所有光伏组件进行测试；

c)断开被测光伏组串主回路；

d)清洁被测光伏组串作为被测光伏组件，并记录被测光伏组件的基本参数与生产批号；

e)测试环境满足太阳辐照度不低于500W/m²；

f)将被测光伏组件放置在被测区域，放置角度应与光伏组件原始安装倾角保持一致；

g)对被测光伏组件背板表面温度、被测光伏组件所在的光伏阵列的中心背板表面温度与I-V曲线特性参数进行测量并记录；

h)对步骤g)中的数据进行分析；

i)根据应用抽检原则选取电流偏差率或电压偏差率不大于5％组串中的光伏组件进行测试；

j)重复步骤a)-h)。

进一步地，所述步骤3包括下述步骤：

a)采用红外测试仪寻找热斑光伏组件；

b)测量选取被测光伏组件所在的光伏阵列中心的背板表面温度T_SA；

c)测量选取被测光伏组件所在的光伏阵列中任一非中心组件的背板表面温度T_SM；

d)计算温度差dT＝T_SA-T_SM；

e)测量光伏组件V_OC，并计算光伏组件电池结点温度T_JRO：

T_JRO＝(V_OC-k·V_{OC_STC})/β+25℃

式中：

β——被测光伏组件的电压温度系数，V·℃-1；

k——被测光伏组件所处辐照度与1000W/m²的比例系数；

V_{OC_STC}——被测光伏组件在STC条件下的开路电压；

f)测量被测光伏组件的背板表面中心温度T_SR和光伏阵列中任一非中心组件的背板表面温度T_SM，测试在60s完成；

g)计算光伏组件与光伏方阵的连接点修正温度T_O：

T_O＝T_SM+dT+T_JRO-T_SR (5)

h)将被测光伏组件连接到I-V曲线测量装置进行测试并获取I-V曲线参数，测试期间总辐照度变化不超过10％；

i)分别计算分别计算被测光伏组件在STC条件下的短路电流I_{SC_STC}，被测光伏组件在STC条件下的开路电压V_{OC_STC}，被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电流I_{MPP_STC}，被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电压V_{MPP_STC}和被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪功率P_{MPP_STC}；

式中：

G——太阳辐照度；

α——被测光伏组件电流温度系数；

I_{SC_STC}——被测光伏组件在STC条件下的短路电流；

I_{SC_TEST}——被测光伏组件测试条件下的短路短路；

式中：

β——被测光伏组件电压温度系数

V_{OC_STC}——被测光伏组件在STC条件下的开路电压；

V_{OC_TEST}——被测光伏组件在测试条件下的开路电压；

P_{MPP_STC}＝V_{MPP_STC}·I_{MPP_STC} (10)

I_{MPP_STC}——被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电流；

I_{MPP_TEST}——被测光伏组件在测试条件下的最大跟踪电流；

V_{MPP_STC}——被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电压；

V_{MPP_TEST}——被测光伏组件在被测条件下的最大跟踪电压；

P_{MPP_STC}——被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪功率；

j)被测光伏组件的填充因数为：

FF——被测光伏组件的填充因数；

k)被测光伏组件的组件效率为：

式中：

A_out——被测光伏组件标称总面积；

被测光伏组件的组件实际效率为：

式中：

A_in——被测光伏组件标称电池片总面积。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

(1)检测时间短。组串一致性测试方法与光伏组件测试方法检测时间短，均可在短时间内完成。所用便携式轻便设备在地面大型光伏电站与屋顶光伏电站等复杂测试工况下的测试时间大幅缩短。

(2)“坏板率”为零。结合组串一致性测试结果与应用抽检原则抽取光伏组件单板开展光伏组件效率测试时，不存在“坏板”的情况。该种情况已于组串一致性测试后排除。从而大大较少了抽取光伏组件的测试，避免了电站发电单元的频繁投切。

(3)应用灵活。该测试方法中所有测试设备均使用便携式，带储能功能，且体积小，市场普及率高。因此，该项测试的检测速度大幅提升的同时，亦可应用于地面大型光伏电站与屋顶光伏电站等复杂测试工况下的光伏电站组件效率测量。

(4)成本低。组串一致性测试周期内，有一半测试完全不需要停运光伏发电站，有一半测试仅需要断开被测运行单元。测试时间缩短的同时，又大大减少了测试周期内光伏发电单元停机次数与时间。因此测试成本大幅下降。

(5)光伏组件效率检测结果真实。检测方法中，提出了对光伏组件与光伏方阵的连接点修正温度的测量与计算，最大限度了考虑到现场测试工况对组件效率最终计算产生的影响。

附图说明

图1是本发明提供的用于光伏电站现场光伏组串一致性与效率的检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明提出一种应用于光伏发电站的现场光伏组串一致性与现场组件效率的快速检测方法。该方法的核心是通过低工况要求快速完成光伏组串测试，并结合由检测标准采用的抽检原则选取合适组串的光伏组件开展效率测试。一方面，直接避免了在现场进行直接光伏组件抽取所产生的“坏板率”。另一方面，可以快速的选取具有光伏发电站现场工况特色的光伏组件开展测试。最终可以有效反应单个光伏组件在现场条件的效率情况。

采取该种测试方法可以在快速进行现场光伏组串一致性测试后，最快速度判读非抽检组串将其排除，有效减少了在抽取单个光伏组件时的停机时间和检测时间。该方法有效提高了这个光伏电站的发电时间，降低了停机时间，从而在检测端和发电端均提高了效率。

此外，该种测试方法所需设备均为便携式移动设备，均配有储能电池，并具备较高精度，并在市场上具有普及性。因此，该种检测方法在成本上得到了有效控制。从灵活性来看，该种方法除了可以在地面大型光伏电站中应用，也可以在屋顶光伏电站等测量环境不佳的地点开展，具有极高的灵活性。因此，在一定程度上减少了整个装置的整体成本和占地面积，进一步推动了光伏产业的健康发展。

本发明提供的用于光伏电站现场光伏组串一致性与效率的检测方法的流程图如图1所示，包括下述步骤：

步骤1：光伏组串一致性检测；

测试条件：应在辐照度不低于300W/m2，各光伏组串处于并联，且系统正常工作条件下开展测试。

步骤1包括下述步骤：

a)测量单个汇流箱内每条光伏组串电流值并记录；

b)断开被测汇流箱所在支路；

c)测量已断开汇流箱内每条光伏组串开路电压值并记录；

d)根据光伏组串电流值记录数据运用公式(1)计算被测汇流箱平均光伏组串电流；

式中：

I_Avg——被测汇流箱平均光伏组串电流；

I_N——第N串光伏组串支路电流，N＝1，2，3…；

n——单个被测汇流箱连接组光伏串数；

e)利用公式(2)计算并判定光伏组串电流一致性：

式中：

I％——光伏组串电流偏差率；

f)根据记录数据运用公式(3)计算被测汇流箱平均光伏组串开路电压；

式中：

U_Avg——被测汇流箱平均光伏组串开路电压；

U_N——第N串组串支路开路电压，N＝1，2，3…；

n——单个被测汇流箱连接组串数；

g)利用公式(4)计算并判定光伏组串开路电压一致性；

式中：

U％——光伏组串电压偏差率；

被测汇流箱内电流偏差率和电压偏差率作为光伏组串一致性的评判依据，电流偏差率和电压偏差率的参考值均为5％。

步骤2：光伏组件效率检测；包括下述步骤：

a)进行接地和漏电检查；

b)选取电流偏差率或电压偏差率大于5％的光伏组串中所有光伏组件进行测试；

c)断开被测光伏组串主回路；

d)清洁被测光伏组串作为被测光伏组件，并记录被测光伏组件的基本参数与生产批号；

e)测试环境满足太阳辐照度不低于500W/m²；

f)将被测光伏组件放置在被测区域，放置角度应与光伏组件原始安装倾角保持一致；

g)对被测光伏组件背板表面温度、被测光伏组件所在的光伏阵列的中心背板表面温度与I-V曲线特性参数进行测量并记录；

h)对步骤g)中的数据进行分析；

i)根据应用抽检原则选取电流偏差率或电压偏差率不大于5％组串中的光伏组件进行测试；

j)重复步骤a)-h)。

步骤3：光伏组件效率检测参数分析，包括下述步骤：

a)采用红外测试仪寻找热斑光伏组件；

b)测量选取被测光伏组件所在的光伏阵列中心的背板表面温度T_SA；

c)测量选取被测光伏组件所在的光伏阵列中任一非中心组件的背板表面温度T_SM；

d)计算温度差dT＝T_SA-T_SM；

e)测量光伏组件V_OC，并计算光伏组件电池结点温度T_JRO：

T_JRO＝(V_OC-k·V_{OC_STC})/β+25℃

式中：

β——被测光伏组件的电压温度系数，V·℃-1；

k——被测光伏组件所处辐照度与1000W/m²的比例系数；

V_{OC_STC}——被测光伏组件在STC条件下的开路电压

f)测量被测光伏组件的背板表面中心温度T_SR和光伏阵列中任一非中心组件的背板表面温度T_SM，测试在60s完成；

g)计算光伏组件与光伏方阵的连接点修正温度：

T_O＝T_SM+dT+T_JRO-T_SR (5)

h)将被测光伏组件连接到I-V曲线测量装置进行测试并获取I-V曲线参数，测试期间总辐照度变化不超过10％；

i)分别计算分别计算被测光伏组件在STC条件下的短路电流I_{SC_STC}，被测光伏组件在STC条件下的开路电压V_{OC_STC}，被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电流I_{MPP_STC}，被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电压V_{MPP_STC}和被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪功率P_{MPP_STC}；

式中：

G——太阳辐照度；

α——被测光伏组件电流温度系数；

I_{SC_STC}——被测光伏组件在STC条件下的短路电流；

I_{SC_TEST}——被测光伏组件测试条件下的短路短路；

式中：

β——被测光伏组件电压温度系数

V_{OC_STC}——被测光伏组件在STC条件下的开路电压；

V_{OC_TEST}——被测光伏组件在测试条件下的开路电压；

P_{MPP_STC}＝V_{MPP_STC}·I_{MPP_STC} (10)

I_{MPP_STC}——被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电流；

I_{MPP_TEST}——被测光伏组件在测试条件下的最大跟踪电流；

V_{MPP_STC}——被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电压；

V_{MPP_TEST}——被测光伏组件在被测条件下的最大跟踪电压；

P_{MPP_STC}——被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪功率；

j)被测光伏组件的填充因数为：

FF——被测光伏组件的填充因数；

k)被测光伏组件的组件效率为：

式中：

A_out——被测光伏组件标称总面积；

被测光伏组件的组件实际效率为：

式中：

A_in——被测光伏组件标称电池片总面积。

实施例：

1)基本要求

光伏组串一致性检测应在光伏组件测试开展之前开展。

2)检查前准备工作

a)应确认漏电保护器能正常动作；

b)光伏方阵框架应连接到等电位导体。等电位导体应把电气装置外露的金属及可导电部分与接地体连接；

c)光伏并网系统中的所有汇流箱、交直流配电柜、并网功率调节器柜、电流桥架均应可靠接地；

d)对与样本组件关联的接地部分实施接地电阻测量，包括光伏方阵或光伏组串的接地电阻，以及上一级汇流箱的接地电阻；

e)对与样本组件关联的金属部分实施漏电检测，包括光伏方阵或光伏组串的金属部分，以及上一级汇流箱外露的金属部分和金属外壳。

3)检测方案，根据发明内容进行测试。

4)检测设备要求

温度测量装置

温度测量装置应满足下列要求：

a)测量范围：-50℃～+100℃；

b)测量精度：0.5℃；

c)工作环境温度：-40℃～+70℃。

红外线温度测量装置

红外线温度测量装置应满足下列要求：

a)测量精度：2℃；

b)测量灵敏度：＜0.15℃。

I-V曲线测量装置

I-V曲线测量装置应满足下列要求：

a)测试设备测量精度：1％FS；

b)具备储存I-V曲线与参数的功能；

c)含有与测试设备相连接的辐照计。

辐照仪测量装置

辐照仪测量装置应满足下列要求：

a)辐照度测量范围：0-1500W/m²；

b)辐照度测量精度：5％FS；

c)倾斜角测量范围：0°-90°；

d)倾斜角测量精度：2％FS。

本发明提供的测试方法所需设备均为便携式移动设备，均配有储能电池，并具备较高精度，并在市场上具有普及性。因此，该种检测方法在成本上得到了有效控制。从灵活性来看，该种方法除了可以在地面大型光伏电站中应用，也可以在屋顶光伏电站等测量环境不佳的地点开展，具有极高的灵活性。因此，在一定程度上减少了整个装置的整体成本和占地面积，进一步推动了光伏产业的健康发展。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于光伏电站现场光伏组串一致性与效率的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括下述步骤：

步骤1：光伏组串一致性的检测；

步骤2：光伏组件效率的检测；

步骤3：光伏组件效率检测参数的分析。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤1的检测条件包括光伏系统在正常条件下工作，辐照度不低于300W/m2，各光伏组串处于并联。

3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤1包括下述步骤：

a)测量单个汇流箱内每条光伏组串电流值并记录；

b)断开被测汇流箱所在支路；

c)测量已断开汇流箱内每条光伏组串开路电压值并记录；

d)根据下述光伏组串电流值记录数据运用公式(1)计算被测汇流箱平均光伏组串电流；

$I_{Avg}=\frac{I_1+I_2+...+I_N}{n}---\left(1\right)$

式中：

I_Avg——被测汇流箱平均光伏组串电流；

I_N——第N串光伏组串支路电流，N＝1，2，3…；

n——单个被测汇流箱连接组光伏串数；

e)利用公式(2)计算并判定光伏组串电流一致性：

$I\%=\left|\frac{I_N-I_{Avg}}{I_{Avg}}\right|\×100\%---\left(2\right)$

式中：

I％——光伏组串电流偏差率；

f)根据记录数据运用公式(3)计算被测汇流箱平均光伏组串开路电压；

$U_{Avg}=\frac{U_1+U_2+...+U_N}{n}---\left(3\right)$

式中：

U_Avg——被测汇流箱平均光伏组串开路电压；

U_N——第N串组串支路开路电压，N＝1，2，3…；

n——单个被测汇流箱连接组串数；

g)利用公式(4)计算并判定光伏组串开路电压一致性；

$U\%=\left|\frac{U_N-U_{Avg}}{U_{Avg}}\right|\×100\%---\left(4\right)$

式中：

U％——光伏组串电压偏差率；

被测汇流箱内电流偏差率和电压偏差率作为光伏组串一致性的评判依据，电流偏差率和电压偏差率的参考值均为5％。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤2包括下述步骤：

a)接地和漏电的检查；

b)测试电流偏差率或电压偏差率大于5％的光伏组串中所有光伏组件；

c)断开被测光伏组串主回路；

d)清洁被测光伏组串作为被测光伏组件，并记录被测光伏组件的基本参数与生产批号；

e)检测环境满足太阳辐照度不低于500W/m2；

f)将被测光伏组件放置在被测区域，放置角度应与光伏组件原始安装倾角保持一致；

g)测量并记录光伏组件背板表面温度、被测光伏组件所在的光伏阵列的中心背板表面温度与I-V曲线特性参数；

h)分析步骤g)中的数据；

i)检测电流偏差率或电压偏差率不大于5％组串中的光伏组件；

j)重复步骤a)-h)。

5.如权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述步骤3包括下述步骤：

a)采用红外测试仪寻找热斑光伏组件；

b)测量选取被测光伏组件所在的光伏阵列中心的背板表面温度T_SA；

c)测量选取被测光伏组件所在的光伏阵列中任一非中心组件的背板表面温度T_SM；

d)计算温度差dT＝T_SA-T_SM；

e)测量光伏组件V_OC，并计算光伏组件电池结点温度T_JRO：

T_JRO＝(V_OC-k·V_{OC_STC})/β+25℃

式中：

β——被测光伏组件的电压温度系数，V·℃-1；

k——被测光伏组件所处辐照度与1000W/m²的比例系数；

V_{OC_STC}——被测光伏组件在STC条件下的开路电压；

f)测量被测光伏组件的背板表面中心温度T_SR和光伏阵列中任一非中心组件的背板表面温度T_SM，测试在60s完成；

g)计算光伏组件与光伏方阵的连接点修正温度T_O：

T_O＝T_SM+dT+T_JRO-T_SR (5)

h)将被测光伏组件连接到I-V曲线测量装置进行测试并获取I-V曲线参数，测试期间总辐照度变化不超过10％；

i)分别计算分别计算被测光伏组件在STC条件下的短路电流I_{SC_STC}，被测光伏组件在STC条件下的开路电压V_{OC_STC}，被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电流I_{MPP_STC}，被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电压V_{MPP_STC}和被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪功率P_{MPP_STC}；

$I_{SC\_STC}=I_{SC\_TEST}+I_{SC\_TEST}(\frac{1000}{G}-1)+\mathrm{\α}\·\frac{I_{SC\_TEST}}{100}---\left(6\right)$

式中：

G——太阳辐照度；

α——被测光伏组件电流温度系数；

I_{SC_STC}——被测光伏组件在STC条件下的短路电流；

I_{SC_TEST}——被测光伏组件测试条件下的短路短路；

$V_{OC\_STC}=V_{OC\_TEST}+\mathrm{\β}\·\frac{V_{OC\_TEST}(25-T_O)}{100}---\left(7\right)$

式中：

β——被测光伏组件电压温度系数

V_{OC_STC}——被测光伏组件在STC条件下的开路电压；

V_{OC_TEST}——被测光伏组件在测试条件下的开路电压；

$I_{MPP\_STC}=I_{MPP\_TEST}+I_{MPP\_TEST}(\frac{1000}{G}-1)+\mathrm{\α}\·\frac{I_{MPP\_TEST}}{100}---\left(8\right)$

$V_{MPP\_STC}=V_{MPP\_TEST}+\mathrm{\β}\·\frac{V_{MPP\_TEST}(25-T_O)}{100}---\left(9\right)$

P_{MPP_STC}＝V_{MPP_STC}·I_{MPP_STC} (10)

I_{MPP_STC}——被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电流；

I_{MPP_TEST}——被测光伏组件在测试条件下的最大跟踪电流；

V_{MPP_STC}——被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪电压；

V_{MPP_TEST}——被测光伏组件在被测条件下的最大跟踪电压；

P_{MPP_STC}——被测光伏组件在STC条件下的最大跟踪功率；

j)被测光伏组件的填充因数为：

$FF=\frac{P_{MPP\_STC}}{V_{OC\_STC}\·I_{SC\_STC}}---\left(11\right)$

FF——被测光伏组件的填充因数；

k)被测光伏组件的组件效率为：

${\mathrm{\η}}_{out}=\frac{P_{MPP\_STC}}{1000\·A_{out}}---\left(12\right)$

式中：

A_out——被测光伏组件标称总面积；

被测光伏组件的组件实际效率为：

${\mathrm{\η}}_{in}=\frac{P_{MPP\_STC}}{1000\·A_{in}}---\left(13\right)$

式中：

A_in——被测光伏组件标称电池片总面积。