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高温天气,你家的光伏电站还好吗?

发表于:2017-06-17 08:42:05 来源:智汇光伏 作者:王淑娟
 一、今年的桑拿天,比往年来得更早些

根据中国气象台报道,6月15日下午,北京、天津、河北南部、内蒙古东南部、辽宁大部、山东北部等地出现35℃以上的高温天气,其中北京北部、河北东部、辽宁西部局地40℃至41℃;14时,辽宁义县气温达到41.3℃,一度超过新疆吐鲁番,成为全国高温冠军。

这才6月中旬,离“三伏天”还有近1个月的时间,气温居然如此之高。今年的高温桑拿天,似乎来的格外早些!

这种高温天气,对光伏电站有什么影响呢?

二、高温影响光伏电站出力

1建筑物屋顶温度远高于环境温度2016年7月24日,上海的气温高达40℃。亚坦能源的工程师们曾做了一组光伏电站的实测数据。(特别说明:本次数据记录均采用的是红外型温度计,由于被测物体表面颜色原因,可能导致温度略有偏差,但是基本反映整个被测物体表面温度,可作参考。)

在40℃的高温下,正午12点,屋面温度高达68.5℃,比环境温度高出28.5℃!

 


 

2光伏组件对屋顶有降温的作用1)光伏组件表面温度

由于光伏组件将太阳能转换为电能,光伏组件表面的温度只有57.5℃,比环境温度高17.5℃,但比裸露的屋面温度低11℃。

 


 

2)光伏组背板面温度

由于组件安装在屋面,背板处通风条件差,因此组件的背板温度会高于组件的表面温度,达到63℃(由于不方便拍照,所以没有图片记录),但仍比屋顶温度低5.5℃。

3)光伏组件下方屋面的温度

光伏组件下方,没有被太阳直射的屋面温度为48℃(由于不方便拍照,所以没有图片记录),比无遮挡屋面温度整整低20.5℃!

可以看出,光伏组件利用了太阳能、减少顶层屋面的受热,从而间接降低顶层房间的气温。

与裸露屋面相比,

光伏组件表面温度低11℃,光伏组件背面温度低5.5℃,光伏组件下放的屋面温度低20.5℃。

据业主介绍,自从安装光伏发电系统以后,在最高温天气,顶层房间温度比原来降低约6℃左右。

用光伏发电,不仅节省了从电网购买的电能,还通过降温节省了空调用能,达到双倍节能的效果!

4)光伏组件出力的降低

光伏组件非常怕热!各光伏组件的技术规格书中都会有一项参数:峰值功率温度系数!一般,光伏组件的峰值功率温度系数在-0.38~-0.44%/℃之间。即,温度升高,光伏组件的输出功率会降低,如下图所示。下图中,随着温度的升高,组件功率逐渐下降。

 


 

以12块270Wp光伏组件组成的3.24kW的系统为例,假设组件的峰值功率温度系数为-0.41%/℃,以背板温度作为电池片温度,对当天的组件输出功率降低进行计算。

(63-25)℃×(-0.41%/℃)=-15.58%

3.24kWp × (1-15.58%) = 2.73kW

2016年7月24日12时,上海由于高温造成光伏组件的功率损失为15.58%,标称功率为3.24kW的系统,在不考虑其他因素影响的情况下,光伏组件的最大输出功率仅能达到2.73kW。

三、高温影响逆变器寿命

光伏组件怕热,逆变器也怕热。逆变器内部都是电子元件,工作时都会产生热量,温度升高对逆变器各主要部件的性能影响非常大。温度过高的情况下,逆变器将会停止工作。

因此,为了防治温度过高引起逆变器宕机,逆变器必须安放在阴凉处,防治太阳直射。实在无阴凉处安装,则要搭一个小凉棚,如下图所示。

 


 

1逆变器温度高于环境温度2016年7月24日,上海的气温高达40℃时,亚坦的工程师们也对逆变器的温度进行了检测。

1)逆变器表面温度

由于安装在阴凉处,逆变器的表面温度只有44.4℃,略高于环境温度4.4℃。

 


 

逆变器的表面温度

2)逆变器内部元器件温度

打开逆变器的外盖,对内部的温度进行了测试。散热片的温度为51.8℃,比环境温度高11.8℃。一般逆变器的最高工作温度都在70℃以上。因此,由于安装时特别注意将逆变器安装在阴凉处,使其在如此高温下仍然正常工作。

 


 

逆变器的散热片温度

2过高温度对逆变器关键部件寿命的影响2)高温对膜电容寿命的影响

根据对样本产品的内部温度实测数据,假定纹波电流相同,则工作电压(Vw)与额定电压(Vn)的比值(Vw/ Vn)与膜寿命的关系如下图所示。

 


 

图:膜电容寿命与温度关系曲线

从上图我们可以看出,在不同温度、不同Vw/ Vn值下,膜电容的寿命。

表:实验条件下各关键元器件的温度

 


 

说明:由于不满负荷运转时膜电容达不到上述温度,根据我国资源条件,按照年满负荷2200h的保守值进行考虑,实际寿命应该大于上表中的数值。

可见,若膜电容的工作温度由70℃上升到85℃时,寿命大概下降到原来的1/3~1/5,寿命随Vw/ Vn值得升高而降低。当Vw/ Vn<1.1时,样本1的寿命基本可达到25年,过载会降低其寿命;而样本2由于温度太高,寿命均未达到25年。

2)高温对IGBT模块寿命的影响

IGBT模块作为逆变器最为核心器件,其工作时内部结温直接影响使用寿命,下图是英飞凌提供的晶元结温与寿命对应关系曲线。

 


 

图:模块寿命与结温的关联曲线

模块结温和模块寿命对比如下表。

表:模块温度和寿命的影响

 


 

由上表可见,在实验条件下,关键器件模块,温度较低的样本1寿命是温度较高的样本2的1.7倍,但均未达到25年的预期寿命。

2)高温对风扇寿命的影响

风扇是成熟的工业器件,应用于样本1的风冷逆变器的是NMB 风扇,防护等级为IP65,可在任何灰尘环境下,甚至完全浸入水中正常工作。下图为NMB风扇寿命曲线。

 


 

根据上图,以逆变器运行的最高环境温度50 ℃计算,正常运行时间为60319 小时。通过智能强制风冷控制,只有逆变器的模块温度达到70℃以上,风扇才会满转,在正常一天内,满足满转条件的时间大概在6h左右,折合27.5 年。另外,考虑雨天、以及环境温度低于50℃等因素,风扇的运行寿命将更长。

三、高温+高湿造成组件失效

在东南部地区,高温往往伴随高湿度。高温、高湿天气非常容易引起光伏组件的PID效应,使光伏组件失效。某光伏组件,在湿度为50%、温度为70℃的条件下,运行100h(约20天)后的EL图片如下图所示。


 

(说明:左边为正常组件,右边为发生PID效应的组件,黑色为失效电池片,约32%失效)

 


 

光伏组件PID效应不断加重的过程

四、高温天气对光伏系统危害总结

从上述分析可以看出,高温天气对光伏电站主要有以下几个危害。

1、造成组件功率损失,从而降低发电量;

2、影响逆变器关键部件的寿命;

3、与高湿天气同时存在时,容易产生PID效应,从而造成组件失效。

因此,高温天气时,要格外注意光伏电站的运维工作,防止由于高温造成的电站故障。

FR:智汇光伏 王淑娟
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