目前有些屋頂實(shí)際可利用面積有限或屋頂彩鋼瓦載荷能力不足，光伏方陣采用了順著屋面平鋪的安裝方式，對于彩鋼瓦屋面，它的坡角一般在5度左右，有的甚至可能更低一些，那么基于這樣的客觀情況，我們晶硅邊框組件表面的灰塵污垢難以靠雨水自清潔，因此分布式電站組件清洗難度會(huì)比正常的大傾角安裝方式的組件要難的多，而目前人工清洗成本較高，再加上人工清洗方式需要我們的清洗人員上企業(yè)屋頂?shù)念l次較高，如果清洗不當(dāng)，很可能對企業(yè)的屋頂產(chǎn)生潛在的漏水隱患，特別是在第三方企業(yè)的廠房做清洗工作，需要和業(yè)主進(jìn)行溝通，增加了溝通的成本，能否清洗在很大程度上受制于業(yè)主，需要經(jīng)過業(yè)主的同意。另外，傳統(tǒng)的清洗計(jì)劃的制定策略較為粗獷，僅靠人員用過視覺感知組件表面的積灰情況，或者簡單的將組件清洗后和未清洗的組件進(jìn)行對比來決定是否進(jìn)行清洗工作。基于目前的現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為有必要通過較為科學(xué)的分析手段建立數(shù)學(xué)模型，基于實(shí)際的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，再加上清洗成本去判斷最佳清洗時(shí)間，雖然目前無法做到非常精確，但至少在一定程度上是可實(shí)施，可操作的，比傳統(tǒng)模式要好的多。

圖1 被灰塵覆蓋的光伏組件陣列

自2016年下半年開始，筆者所在的企業(yè)基于分布式電站實(shí)際情況已經(jīng)做了這樣的一次嘗試，經(jīng)過大量技術(shù)考察，最終選擇了多家智能化清洗機(jī)器人作為無人值守清洗方式，目前該項(xiàng)目已正式啟動(dòng)運(yùn)行。我們之所以選擇清洗機(jī)器人，主要是看中了它的無人值守，可遠(yuǎn)程操作，并通過后臺(tái)進(jìn)行集中式管理機(jī)器人，另外經(jīng)過我們的數(shù)據(jù)分析，屋頂分布式電站由于組件平鋪，灰塵污漬較多，經(jīng)過清潔后，實(shí)際的發(fā)電量提升比例能達(dá)到預(yù)期的效果，目前還在驗(yàn)證它在戶外運(yùn)行的可靠性，能保證其因惡劣的環(huán)境能正常運(yùn)行，甚至?xí)诘孛骐娬具M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一旦可靠性達(dá)到了預(yù)期，可將其進(jìn)行推廣應(yīng)用；另外，在有限成本的約束下，可在某局部子陣安裝機(jī)器人清洗，作為標(biāo)準(zhǔn)子陣，將數(shù)據(jù)納入模型，可依此制定剩余子陣的清洗節(jié)點(diǎn)，一切用數(shù)據(jù)進(jìn)行量化和判斷，盡量避免主觀意識(shí)上的錯(cuò)誤判斷，降低清洗成本，提高收益。

我們都知道，光伏電站組件的數(shù)量是最多的，占據(jù)了電站成本的50%以上，每一片光伏組件的輸出特性也是不盡相同的，如果我們的組件原材料性能好，生產(chǎn)工藝水平很高，組件出廠的電性能偏差比較小，衰減一致性好，那么在實(shí)際成串的時(shí)候就可以達(dá)到非常低的失配損失（小于標(biāo)準(zhǔn)的1%以下），但縱觀現(xiàn)實(shí)情況，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過幾年的運(yùn)行，組件會(huì)出現(xiàn)不同程度的功率衰減，從而帶來了較大的失配損失。

另外，分布式電站所依附的屋頂?shù)闹苓叚h(huán)境也是相對比較復(fù)雜的，如女兒墻、空調(diào)風(fēng)機(jī)、附樓、氣窗，臨近廠房后建的高大建筑物等，不可避免的帶來一定的陰影遮擋，由于傳統(tǒng)的組串式或集中式逆變器的最大功率點(diǎn)跟蹤是針對組串而言，當(dāng)組串中的某一片或若干片存在低效、或者陰影遮擋，就會(huì)產(chǎn)生木桶效應(yīng)。

總之，低效發(fā)電單元一般是由某組串的組件固定屬性決定的，即某組串存在低效組件后，該組串對應(yīng)的逆變器連續(xù)若干天的發(fā)電量或發(fā)電小時(shí)數(shù)同正常組串相比較會(huì)一直偏低，一般不會(huì)存在忽高忽低的現(xiàn)象。總的來說，組串低效原因從內(nèi)因和外因角度可總結(jié)為：① 內(nèi)因：組串本身問題（組件低效，產(chǎn)生木桶效應(yīng)）② 設(shè)計(jì)因素（前后左右遮擋） ?③ 環(huán)境因素（雜草、樹木遮擋、組件表面灰塵污漬嚴(yán)重等，降低了有效接收的輻射量或電池片熱斑產(chǎn)生溫升損失） ④ 電網(wǎng)限電（組串未工作在實(shí)際輻照對應(yīng)的最佳功率點(diǎn)） ⑤ 其他（如組件未接入等）。

在電站運(yùn)維環(huán)節(jié)，我們的現(xiàn)場人員需要定期（如一周）對電站各個(gè)組串逆變器單元或匯流箱箱單元的發(fā)電小時(shí)數(shù)進(jìn)行對比分析，為什么要以累計(jì)的發(fā)電小時(shí)數(shù)進(jìn)行比較？因?yàn)槊颗_(tái)逆變器的發(fā)電小時(shí)數(shù)每天都在變化，即A逆變器在今天可能最差，但第二天就不一定最差，所以很難通過固定的某一天去反映出來，而且這個(gè)數(shù)據(jù)樣本也很少，不足以反映問題，因此需要持續(xù)的一段時(shí)間的數(shù)據(jù)。若系統(tǒng)后臺(tái)電站的逆變器容量不準(zhǔn)確，容量和實(shí)際有出入，需要按實(shí)際的容量計(jì)算發(fā)電小時(shí)數(shù)（有效發(fā)電小時(shí)數(shù)h=逆變器日發(fā)電量kWh/逆變器容量kW）。若各個(gè)逆變器的裝機(jī)容量不同，就不能用當(dāng)日的總發(fā)電量進(jìn)行分析比較，需要用到有效利用小時(shí)數(shù)。

目前比較好的解決方法是對組件加裝功率優(yōu)化器，使得該片組件的電性能輸出不影響到同串的其他組件，因此可減少失配損失。

下面舉一組數(shù)據(jù)進(jìn)行說明，某江蘇分布式電站某組串安裝了功率優(yōu)化器，圖2為功率優(yōu)化器采集到的組件端的功率數(shù)據(jù)。從圖可知，20塊組件最大輸出功率可180W左右，最低功率為165W左右，兩者相差了近15W，顯而易見，組件之間存在一定的失配。

圖2 中午時(shí)段光伏組串的20塊組件出力對比（單位：W）

圖3為中午時(shí)刻對應(yīng)的組串各組件實(shí)時(shí)工作電流的對比，最大電流為6.85A，最小電流為6.37A，實(shí)際的電流離散率為2%。

圖3 組串中20塊組件的輸出電流對比

圖4為該時(shí)刻增加優(yōu)化器后的功率對比，如果不加優(yōu)化器組串電流由于短板效應(yīng)，輸出電流為6.37A，那么實(shí)際的輸出功率應(yīng)為3327W；如果增加優(yōu)化器后，實(shí)際輸出應(yīng)該為3460W，功率提升比例為4%左右。

圖4 光伏組串的失配損失（單位:W）

我們的檢測團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)在已經(jīng)運(yùn)行若干年的分布式電站做過抽樣檢測，檢測結(jié)果顯示，由于前期施工不當(dāng)、組件選型問題及后期未給予組件足夠的維護(hù)（如清洗），那么組件內(nèi)部可能一開始就存在隱裂、裂片等問題，組件長期暴露在室外，經(jīng)過環(huán)境溫度的冷熱交替，這些隱性的問題就極有可能被放大；組件表面污垢長期殘留，由于污垢灰漬主要是來源于大氣環(huán)境、屋頂周邊環(huán)境等，對組件的玻璃或多或少會(huì)有些影響，再者不及時(shí)清洗會(huì)帶來熱斑效應(yīng)，發(fā)生熱斑的區(qū)域局部受熱，長期以往，組件的原材料因高溫受熱會(huì)老化，也會(huì)在一定程度上降低了材料的性能，間接影響了組件的功率輸出；這些問題在運(yùn)維當(dāng)中是普遍存在的，因此我們覺的對于失配嚴(yán)重的區(qū)域，可安裝優(yōu)化器來降低損失。

除了優(yōu)化器對失配有改善作用外，也可以從接線方式上做文章，如大型地面電站縱向雙排安裝的陣列，一般接線方式可能是U型或直線型兩種，如果是U型接線，一個(gè)支架單元的上下兩排連接成一串，如果下面一排受到陰影遮擋，那么上面一排就會(huì)受到短板效應(yīng)，帶來發(fā)電損失。對于此種接線，建議采用直線型，即相鄰支架單元的上一排組件連接成一串，下面一排組件連接成一串，這樣可有效的降低下一排組件對上一排組件的失配影響。對于新建電站，可采用組件橫向三排安裝的方法來減少陰影遮擋帶來的失配損失。

此外，對于一些特殊場景，如山地光伏電站，也可以使用組串式逆變器來降低失配損失，對于不同朝向的組件，建議使用不同的MPPT，并且相同朝向的接入同一MPPT，這樣也可以從一定程度上降低因?yàn)槌虿煌瑤淼碾娏魇溆绊?。另外對于發(fā)生陰影后，方陣的I-V曲線反映為多峰特性，這個(gè)時(shí)候逆變器的最大功率點(diǎn)跟蹤算法需要使用多峰掃描功能，避免在局部電壓范圍內(nèi)尋找，以免產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷，帶來MPPT跟蹤損失。

在電站施工環(huán)節(jié)，一個(gè)光伏電站可能采用了不同型號(hào)和功率檔位的組件，在安裝時(shí)，需要注意將同一個(gè)型號(hào)和功率檔位的接入同一串。如果前期施工階段，業(yè)主方?jīng)]有辦法把控現(xiàn)場，在后期運(yùn)維時(shí)，在現(xiàn)場巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)存在某支路組件混裝現(xiàn)象，需要立即處理，防止高功率組件的工作電流被低功率組件拉低。

電站運(yùn)維的價(jià)值在于使得設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，如果設(shè)備由于環(huán)境的因素導(dǎo)致低效運(yùn)行，那么對于設(shè)備本身來講是不利的，如我們最常見的灰塵污漬、陰影遮擋、低效等問題都會(huì)給我們的設(shè)備帶來影響。光伏電站組件數(shù)量眾多，靠現(xiàn)場排查費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此需要通過大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)去分析發(fā)電單元的發(fā)電量或發(fā)電小時(shí)數(shù)，定位到低效組串，并通過線上和線下聯(lián)合診斷去發(fā)現(xiàn)和分析產(chǎn)生低效運(yùn)行的原因，是內(nèi)因還是外因，進(jìn)而才可以做出相應(yīng)的決策。

對于內(nèi)因，有必要通過一定的測量工具和肉眼觀察去分析，如萬用表、鉗形表、紅外熱像儀，去判斷組件各元件的質(zhì)量是否存在問題。

對于灰塵污漬，后期可以通過人工定期清洗或使用自動(dòng)化清潔機(jī)器人，對于陰影遮擋，可以安裝優(yōu)化器、更改接線方式或降低安裝傾角、優(yōu)化組串MPPT等方法。對于環(huán)境帶來的陰影遮擋，如雜草、小樹等，后期需要制定一定的除草策略，特別是山地光伏電站，草木茂盛，除草的工作量較大。對于平坦型地面的大型電站，組件下沿離地高度一般有一定的要求，如果離地較低，雜草遮擋在所難免，因此從前期設(shè)計(jì)我們就需要考慮這個(gè)因素。

來源：《光能》雜志，經(jīng)作者授權(quán)

原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（坎德拉學(xué)院）：誰偷走了你光伏電站的發(fā)電量？？？