您当前的位置：检测资讯 > 检测案例
嘉峪检测网 2019-03-07 16:27
在光伏发电的应用中，冬季积雪覆盖光伏组件表面，造成发电量下降，是一种常见现象。随着天气转好，组件开始工作升温，积雪会逐渐自然融化脱落。积雪覆盖究竟会多大程度地影响光伏电站的发电量，是否值得采取措施降低积雪覆盖的影响（比如采用无边框组件、表面镀膜等），这需要数据提供支持，今天，我们就将对此展开研究。
测试系统
图1 积雪覆盖影响测试系统
试验测试系统如图1所示。采用两台荷兰Kipp&Zone的CMP11高精度全向辐照计，安装于相同高度和倾角支架上，分别测量有积雪覆盖和无积雪覆盖条件下的辐照度。全向辐照计测量信号通过高分辨率的信号采集器测量，转换为数字信号接入计算机进行分析计算。其中一台辐照计安装有积雪收集装置，用于模拟光伏方阵表面条件和便于积雪留存。两台辐照计均已经过中国计量院计量校准。
测试地点
测试在银川进行。
测试时间、条件和过程
2018年1月4-7日，银川地区普降小到中雪，光伏组件表面积雪厚度超过100mm。测试于雪后第二天（2018年1月8日）进行，天气晴朗。
测试之前，先对系统进行零点修正工作，主要是调整全向辐照计的安装角度，确保两台传感器安装角度保持一致，方向正南。在没有任何遮挡的情况下，两台传感器测量值偏差保持在±3W·m-2以内。测试模拟的光伏方阵倾角是银川当地年最佳倾角40°方向正南。由于不同太阳入射角在同一厚度积雪中传播路径的长短是不同的，会对测量结果产生较大影响，所以测试的时间点选在当地正午，太阳正南直射的时刻，此时太阳高度角变化很小，带来的偏差也会非常小。由于太阳是时刻在运动的，需要对太阳高度角和方位角变化范围进行精确计算，测试持续的过程尽可能短，确保太阳高度角变化在±2°，方位角变化在±4°以内，可以使光在雪中投射路程引起的误差分别控制在±0.12％和±0.24％以内。
经过计算太阳高度角α和方位角γ，当地正午时刻为北京时间13:02，此时太阳高度角31°，方向正南（方位角0°），如图2所示。测试条件见表1。
表1 测试条件
积雪覆盖收集装置内的雪是自然积雪，松散程度及厚度与光伏方阵表面积雪情况完全一样，积雪厚度130mm。测试先从130mm积雪厚度开始，然后人工降低积雪厚度，每次减小10mm逐次测量。减少积雪时，使用刀具横向切除而不是向下压缩，避免因积雪密度不同造成的干扰。
图2 测试时太阳高度角和方位角
测试结果及分析
表2 测试结果
测试结果见表2，其中遮挡损失计算公式为：遮挡损失＝（辐照度-积雪覆盖下辐照度）/辐照度×100％。
图3 遮挡损失随积雪厚度的变化
由表2和图3曲线可以看出，测试期间太阳方位角变化范围小于-2°~4°，太阳高度角变化范围小于±1°，在近乎直射的条件下积雪厚度为10mm时，辐照度遮挡损失可达80％，当积雪厚度达到60mm时遮挡损失超过99％。说明积雪覆盖对光伏发电的影响是非常大的。但是人工除雪对于大型电站来说工作量非常大，需要考虑效费比。如果在光伏电站组件选型阶段就考虑当地积雪遮盖的影响，选用合适的组件类型，则可以在一定程度上实现自除雪功能，从而减少除雪的工作量。
图4 光伏组件表面积雪融化情况对比
图4是不同类型的光伏组件表面积雪融化情况，可见不同的组件设计，对于积雪消除的效果差异也是非常明显的，主要表现在以下几个方面。
（1）无边框组件的融雪速度大于带边框组件的，如图4b)和图4c)对比所示。主要原因是组件边框对积雪下滑的阻力很大。一定厚度的积雪由于结冰形成一个脆弱的整体，但由于下边缘受到边框的阻挡，使得整体不能在重力作用下顺利下滑。无边框组件则不存在这种阻力，当透过积雪的光能转化为部分热能使得组件表层积雪融化时，已融化积雪起到了很好的润滑作用，组件表面积雪在重力作用下快速下滑。
（2）单位面积功率密度大的组件的融雪速度大于单位面积功率密度小的组件的，也就是相同尺寸条件下，功率大的组件的融雪速度大于功率小的组件的，如图4b)和图4d)对比所示，主要原因是单位面积功率密度大的组件相应的透过积雪的光能转化的热能更多，使得积雪融化速度更快。
结论
积雪覆盖造成的辐照度损失随光伏组件表面积雪厚度的增加而急剧增加，在北方特别是冬季降雪量较大或降雪频次较高的地区，需要根据当地气候条件在组件选型时加以考虑，或采取适当的减少积雪覆盖时间的措施，以减少发电量损失，提高发电收益。
来源：理化检验
