光伏電站的質(zhì)量問題由來已久，幾年前，一家權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)對國內(nèi)已經(jīng)在運(yùn)行的多座大型晶硅組件光伏電站進(jìn)行了質(zhì)量檢測，調(diào)查發(fā)現(xiàn)光伏組件普遍存在各種質(zhì)量問題，如熱斑、隱裂和功率衰減等，對電站的發(fā)電量、KPI指標(biāo)、電站收益及日常運(yùn)行維護(hù)帶來嚴(yán)重影響。

電站建成后，隨著時(shí)間的推移，組件本身首年光致衰減及逐年衰減率和其他衰減因素都客觀存在、不可避免，因此實(shí)際的裝機(jī)容量會(huì)逐年減少，那么基于原始裝機(jī)容量進(jìn)行理論發(fā)電量或理論功率輸出計(jì)算的發(fā)電性能指標(biāo)如PR、CPR和EPI等，其中包含的光伏電池板自身損耗部分會(huì)逐年增加，而且實(shí)際裝機(jī)容量的不確定性將對次年各個(gè)電站的計(jì)劃發(fā)電量的制定帶來一定影響。

因此文中基于現(xiàn)實(shí)存在的客觀情況，著重探討已并網(wǎng)電站的戶外組件電性能測試及功率修正方法、組件熱斑現(xiàn)象和原因分析以及晶硅組件PID功率衰減的快速甄別方法，由于篇幅有限，其他質(zhì)量問題的檢測將另起他文探討。通過相關(guān)的測試和分析手段，可對自有電站的實(shí)際情況有清楚的了解，如組件的衰減情況、熱斑組件的分布比例及是否存在PID組件等等。

一、組件（方陣）I-V測試及功率修正方法

筆者曾在某西部多家地面電站進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)在某一隨機(jī)時(shí)段各個(gè)逆變器的發(fā)電量存在較大差異。如圖1所示，通過對電站逐級逐段分析，排除了逆變器本身及對應(yīng)方陣故障、設(shè)備停機(jī)等因素，發(fā)現(xiàn)電量差異的主要來源為各個(gè)組串工作電流的波動(dòng)性，整體離散率較高，有的甚至超過20%。

逆變器發(fā)電量的差異和組件的功率輸出情況有密切關(guān)聯(lián)，因此有必要從匯流箱側(cè)去查找低功率的組串或組件，一般的，戶外組件或方陣組串的電性能測試使用便攜式I-V測試儀，本部分首先介紹便攜I-V測試儀的原理、配套輻照度計(jì)量儀的類型和特點(diǎn)，接著介紹現(xiàn)場組件功率測試的一次修正和二次修正方法。

圖1 某地面電站某一時(shí)段各個(gè)逆變器的發(fā)電對比

1.1 便攜式I-V測試儀分類與測試原理

據(jù)調(diào)研目前市場上常用的便攜式I-V測試儀主要有可變電子負(fù)載式和動(dòng)態(tài)電容式兩種，如圖2和圖3所示，可變電子負(fù)載式是儀器自身內(nèi)置了電子負(fù)載，當(dāng)電阻從0變到無窮大的時(shí)候，儀器通過采集上百個(gè)負(fù)載點(diǎn)所對應(yīng)的工作電流和工作電壓值來構(gòu)成整條I-V曲線，并通過算法尋找到最大功率點(diǎn)。

電容式I-V測試儀以充電式動(dòng)態(tài)電容作為光伏組件的動(dòng)態(tài)負(fù)載，實(shí)際測試時(shí)，光伏組件因有光生電流對電容充電，電容在開始充電時(shí)，阻抗很低幾乎為零，充電回路相當(dāng)于短路，當(dāng)充電結(jié)束，阻抗非常高，充電回路相當(dāng)于開路，那么在電容的充電過程中，電容的阻抗從0變到無窮大，相當(dāng)于光伏組件或陣列的負(fù)載電阻從0變化到無窮大，然后對電壓電流進(jìn)行采樣，這些采樣點(diǎn)構(gòu)成了光伏組件的I-V特性曲線。

和可變電子負(fù)載式相比，動(dòng)態(tài)電容式測試方法的優(yōu)點(diǎn)是雖然測試速度較快，精度較高，但需要復(fù)雜的控制電路，而對于陣列型的I-V測試儀，就需要比較大的電容器，那么體積和重量就會(huì)增加，所以帶到戶外進(jìn)行測試會(huì)比較笨重。

圖2 可變電子負(fù)載式

圖3 動(dòng)態(tài)電容式

1.2 太陽輻照數(shù)據(jù)采集介紹

便攜式I-V測試儀在測試過程中需要對實(shí)時(shí)的輻照數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，輻照采集目前常用的儀器是總輻射表，它分為熱電型(Thermopile Pyranometers)和光電型(Silicon Pyranometers)兩種，如圖4所示為熱電型，圖5為光電型。

熱電型一般為兩層玻璃罩結(jié)構(gòu)，由玻璃罩下黑色感應(yīng)面與內(nèi)部的熱電堆等感應(yīng)器件組成。一般感應(yīng)元件表面涂有高吸收率的黑色涂層，感應(yīng)元件的熱接點(diǎn)在感應(yīng)面上，而冷接點(diǎn)位于儀器的機(jī)體內(nèi)，雙層石英玻璃罩結(jié)構(gòu)的作用是防止熱接點(diǎn)單方向通過玻璃罩與環(huán)境進(jìn)行熱交換，提高測量精度。

同時(shí)為了避免太陽輻射對冷接點(diǎn)的影響，增加了一個(gè)白色防輻射盤用來反射陽光的熱輻射。它的原理很簡單，當(dāng)太陽輻射透過玻璃罩到達(dá)熱電表感應(yīng)面時(shí)，冷熱結(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生溫差，由此產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出，那么這個(gè)輸出信號與感應(yīng)面上所接收到的太陽輻照度成正比(在線性誤差范圍內(nèi))，根據(jù)毫伏表或電位差計(jì)測出的熱電勢就可以進(jìn)行讀數(shù)。

目前光電型輻照計(jì)一般使用硅光電二極管傳感器，也有使用標(biāo)準(zhǔn)太陽電池(Reference cells)作為輻照度傳感器件，它的原理是利用其短路電流與投射在電池片上的太陽輻照度的線性關(guān)系來測定太陽輻照度，分為電壓輸出型和電流輸出型兩種，對于電流輸出型，一般可在電路設(shè)計(jì)上增加小的負(fù)載電阻，通過測量負(fù)載電阻之間的電壓來間接得到短路電流。

圖4 熱電表(熱電堆型)

圖5 光電型輻照計(jì)(晶硅電池片式)

當(dāng)前我國的太陽輻射觀測網(wǎng)所選用的總輻射表大部分都是熱電型，熱電型總輻射表的光譜范圍較寬，一般大致為太陽全譜段的280nm至3000 nm(參考圖6，來源于荷蘭Kipp&Zonen公司)，響應(yīng)時(shí)間一般小于60s，價(jià)格較高。而光電型總輻射表的光譜范圍大致為400nm至1100nm，響應(yīng)時(shí)間一般小于 10μs，其光譜響應(yīng)范圍與太陽能電池板的工作光譜范圍十分接近，且主要特點(diǎn)是其響應(yīng)時(shí)間快、價(jià)格低廉。因此光電表的光譜選擇性完全取決于其自身的光電感應(yīng)器件硅光電二極管(含標(biāo)準(zhǔn)電池)，具有一定的光譜選擇特性，而熱電表中的熱電堆，屬于中性寬帶感應(yīng)器件，并沒有明顯的光譜選擇性。

圖6 光譜響應(yīng)曲線

(藍(lán)色：太陽輻射光譜 綠色：晶硅電池片的光譜響應(yīng) 紅色：熱電表的光譜響應(yīng))

表1為兩者的特點(diǎn)對比，其中溫度特性是環(huán)境溫度發(fā)生改變后，表的靈敏度所發(fā)生的變化。光電表一般都沒有溫度補(bǔ)償電路，因此需要在實(shí)際使用中確定光電表觀測數(shù)據(jù)的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。由于在測量過程中的溫度變化引入的測量偏差較大，熱電型則擁有質(zhì)量更高的玻璃罩，對溫度變化所做的溫度修正精度也更高。

一般來說，熱電型總輻射表主要用來測量水平面太陽總輻射，也可用來測量入射到方陣斜面上的太陽總輻射，因此在評價(jià)電站的PR能效比和EPI一般采用熱電表來計(jì)量方陣斜面總輻射量(POA)，而由于光電表的光譜響應(yīng)和電池的光譜響應(yīng)較為接近，所以光伏組件或方陣的實(shí)時(shí)輸出功率測試可使用光電表。

但是電池片型光電表也存在一些問題，如電池片的衰減特性、易受環(huán)境污染和溫度影響、余弦誤差和方向誤差偏高、校準(zhǔn)難度大、以及測量精度和電池片封裝玻璃的透射率都有關(guān)系等，特別是光電表的溫度修正、余弦誤差和方位誤差的測量和控制在校準(zhǔn)的時(shí)候需要注意的。

表1 兩種輻射表的特點(diǎn)對比