中国

调试光伏系统以尽量提高性能的 3 个步骤

2022年2月18日 | 可再生能源

尽管工程设计非常出色,但世上没有完美的系统。在这种情况下,可以进行调试,为客户验收和后续维护建立性能基准。调试不仅对光伏 (PV) 系统的性能很重要,而且对于设备使用寿命、安全性、投资回报和保修也很重要。

图片:两个头戴安全帽的人正站在一排太阳能电池板的末端

步骤 1:光伏系统的设计和产量

要得出您的站点的预期产量,请确定您的太阳能资源并考虑电池板上可能出现的任何遮阳因素。太阳能资源以峰值日照小时数(即装置每天每平方米接收 1000 瓦辐射的小时数)计量。例如,在加利福尼亚州的许多地区,太阳能资源非常丰富:每天每平方米可接收 6000 瓦辐射,或是 6 个峰值日照小时数。使用 Fluke IRR-1 太阳光辐照度计测定现场的实际太阳辐照 (watts/m2) 和遮阳情况以生成衡量基准。

假设您有一个 10 kW 的光伏阵列。您可以通过如下方式计算预期年产量:将 10 kW 阵列 x 6 个峰值日照小时数 x 365 天/年 x 0.85(由于布线和逆变器中的功率损耗而降额 15%)。该阵列应每年为我们产生 18,615 kWh 的电能,或每天产生 51 kWh 的电能。

步骤 2:测量光伏性能

安装系统后,通过测量其电气特性和光伏阵列的实际功率输出,确保系统按设计预期运行。

光伏阵列的性能基于其电流-电压 (IV) 曲线。逆变器不仅可以将直流电转换为交流电,还可以通过捕获电流和电压来尽量提高其功率输出(因为功率 = 电压 x 电流),在这种情况下,模组产生的功率最大。短路电流 (Isc) 是来自电池的最大电流,由于没有电压差(正极和负极导线相接触),因此不会产生功率。断路电压 (Voc) 是来自电池的最大电压,由于电路开路,将不会产生功率。光伏模块产生最大功率的点称为最大功率点 (mpp)。

太阳能电池的 IV 曲线与功率对比图

光伏模块的电流-电压 (IV) 曲线

要了解阵列是否按设计工作,您需要了解模块数据表上列出的 Voc 和 Isc。安装前后请测量 Voc 和 Isc。

通过使用 Fluke 393 FC CAT III 钳表测量 Voc,可确定正极和负极端子之间的电压。393 FC 属于 CAT III 1500 V/CAT IV 600V 安全等级,能在太阳能装置等 CAT III 环境中安全可靠地进行测量。使用 Fluke 64 MAX 红外测温仪测定模块的温度,以考虑温度对 Voc 的影响(温度越低,电压越高,反之亦然)。在检测 Voc 时,393 FC 会通过音频发出极性警告。如果接反,则汇流箱或其他电路可能会意外串联,从而导致电压超过逆变器最大输入电压。

图片:右侧是 Fluke 393 FC CAT III 1500 V 真有效值钳表,左侧是旁边智能手机上显示的 Fluke Connect 应用程序

Fluke 393 FC 是世界上唯一一款 CAT III 1500 V 等级钳表,能够安全可靠地用于测定太阳能装置。

要测试 Isc,请断开所有并联电路并安全地短路。通过万用表测量正极和负极端子之间的电流。将转盘设定至大于预期值的电流值。通过 Fluke Connect™ 应用程序记录并保存 Isc 和 Voc,以进行趋势分析和生成报告
 
检查导线的绝缘电阻、模块之间以及模块与机架之间的连接,以及您的对地电阻。使用 Fluke 1630-2 FC 接地钳表测量接地电阻,以确保电阻小于 25 欧姆。

步骤 3:诊断异常情况

即使安装正确,光伏系统也可能达不到预期的发电量。光伏模块具有规定的电气特性非常重要,因为逆变器具有最小和最大输入电流,低于和高于这些电流时,都不会有功率输出。

场景 1:开路电压或短路电流高于或低于数据表上的相关值

在这种情况下,说明电路中有一个或多个模块的特性不符合规格要求。断路电压超出范围意味着您的逆变器可能无法输出功率。短路电流超出范围表示模块不匹配,这会严重降低阵列的性能,因为电路的电流受到具有最低电流的模块的限制。识别并更换模块。

图片:将 Fluke 393 FC CAT III 1500 V 真有效值钳表用于诊断光伏板的异常情况。

Fluke 393 FC 可测量电压、电流、直流功率,并可针对光伏板上的极性错误发出音频指示。

场景 2:功率输出低

如果您看到功率输出低于预期值,则可能存在问题。虽然输出有一些波动很正常,但持续低于预测的输出则可能表示出现电路故障、接地故障或遮阳问题。

其中一个原因可能是存在过热点,电流和热量积聚在短路的电池上,从而导致电池性能下降,并可能发生火灾。热像仪(如 Fluke Ti480 PRO 红外热像仪TiS75+ 热像仪)可以快速识别过热点。

接地故障是另一种故障,但它们更难诊断,需要检测每根导线和设备接地导线 (EGC) 的电压和电流,其中设备接地导线用于将杂散电流传输到大地。EGC 上的电压和电流用于指示接地故障。接地故障是由于导线绝缘损坏、安装不当、导线被夹住和进水造成的,这些情况可能会在导线和 EGC 之间形成电气连接。找出问题的根源,更换损坏的导线或改善状况。

功率输出低的其他原因可能是您所在的位置存在遮阳问题,以及倾斜度和指南针方向(方位角)不佳。使用太阳能追踪器查找任何新的遮阳源,并在可能的情况下予以消除。虽然可能无法通过改变光伏阵列的倾斜度和指南针方向,来使光伏板更直接地朝向太阳,但您应知道倾斜度和方位角,以便建立衡量基准供将来参考。

在大型光伏系统中,太阳能系统中的电力在逆变后通过变压器以升高电压,然后进入开关设备和中压电缆,在这种情况下,绝缘电阻降低是个常见的问题。对于中高压电缆,请使用 Fluke 1555 FC 10 kV 绝缘测试仪,该测试仪可测试高达 10,000 V 的电压。

对于配有电池的系统,请使用 Fluke 500 系列蓄电池分析仪将预期的电池电压和荷电状态与实际值进行比较。

Related resources