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光伏知识

光伏电站系统常见质量问题汇总

详细内容


光伏电站系统由组件、逆变器、汇流箱、支架等多个部件组成,其中一个环节出现问题,都会影响电站运行,轻则损失发电量,重则引起火灾一切归零。据运维公司统计,组件、逆变器、汇流箱等直流侧设备故障占比高达90.18%;电缆、箱变、土建、升压站等交流侧设备故障占比达9.82%。


一、光伏组件

光伏组件是电站运行的关键设备,占光伏系统成本的50%左右,组件出现问题,将严重损害电站收益。业内人士指出,使用质量得不到保障的光伏组件将导致电站开发商在未来承受巨大的财务压力,这个压力会在5~10年后显现出来。

常见问题:

1.热斑:光伏组件热斑是指组件在阳光照射下,由于部分电池片受到遮挡无法工作,使得被遮盖的部分升温远远大于未被遮盖部分,致使温度过高出现烧坏的暗斑。

当热斑效应达到一定程度,组件上的焊点熔化并毁坏栅线,从而导致整个太阳电池组件的报废。据行业给出的数据显示,热斑效应使太阳电池组件的实际使用寿命至少减少10%。

针对某40MW光伏电站,现场抽取电站2000块光伏组件进行热斑测试,发现大量由于遮挡、组件自身质量导致的热斑现象,热斑发生率达到3%。其中积尘遮挡跟鸟粪造成的热斑大概占1.3%,组件的质量造成热斑发生率大概1.7%左右。

组件被遮挡后会诱发其背后的接线盒内的旁路保护元件启动,组件串中高达9A左右的直流电流会瞬间加载到旁路器件上,接线盒内将产生100多度的高温,这种高温短期内对电池板和接线盒均影响甚微,但如果阴影影响不消除而长期存在的话,将严重影响到接线盒和电池板的使用寿命。行业新闻报道中,经常出现接线盒被烧毁,遮挡就是罪魁祸首之一。

2.隐裂:

隐裂是指电池片中出现细小裂纹,电池片的隐裂会加速电池片功率衰减,影响组件的正常使用寿命,同时电池片的隐裂会在机械载荷下扩大,有可能导致开路性破坏,隐裂还可能会导致热斑效应。

电池碎片(图左)、电池隐裂(图右)

电池碎片和隐裂片一般由外力造成。其中碎片一般可由肉眼看到,对组件的功率输出有较大影响;隐裂通过肉眼难以发现,对组件功率输出有一定影响,容易形成热斑,可发展为碎片。

3.蜗牛纹:

蜗牛纹是指太阳能电池单元(发电元件)表面上出现黑色或者白色线状图案的现象。因为看起来像是蜗牛爬过之后留下的痕迹,俗称蜗牛纹。

产生原因:主要由三个条件引起,即发生裂纹、水分渗透和阳光照射。

电池单元内发生裂纹,水分经由树脂背板和封装材料渗入裂纹内。渗入裂纹的水分与形成电池单元指状电极(细电极)的银发生反应,银离子在封装材料中扩散。在这种状态下,阳光照射到电池板上时,银离子与封装材料中所含的添加物发生化学反应,生成氧化银和硫化银。由此就会沿着裂纹形成黑色或白色线状图案。

张家口阳原100MW电站大批组件出现蜗牛纹现象,其中70MW出现严重蜗牛纹

欧洲某居民屋顶多晶组件出现闪电纹现象,2013年安装,2014年出现蜗牛纹,后续持续增加扩大,组件来自国内某厂家

山东地区250MW电站组件出现严重蜗牛纹现象,涉事供应商达20家

4.功率衰减:

光伏组件功率衰减是指随着光照时间的增长,组件输出功率逐渐下降的现象。光伏组件的功率衰减现象大致可分为三类:第一类,由于破坏性因素导致的组件功率衰减;第二类,组件初始的光致衰减;第三类,组件的老化衰减。

据光伏行业协会公布的数据显示,我国已建成的电站里大概1/3左右质量不合格,还有一部分组件三年已经衰减了25年应该衰减的指标,甚至个别电站建成当年衰减就高达30%多。鉴衡认证中心检测曾发现,新疆某8MW光伏电站3178块光伏组件中红外成像抽检2856块,其中19%存在虚焊热斑效应。甘肃某10MW光伏电站,抽检发现高达58%的光伏组件出现功率明显衰减。

5.PID效应

(Potential Induced Degradation)全称为电势诱导衰减。

电位诱发衰减效应(PID,Potential Induced Degradation)是电池组件长期在高电压作用下,使玻璃、封装材料之间存在漏电流,大量电荷狙击在电池片表面,使得电池表面的钝化效果恶化,导致组件性能低于设计标准。PID现象严重时,会引起一块组件功率衰减50%以上,从而影响整个组串的功率输出。高温、高湿、高盐碱的沿海地区最易发生PID现象。

二、光伏逆变器

光伏逆变器是光伏电站的“大脑”,担负着将电量由直流变交流的重任,一旦逆变器发生故障,将对整个电站运行造成影响。

常见问题:

1.直流拉弧:

在整个光伏系统中直流侧电压通常高达600-1000V,由于光伏组件接头接点松脱,接触不良、电线受潮、绝缘破裂等原因而极易引起直流拉弧现象。直流拉弧会导致接触部分温度急剧升高,持续的电弧会产生3000-7000℃的高温,并伴随着高温碳化周围器件,轻者熔断保险、线缆,重者烧毁组件和设备引起火灾。

2015年3月,西北某光伏电站逆变器自燃的事件令业界哗然,国家发改委能源研究所研究员、中国可再生能源学会理事王斯成调查西北电站之后表示,40%的电站起火是直流拉弧引起的,而担任直流电转换交流电工作的光伏逆变器首当其冲。

2.交流输出侧过/欠压保护

所谓过/欠压保护主要是指电网电压大幅波动,其范围超过CQC并网标准规定的过欠压阀值时,逆变器需要停机,并指示出相应停机原因。过/欠压保护是判定逆变器是否合格的主要考量因素,逆变器CQC认证的主要内容包括EMC、安全和并网三部分;过/欠频、过/欠压保护是并网要求中的重要部分之一,保护功能不合格,严重情况下会影响光伏系统的稳定和配电网络的稳定。

3.谐波和波形畸变

逆变器能造成包括谐波在内的电网干扰。电网干扰是能够在幅度、频率上改变电压与电路的理想正弦曲线的所有现象。

谐波在电能的产生、传输与消费环节都有可能产生,主要来源于电网中非线性的设备与日益增多的电力电子装置。谐波电流的危害在于会在电网短路阻抗上产生谐波电压降,从而影响电压波形(用户端电压=无穷大电网稳定电压-谐波电压降)。

2015年10月27日,国家质检总局公布了2015年第三季度光伏并网逆变器产品质量国家监督抽查结果,涉及13个省(市)55家企业生产的55批次光伏并网逆变器产品,不合格产品检出率为25.5%。抽查发现有14批次产品不符合标准的规定,涉及到额定输入输出、谐波和波形畸变、功率因数、直流分量、过/欠压保护项目。

2016年9月27日,国家质检总局公布了2016年第3批光伏并网逆变器产品质量国家监督抽查结果,涉及13个省(市)52家企业生产的52批次产品。抽查发现有6批次产品不符合标准的规定,其中5批次“交流输出侧过/欠压保护”项目不合格、2批次“谐波和波形畸变”项目不合格。

4.孤岛效应

所谓孤岛效应,指并入公共电网中的发电装置,在电网断电的情况下,这个发电装置却不能检测到或根本没有相应检测手段,仍然向公共电网馈送电量。为了检修人员的安全,电网上必须有一个防孤岛功能的逆变器,但是这个逆变器也存在百分之零点几的盲区。所以一旦盲区发生,光伏发电站所发的电传到待检修的线路母线上,对检修人员的生命就会造成严重威胁。

5.监测数据不准确

逆变器监测数据不准确、采样精度不够,造成故障信息判断不准确、不及时。

据媒体报道,内蒙某电站集中式逆变器监控数据与实际发电量严重不符,监控上报值比实际值虚高了3%。

三、汇流箱

在光伏发电系统中,为了减少太阳能光伏电池阵列与逆变器之间的连线使用到汇流箱。汇流箱内的部件和功能包括:接线端子,防过电流器件,断路器,防雷器,接地端子,智能数据采集(可选)等。

常见问题:电气短路、自燃

案例1:2014年8月,武汉某屋顶光伏电站发生着火,彩钢瓦屋顶被烧穿了几个大洞,厂房内设备烧毁若干,损失惨重。最终分析原因为:由于施工或其他原因导致某汇流箱线缆对地绝缘降低,在环流、漏电流的影响下进一步加剧,最终引起绝缘失效,线槽中的正负极电缆出现短路、拉弧,导致了着火事故的发生。

案例2:2014年5月,某山地光伏电站发生着火,当地林业部门立即责令停止并网发电,进行全面风险评估,持续时间三个月,造成了数百万的损失。最终分析原因为:由于某汇流箱电缆在施工时被拖拽磨损,在运行一段时间后绝缘失效,正负极电缆出现短路、拉弧,导致了着火事故的发生。

四、光伏背板

光伏背板位于光伏电池背面的最外层,是光伏电池重要组成部分,不仅起到封装的作用,同时还起到保证光伏电池不受到环境影响的作用,确保光伏电池的使用寿命。

常见问题:

1.黄变

在光伏组件层压过程中,使用两层胶膜对太阳能电池进行粘接,使得太阳能电池与玻璃和背板合为一体。两层胶膜一般会有一层需要将短波紫外线进行截止。而背板本身对紫外光300nm-380nm的耐紫外强度有一定抵抗能力,但是部分背板在紫外光的照射下还是会发生黄变,导致背板层的分子组成部分被破坏,背板的整体性能下降,同时背板的反射率降低,影响组件的整体输出。

2.背板鼓包

电池片存在热斑的位置以及隐形胶带位置都容易出现背板鼓包,尤其在两个位置出现重叠的情况下更加容易出现背板鼓包,主要是温度高导致材料气化所致。

3.背板条下气泡

背板条造成汇流带之间存在较大梯度,敷设员工没有将EVA条放到位,造成EVA没有很好地进行填充。

4.背板开裂

2012年,中国西部的某光伏电站顺利并网,崭新的组件在充足的阳光下熠熠发光。并网典礼上,所有人眼中都充满了对未来的期望。

2013年,在对组件进行的随机抽样检测中,尽管肉眼看到的外观并无显著变化,但通过显微镜可清楚观察到背板表面出现大量微裂纹。

2016年,市场上开始听到越来越多只安装了4-5年的组件出现背板开裂的问题,三年前看到的微裂纹已经变成更长更深的宏观裂纹;很多裂纹沿焊带形成,具有明显的漏电隐患。

五、光伏支架

光伏支架作为光伏电站重要的组成部分,它承载着光伏电站的发电主体。支架的选择直接影响着光伏组件的运行安全、破损率及建设投资,选择合适的光伏支架不但能降低工程造价,也会减少后期养护成本。

常见问题:

1.抗风能力差

一般而言,整个光伏发电系统需要有很牢固的支架才行,要能抗击台风、暴雨等。理论上,太阳能支架的最大抗风能力216公里/小时,太阳能跟踪支架最大抗风150公里/小时(大于13级台风)。

实际操作中,一些支架在选型或者安装中存在问题,导致遇到强风支架被吹飞。

如图所示,由于安装公司为了节约型钢,在平屋顶安装了三排光伏组件,并且前排与后排没有做梁连,支架底部固定石墩重量太轻,同时也没有做成长方形,加大石墩重量。台风来后,支架便飞起来了。

2..腐蚀

太阳能支架目前使用的材料种类有热浸镀锌钢架、不锈钢架与铝合金支架;通常太阳能电池组件均安装于室外,因此支架会有日晒雨淋、腐蚀生锈及盐害等问题。

光伏支架抗腐蚀性差容易造成组件坠落,即使组件没掉,但腐蚀的支架也会造成组件倾角发生变化,减少发电量。当然,在防腐蚀方面铝合金远远优异于钢材。

支架镀锌层脱落

支架没有油漆防腐,腐蚀很严重



发表日期:2017-7-10  浏览次数:

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