光伏电站常见故障原因分析

设备＆工程部：liyf2015.6.12光伏电站常见故障原因及解决措施第一章、概述•光伏电站发电量计算方法：•理论年发电量=年平均太阳辐射总量*电池总面积*光电转换效率；•但由于各种因素的影响，光伏电站发电量实际上并没有那么多；•实际年发电量=理论年发电量*实际发电效率；•性能比（PR）=交流端的发电量/理想状态的直流发电量；•那么影响光伏电站发电量有哪些因素?光伏发电系统效率分析•光伏阵列效率η1：是光伏阵列在1000W/m2太阳辐射强度下实际的直流输出功率与标称功率之比。光伏阵列在能量转换过程中的损失包括：组件的匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度、及直流线路损失等，取效率86%计算。•逆变器转换效率η2：是逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，取逆变器效率97%计算。•交流并网效率η3：是从逆变器输出，至交流配电柜，再至用户配电室变压器10KV高压端，主要是升压变压器和交流线缆损失，按96%计算。第二章、光伏电站系统发电影响因素统计序号影响因素备注1太阳能辐射量4%2太阳能电池组件倾斜角3太阳能电池组件转化效率组件衰减损失4组合损失4.2%5灰尘遮挡包含在辐射损失中6温度特性7直流线路损失2%+交流线路、变压器损失3%8逆变器效率、MPPT偏离2%9阴影、积雪遮挡1、光伏电站发电量影响因素分析•1、太阳辐射量•太阳能电池组件是将太阳能转化为电能的装置，光照辐射强度直接影响着发电量。各地区的太阳能辐射量数据可以通过NASA气象资料查询网站获取，也可以借助光伏设计软件例如PV-SYST、RETScreen得到。•1.2、太阳能电池组件的倾斜角度•从气象站得到的资料，一般为水平面上的太阳辐射量，换算成光伏阵列倾斜面的辐射量，才能进行光伏系统发电量的计算。最佳倾角与项目所在地的纬度有关。大致经验值如下：•A、纬度0°～25°，倾斜角等于纬度•B、纬度26°～40°，倾角等于纬度加5°～10°•C、纬度41°～55°，倾角等于纬度加10°～15°倾斜角损失--最佳朝向1.3、太阳能电池组件转化效率•1.4、系统损失和所有产品一样，光伏电站在长达25年的寿命周期中，组件效率、电气元件性能会逐步降低，发电量随之逐年递减。除去这些自然老化的因素之外，还有组件、逆变器的质量问题，线路布局、灰尘、串并联损失、阴影遮挡、线缆损失等多种因素。•一般光伏电站的财务模型中，系统发电量三年递减约5%，20年后发电量递减到80%。•在2015年《并网光伏电站性能监测与质量评估技术规范（申请备案稿）》中，光伏电站衰减标准：多晶硅组件：≤2.55/1y，≤3.2/2y单晶硅组件：≤3.0/1y，≤4.2/2y薄膜组件：≤5%/y1年后每年衰减率不高于0.7%，项目全生命周期内衰减率不高于20%。组件功率的衰减•抽取一个组串，这个组串里头每一个组件都要进行测试，首先对清洁干净之后的组件进行I-V测试，测试他的功率。这个功率和他标准功率进行比较，得到他的衰减率。•判定条件是这样的，多晶硅组件在一年内它的衰减不应该超过2.5%，两年内衰减不超过3.2%，单晶硅组件一年内不超过3%，两年内不超过4.2%。这是判定条件。组合损失—串并联损失（做故障分析）•组串是由组件串联起来的，一个组串有20个组件，串联造成的损失测量的方法是把这个组串断开以后，每一块组件都进行测量它的功率，就是I-V曲线测量它的功率。把之合算出来，把整个组串联再测一下他的功率，你这个功率和每一个组件的功率之差，得到了差值，再配上他整个组件功率之和就可以得到串联损失。•组串的并联，一个汇流箱有很多组串，8-16个组串应该完全一样，不一样的话就会造成损失（木桶效应）。造成MPPT偏离都是有可能发生的，测量方法是把汇流箱断开之后，每一个组串都测量I-V，再测量一下总的汇流箱的I-V，然后得出一个偏差。这个组串的并联损失不应该超过2%。另外多个汇流箱，每一个汇流箱并联之后也应该是一样，不一样也会造成损失，这个跟上面的测试方法一样判定不应该超过2%。•另外一个损失就是组串的MPPT偏离，组串应该工作在最大功率点的情况是最好的。往往他偏离了，就会造成功率损失，测量的时候把每一个组串每一个组件功率都测量完了之后再测组件工作组的功率，都要修正到STC下进行比较，然后得到MPPT偏离的损失，不应该超过2%。措施•1)应该在电站安装前严格挑选电流一致的组件串联。•2)组件的衰减特性尽可能一致。污渍、灰尘遮挡•在所有影响光伏电站整体发电能力的各种因素中，灰尘是第一大杀手。灰尘光伏电站的影响主要有：通过遮蔽达到组件的光线，从而影响发电量;影响散热，从而影响转换效率;具备酸碱性的灰尘长时间沉积在组件表面，侵蚀板面造成板面粗糙不平，有利于灰尘的进一步积聚，同时增加了阳光的漫反射。所以组件需要不定期擦拭清洁。•污渍和灰尘的遮挡，比较严重，在西部地区灰尘和污渍实际上造成的衰减是比较大的。抽取比较典型的组串进行测试。在组串清洗前测一下组串功率，清洗后再测一下组串功率，这两个功率都要给他纠正到STC下进行比较，可以得到灰尘造成的组串的衰减，这个组串衰减我们认为他是灰尘遮挡造成的损失。规范里面规定判定条件不应该超过5%。•现阶段光伏电站的清洁主要有，洒水车，人工清洁，机器人三种方式。3温度特性•温度上升1℃，晶体硅太阳电池：最大输出功率下降0.04%，开路电压下降0.04%(-2mv/℃)，短路电流上升0.04%。为了减少温度对发电量的影响，应该保持组件良好的通风条件。温度对光伏组件的影响线路、变压器损失•系统的直流、交流回路的线损要控制在5%以内。为此，设计上要采用导电性能好的导线，导线需要有足够的直径。系统维护中要特别注意接插件以及接线端子是否牢固。•直流线损从组件、组串到汇流箱到逆变器，光伏组串汇流箱，我们测的时候选择一隔离汇流箱最近、中等、最远三个距离的导线来进行测量。汇流箱到逆变器电缆也是选择一个最长，一个中间，一个最短的距离，对他的直流线损进行测试。•交流线损也是这样测的。交流线损是从逆变器到变压器，到并网点之间的线损，判定依据不应该大于1.5%。5逆变器效率•逆变器由于有电感、变压器和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管）等功率器件，在运行时，会产生损耗。一般组串式逆变器效率为97-98%，集中式逆变器效率为98%，变压器效率为99%。•中国效率≥96%；逆变器的MPPT效率应≥98%6阴影、积雪遮挡•在分布式电站中，周围如果有高大建筑物，会对组件造成阴影，设计时应尽量避开。根据电路原理，组件串联时，电流是由最少的一块决定的，因此如果有一块有阴影，就会影响这一路组件的发电功率。•当组件上有积雪时，也会影响发电，必须尽快扫除。•后期遮挡，如果电站建设初期周边没有树木或有小树，当时是不遮挡的，但长大后导致遮挡。阴影遮挡灰尘和阴影遮挡当同一组串中的某片太阳电池输出电流明显小于其他太阳电池输出电流时，这片太阳电池会成为负载被其他太阳电池片反向充电而发热，严重时将损坏太阳电池和封装材料。造成太阳电池输出电流明显减小的原因主要有遮挡、太阳电池局部短路和太阳电池局部杂质过高等原因。通过红外热成像（InfraredThermography）可以检测光伏组件是否存在热斑现象。有些组件由于边缘的边框容易积灰造成了组件的遮挡，当灰积到一定程序时，组件的功率会明显下降。阴影遮挡分析图例第三章、光伏电站故障统计和分析多晶组件-闪电纹接线盒损坏电气短路连接头断裂，导致整个组串不发电MC插头断开电池板松动1、故障原因：交流配电柜进线端接线错误，把相线与零线对调了。正确接线图错误接线图故障现象：1、烧保险丝。•经检测，保险丝的电阻为无穷大（断路）。•2、防雷模块损坏。经检测，浪涌保护器已经被击穿，造成其中三相电中的其中一相线路与地线之间电阻为780欧姆。浪涌保护器短路造成短路使保险丝熔断浪涌保护器的第二个模块被击穿。解决办法•更换保险丝和浪涌保护器。故障分析：没有直流输入，逆变器LCD是由直流供电的。故障现象：逆变器屏幕没有显示现象•逆变器停止工作或者并网配电柜中的交流断路器跳闸。•这两种现象都比较常见，公司30kwp、50kwp逆变器都出现过。•内部器件老化，逆变器内部通风不畅，外部高温导致逆变器电子器件工作在高温环境，加速电子器件老化故障。原因分析：。•(1)组件电压不够逆变器工作电压是150V到800V，低于150V时，逆变器不工作；组件电压和太阳能辐照度有关。•(2)PV输入端子接反，PV端子有正负两极，要互相对应，不能和别的组串接反。•(3)直流开关没有合上。•(4)组件串联时，某一个接头没有接好。•(5)有一组件短路，造成其它组串也不能工作。解决办法：•用万用表电压档测量逆变器直流输入电压。电压正常时，总电压是各组件电压之和。如果没有电压，依次检测直流开关，接线端子，电缆接头，组件等是否正常。如果有多路组件，要分开单独接入测试。•如果逆变器是正常使用一段时间后发生，检查以上因素没有发现原因，则是逆变器硬件电路发生故障，需联系设备厂家处理。光伏电站主检测显示逆变器监测显示汇流箱汇流箱内部图直流断路器防雷器熔断器通讯控制板逆变器内部图汇流箱故障进线孔没有防火堵泥汇流箱门空隙大光伏配电房100kwp逆变器直流配电柜环境检测仪数据采集器环境检测设备放置不水平，影响测量准确性表面污渍，影响测量准确性逆变器显示屏10kwp逆变器接线端子双向计量电表故障：逆变器木桶效应导致的功率突降•木桶效应(如下图)。•在并网逆变系统中，组件方阵经过两次汇流到达逆变器，逆变器最大功率跟踪功能(MPPT)不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡，会影响整个系统的发电效率。所以当电池组件受到遮挡时，集中型电站会受到较大的影响，组串型电站只有被遮挡的一串对应的一路MPPT受到影响。•在正常情况下，各个组件之间的安装间距，安装角度各异，一天中一定时间内不可避免会产生局部遮挡，特别是早晚时刻太阳高度角较低的时候，或者出现一些植被遮挡一些电池片。若一个500KW方阵的电池板使用一路MPPT来跟踪，会损失一定的发电量。•该情况同样适用于当电池组件发生脏污、阴影、老化、升温、热斑的情况下。木桶效应故障原因：接地故障光伏组串中间某一块组件的连接线与光伏支架连接了。有可能是电缆的绝缘层损坏造成的。组件标称的开路电压是40V。此光伏组串共有9块组件，从检测的数据看可能是第4块与第5块组件之间的连接线与支架连接。故障检测组串两端的电压正常负极对地的电压异常正极对地的电压为142V，也不正常。正常的电压应该在2V左右，而且是不稳定的。解决办法•检查组件的连接线，特别注意连接线与支架接触的地方，找出与支架连接的导线，•接地连续性也是很重要，对汇流箱、组件和逆变器每个关键设备的接地连续性进行测试。判定条件接触电阻不高于100毫欧，且保证其他地电阻不高于4欧姆。故障四、组串开路电压异常直流汇流箱编号1#2#5#8#9#组串1的开压/V436475485488281组串2的开压/V490480471492305组串3的开压/V470367396465314以上是各个组串的开路电压，共有9个汇流箱，每个汇流箱里有3个组串，各个组串的开路电压有差异的原因是：1、测量时太阳辐照度不同，开路电压有较小（一般不会超过5%）的差别；2、组串中某块组件的旁路二极管损坏或者组件损坏。3、通讯（板）故障。汇流箱监测现象•光伏阵列输出电压过低，降低系统的输出功率。•长期会造成组件被击穿。解决办法•查看光伏方阵有无临时阴影遮挡；•查看汇流箱通讯线路是否短路或接触不良；•检查汇流箱通讯控制系统是否正常（需要专业人员操作）。•检测组串中每个组件的开路电压，查出开路电压异常的组件（查看组件品质异常）；•检测它的旁路二极管，如果二极管有问题就更换二极管，如果二极管没问题就更换组件—针对组件。光伏系统检测数据异常—监控、测量•（1）支路电流偏