目前有些屋頂實際可利用面積有限或屋頂彩鋼瓦載荷能力不足，光伏方陣采用了順著屋面平鋪的安裝方式，對于彩鋼瓦屋面，它的坡角一般在5度左右，有的甚至可能更低一些，那么基于這樣的客觀情況，我們晶硅邊框組件表面的灰塵污垢難以靠雨水自清潔，因此分布式電站組件清洗難度會比正常的大傾角安裝方式的組件要難的多，而目前人工清洗成本較高，再加上人工清洗方式需要我們的清洗人員上企業(yè)屋頂?shù)念l次較高，如果清洗不當，很可能對企業(yè)的屋頂產生潛在的漏水隱患，特別是在第三方企業(yè)的廠房做清洗工作，需要和業(yè)主進行溝通，增加了溝通的成本，能否清洗在很大程度上受制于業(yè)主，需要經過業(yè)主的同意。另外，傳統(tǒng)的清洗計劃的制定策略較為粗獷，僅靠人員用過視覺感知組件表面的積灰情況，或者簡單的將組件清洗后和未清洗的組件進行對比來決定是否進行清洗工作。基于目前的現(xiàn)狀，筆者認為有必要通過較為科學的分析手段建立數(shù)學模型，基于實際的歷史運行數(shù)據(jù)，再加上清洗成本去判斷最佳清洗時間，雖然目前無法做到非常精確，但至少在一定程度上是可實施，可操作的，比傳統(tǒng)模式要好的多。

圖1 被灰塵覆蓋的光伏組件陣列

自2016年下半年開始，筆者所在的企業(yè)基于分布式電站實際情況已經做了這樣的一次嘗試，經過大量技術考察，最終選擇了多家智能化清洗機器人作為無人值守清洗方式，目前該項目已正式啟動運行。我們之所以選擇清洗機器人，主要是看中了它的無人值守，可遠程操作，并通過后臺進行集中式管理機器人，另外經過我們的數(shù)據(jù)分析，屋頂分布式電站由于組件平鋪，灰塵污漬較多，經過清潔后，實際的發(fā)電量提升比例能達到預期的效果，目前還在驗證它在戶外運行的可靠性，能保證其因惡劣的環(huán)境能正常運行，甚至會在地面電站進行實驗，一旦可靠性達到了預期，可將其進行推廣應用；另外，在有限成本的約束下，可在某局部子陣安裝機器人清洗，作為標準子陣，將數(shù)據(jù)納入模型，可依此制定剩余子陣的清洗節(jié)點，一切用數(shù)據(jù)進行量化和判斷，盡量避免主觀意識上的錯誤判斷，降低清洗成本，提高收益。

我們都知道，光伏電站組件的數(shù)量是最多的，占據(jù)了電站成本的50%以上，每一片光伏組件的輸出特性也是不盡相同的，如果我們的組件原材料性能好，生產工藝水平很高，組件出廠的電性能偏差比較小，衰減一致性好，那么在實際成串的時候就可以達到非常低的失配損失（小于標準的1%以下），但縱觀現(xiàn)實情況，我們發(fā)現(xiàn)經過幾年的運行，組件會出現(xiàn)不同程度的功率衰減，從而帶來了較大的失配損失。

另外，分布式電站所依附的屋頂?shù)闹苓叚h(huán)境也是相對比較復雜的，如女兒墻、空調風機、附樓、氣窗，臨近廠房后建的高大建筑物等，不可避免的帶來一定的陰影遮擋，由于傳統(tǒng)的組串式或集中式逆變器的最大功率點跟蹤是針對組串而言，當組串中的某一片或若干片存在低效、或者陰影遮擋，就會產生木桶效應。

總之，低效發(fā)電單元一般是由某組串的組件固定屬性決定的，即某組串存在低效組件后，該組串對應的逆變器連續(xù)若干天的發(fā)電量或發(fā)電小時數(shù)同正常組串相比較會一直偏低，一般不會存在忽高忽低的現(xiàn)象?？偟膩碚f，組串低效原因從內因和外因角度可總結為：① 內因：組串本身問題（組件低效，產生木桶效應）② 設計因素（前后左右遮擋） ?③ 環(huán)境因素（雜草、樹木遮擋、組件表面灰塵污漬嚴重等，降低了有效接收的輻射量或電池片熱斑產生溫升損失） ④ 電網限電（組串未工作在實際輻照對應的最佳功率點） ⑤ 其他（如組件未接入等）。

在電站運維環(huán)節(jié)，我們的現(xiàn)場人員需要定期（如一周）對電站各個組串逆變器單元或匯流箱箱單元的發(fā)電小時數(shù)進行對比分析，為什么要以累計的發(fā)電小時數(shù)進行比較？因為每臺逆變器的發(fā)電小時數(shù)每天都在變化，即A逆變器在今天可能最差，但第二天就不一定最差，所以很難通過固定的某一天去反映出來，而且這個數(shù)據(jù)樣本也很少，不足以反映問題，因此需要持續(xù)的一段時間的數(shù)據(jù)。若系統(tǒng)后臺電站的逆變器容量不準確，容量和實際有出入，需要按實際的容量計算發(fā)電小時數(shù)（有效發(fā)電小時數(shù)h=逆變器日發(fā)電量kWh/逆變器容量kW）。若各個逆變器的裝機容量不同，就不能用當日的總發(fā)電量進行分析比較，需要用到有效利用小時數(shù)。

目前比較好的解決方法是對組件加裝功率優(yōu)化器，使得該片組件的電性能輸出不影響到同串的其他組件，因此可減少失配損失。

下面舉一組數(shù)據(jù)進行說明，某江蘇分布式電站某組串安裝了功率優(yōu)化器，圖2為功率優(yōu)化器采集到的組件端的功率數(shù)據(jù)。從圖可知，20塊組件最大輸出功率可180W左右，最低功率為165W左右，兩者相差了近15W，顯而易見，組件之間存在一定的失配。

圖2 中午時段光伏組串的20塊組件出力對比（單位：W）

圖3為中午時刻對應的組串各組件實時工作電流的對比，最大電流為6.85A，最小電流為6.37A，實際的電流離散率為2%。

圖3 組串中20塊組件的輸出電流對比

圖4為該時刻增加優(yōu)化器后的功率對比，如果不加優(yōu)化器組串電流由于短板效應，輸出電流為6.37A，那么實際的輸出功率應為3327W；如果增加優(yōu)化器后，實際輸出應該為3460W，功率提升比例為4%左右。

圖4 光伏組串的失配損失（單位:W）

我們的檢測團隊曾經在已經運行若干年的分布式電站做過抽樣檢測，檢測結果顯示，由于前期施工不當、組件選型問題及后期未給予組件足夠的維護（如清洗），那么組件內部可能一開始就存在隱裂、裂片等問題，組件長期暴露在室外，經過環(huán)境溫度的冷熱交替，這些隱性的問題就極有可能被放大；組件表面污垢長期殘留，由于污垢灰漬主要是來源于大氣環(huán)境、屋頂周邊環(huán)境等，對組件的玻璃或多或少會有些影響，再者不及時清洗會帶來熱斑效應，發(fā)生熱斑的區(qū)域局部受熱，長期以往，組件的原材料因高溫受熱會老化，也會在一定程度上降低了材料的性能，間接影響了組件的功率輸出；這些問題在運維當中是普遍存在的，因此我們覺的對于失配嚴重的區(qū)域，可安裝優(yōu)化器來降低損失。

除了優(yōu)化器對失配有改善作用外，也可以從接線方式上做文章，如大型地面電站縱向雙排安裝的陣列，一般接線方式可能是U型或直線型兩種，如果是U型接線，一個支架單元的上下兩排連接成一串，如果下面一排受到陰影遮擋，那么上面一排就會受到短板效應，帶來發(fā)電損失。對于此種接線，建議采用直線型，即相鄰支架單元的上一排組件連接成一串，下面一排組件連接成一串，這樣可有效的降低下一排組件對上一排組件的失配影響。對于新建電站，可采用組件橫向三排安裝的方法來減少陰影遮擋帶來的失配損失。

此外，對于一些特殊場景，如山地光伏電站，也可以使用組串式逆變器來降低失配損失，對于不同朝向的組件，建議使用不同的MPPT，并且相同朝向的接入同一MPPT，這樣也可以從一定程度上降低因為朝向不同帶來的電流失配影響。另外對于發(fā)生陰影后，方陣的I-V曲線反映為多峰特性，這個時候逆變器的最大功率點跟蹤算法需要使用多峰掃描功能，避免在局部電壓范圍內尋找，以免產生錯誤判斷，帶來MPPT跟蹤損失。

在電站施工環(huán)節(jié)，一個光伏電站可能采用了不同型號和功率檔位的組件，在安裝時，需要注意將同一個型號和功率檔位的接入同一串。如果前期施工階段，業(yè)主方沒有辦法把控現(xiàn)場，在后期運維時，在現(xiàn)場巡檢時發(fā)現(xiàn)存在某支路組件混裝現(xiàn)象，需要立即處理，防止高功率組件的工作電流被低功率組件拉低。

電站運維的價值在于使得設備工作在最佳狀態(tài)，如果設備由于環(huán)境的因素導致低效運行，那么對于設備本身來講是不利的，如我們最常見的灰塵污漬、陰影遮擋、低效等問題都會給我們的設備帶來影響。光伏電站組件數(shù)量眾多，靠現(xiàn)場排查費時費力，因此需要通過大數(shù)據(jù)分析平臺去分析發(fā)電單元的發(fā)電量或發(fā)電小時數(shù)，定位到低效組串，并通過線上和線下聯(lián)合診斷去發(fā)現(xiàn)和分析產生低效運行的原因，是內因還是外因，進而才可以做出相應的決策。

對于內因，有必要通過一定的測量工具和肉眼觀察去分析，如萬用表、鉗形表、紅外熱像儀，去判斷組件各元件的質量是否存在問題。

對于灰塵污漬，后期可以通過人工定期清洗或使用自動化清潔機器人，對于陰影遮擋，可以安裝優(yōu)化器、更改接線方式或降低安裝傾角、優(yōu)化組串MPPT等方法。對于環(huán)境帶來的陰影遮擋，如雜草、小樹等，后期需要制定一定的除草策略，特別是山地光伏電站，草木茂盛，除草的工作量較大。對于平坦型地面的大型電站，組件下沿離地高度一般有一定的要求，如果離地較低，雜草遮擋在所難免，因此從前期設計我們就需要考慮這個因素。

來源：《光能》雜志，經作者授權

原文始發(fā)于微信公眾號（坎德拉學院）：誰偷走了你光伏電站的發(fā)電量？？？