国家光储实验平台前三季数据:N型TOPCon、N型IBC组件发电更优

12月13日,国家光伏、储能实证实验平台(大庆基地)三期设计方案咨询会以线上会议形式召开。来自国内光伏及储能行业知名企业代表,国电投黄河公司、国家电投光伏(储能)产业创新中心共50余人参加会议。会议聚焦大庆基地前三季度实证实验数据分享、大庆基地三期设计方案等展开研讨,通过共享2022年前三季度光伏、储能实证实验数据,为光伏、储能行业发展提供实证、实验、检测等服务,引领行业发展。

国家能源局新能源和可再生能源司处长邢翼腾,国家电投集团专家委专家谢小平,北京师范大学副校长、青海师范大学校长史培军,西北旱区生态水利工程省部共建国家重点实验室培育基地主任周孝德,中国光伏产业联盟副秘书长江华,中科院微系统所研究员、IECTC82副主席刘正新,中电联电力发展研究院副院长宋立军,大庆市发改委副主任薛志勋,国家电投光伏创新中心党委委员、副总经理庞秀岚等参加会议。会议由谢小平主持。

据了解,国家光伏、储能实证实验平台于2021年11月19日启动运行、2022年1月1日开始实证实验工作,目前项目已开展实证实验方案161种、产品69种,涉及31个制造厂商,基本涵盖了国家光伏、储能行业的主流产品和具备推广应用的新产品。

为了确保平台测试方案的科学性、测试条件的一致性、数据分析的准确性,国家电投黄河公司在方案设计、设备选型、数据分析等各阶段,开展技术交流会、方案论证会、专家咨询会。平台安装了涵盖资源、环境、电性能、机械性能等7大类19种在线测试设备共计515台(套),建立40多种分析模型,采集数据点达30多万点,每天采集数据量超过300GB,开发150多份分析报表,实现光伏电站全要素、全过程数据实时采集和分析。

会上,国家电投光伏创新中心产业检测与数据分析中心负责人从气象、组件、逆变器、支架、光伏系统、储能产品、储能系统的实证实验七个方面,客观呈现了高纬度、寒温带地区光伏储能实证数据及变化规律,为光伏电站系统设计、设备选型、运行策略优化等提供详实的实测数据。

具体包括:

一、气象实证实验数据

2022年,基地前三季度环境温度最高(最大值32.50℃)、水平面瞬时辐照最大(最大值为1.16kWh/m2),天气以多云为主,且实证实验数据表明,在多云天气下组件背面组照最大。同时实证实验过程发现,大庆地处高纬度地区,在日出日落时分,太阳光会直接照射到组件背面,特别是6、7月份太阳照射组件背面时长均超过4h,占组件背面日累计辐照的20%左右。此外,从大庆地区实测光谱来看,该地区与AM1.5标准光谱在400nm-640nm波段内存在较大差距,这对指导今后开展电池与组件的定制化设计制造有很大帮助。

二、组件实证实验数据

前三季度整体来看N型高效组件发电较优,其中N型TOPCon组件发电量最高,其次是N型IBC组件。实证实验数据表明N型高效组件总体发电性能最优,代表未来组件技术发展方向。

通过对组件运行温度、电压、电流等运行参数开展实证研究,发现基地组件运行温度整体较低,前三季度组件日平均最低运行温度为-14.3℃,特别是第一季度组件在低温环境下长期运行温度低于25℃。

三、逆变器实证实验数据

前三季度大庆基地各类型逆变器户外实证中国效率均在97.5%-98.5%之间,满足厂家承诺值要求,特别是国产IGBT转换效率在各月基本与进口IGBT相当。同时,逆变器效率环境温度的关系较为密切,前三季度随着气温升高各技术路线逆变器效率均略有下降。

2022年大庆地区夏季多云天占比较高,导致逆变器长时间处于低负载运行状态,6-7月份最为明显,各类型逆变器低于30%负载率运行时长甚至达到50%以上,且各类型逆变器在30%以下低负载下逆变器效率偏低,因此结合大庆地区典型气候特征,逆变器设备选型应考虑低负载下逆变效率。

四、支架实证实验数据

前三季度整体来看双轴跟踪系统发电量最高,斜单轴和平单轴次之,分别较固定支架发电量增益依次为23.83%、22.89%和11.2%;全维支架7月份开始正常运行后发电量明显提高,第三季度发电量最高,柔性支架总体发电量略低于固定支架,不同厂家累计发电量存在略微差异。同时,从实证出力曲线来看,跟踪支架较固定支架、柔性支架相比功率曲线更加偏平,对电力系统更加友好。

大庆地区地处高纬度地区,平单轴带5°和10°倾角平单轴支架累计辐照较常规平单轴优势明显,实证数据表明:前三季度带10°倾角平单轴累计发电量最高,带5°倾角次之,分别较常规支架高11.59%、4.25%;带10°倾角平单轴正面累计辐照较常规平单轴高27.08%,特别是一季度带10°和5°倾角平单轴较常规平单轴辐照优势明显,二季度基本相当,三季度具备一定优势。

五、光伏系统实证实验数据

对数十种设计方案前三季度实证数据进行统计,得出平单轴支架组合方案发电量最高,其次是集成平单轴和固定支架组合方案,特别是平单轴+组串式逆变器+大尺寸双面组件发电优势明显,该设计方案功率曲线更扁平化,可提高早晚的发电量,降低中午的发电量,减少限功率运行,有效提升系统发电量;其次是平单轴、固定支架+组串式逆变器+大尺寸双面组件方案。深入研究不同设计方案有利于探索、优化现有设计方案及科学指导设备选型,提升光伏发电系统效率。

六、储能产品实证实验数据

大庆基地储能产品和储能系统区经过调试及试运行,总体运行较稳定,从储能系统效率来看,储能电池本体的效率较高,可达到承诺值,其中三元锂电池最高;且各技术路线储能产品电芯温度一致性、电芯电压一致性相对较好,实测最高电压和最低电压均在保护电压范围之内,电压差均在控制范围内。

储能系统增加PCS、功率转换器件损耗、泵自耗电后,整体系统效率下降较大,特别是夏季空调自耗电明显更高,带来储能系统效率(含厂用电)在夏季高温、冬季低温条件下更低。

七、储能系统实证实验数据

光伏电站配置储能后可以实现能量搬移、调峰调频等,实现输出增加友好。在能量搬移场景下,晴天下调节效果最好,多云天、阴天等下出力曲线波动性较大,调节效果一般;在调峰调频应用效果来看,配置储能系统在不同的典型天气下均可对电网的频率波动进行调节,在频率变化较大时,配置集中调频储能的发电系统可有效控制其并网点频率偏差,可按照并网点的频率变化而调节,且调节效果较好。

会议上,平台学术委员会专家、行业技术专家、设备供应商代表等参会人员对平台前三季度实证实验数据给予肯定,一致认为平台对光伏、储能产品进行大量户外测试,得到了大量实验室无法模拟的成果,客观反映了实证产品、实验方案在高纬度寒温带典型气候区的户外实际运行特性,与实验室数据、理论设计数据相互验证,希望未来持续完善优化平台建设、运行特性研究、实证实验理念及方案创新,为推进“产学研用”、对外合作交流,国家制定光伏和储能新产品、新技术应用产业政策、技术标准等提供科学依据,为中国乃至全球新能源行业技术进步发挥更大作用、作出更大贡献。

谢小平表示,实证实验数据进一步验证了光伏储能产品与实验室实测数据的关系,如实证实验数据表明N型电池发电量、电池的温度特性、环境温度之间的关系与实验室成果一致,主流产品生产企业提供的关键技术参与户外实证数据趋势基本一致。同时,通过实证实验,发现了一些产品存在的问题,如跟踪支架的可靠性、光储联合控制策略等,为改进产品质量提供了数据支撑与改进方向。

会议听取了平台三期工程设计方案等相关内容的介绍,中国光伏行业协会、中国可再生能源学会、中关村储能产业技术联盟、中建材光伏检测认证院,华为公司、中信博、南瑞继保、阳光电源、天合光能等组件、逆变器、支架和储能厂家代表,分别就平台三期项目建设方案优化及新技术、新产品、新理念的融入进行了深入探讨交流,共同为平台高质量建设和国家光伏、储能产业高质量发展建言献策。

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