1 中国可持续能源项目 The China Sustainable Energy Program 能 源 基 金 会 The Energy Foundation 项目成果 Research Report 青海省大中型光伏电站标准体系研究 The Standardization Framework Research of Utility Scale of Photovoltaic Power Plants in Qinghai Province 北京计科电可再生能源技术开发中心有限公司 JiKeDian Renewable Energy Development Center Co.,Ltd 2014 年 12 月 December ，2014 2 项目信息 项目资助号G-1311-19375 Grant NumberG-1311-19375 项目期 12/1/13 - 11/30/14 Grant period12/1/13 - 11/30/14 所属领域 可再生能源 Sector Renewable Energy 项目概述 结合青海地区特殊气候条件及我国光伏电站运行状况，在标准 调研、实地调研和试验验证的基础上，提出“并网光伏电站性能检 测和质量评估技术规范”及“高海拔地区光伏组件及关键电气设备 技术标准”两个标准，进行逆变器青海效率的研究。两个标准均两 个标准中一个经由 CQC 已被审批为行业认证规范，且正在申报国家 能标。一个已申报青海地方标准。 Project Discription After considering the harsh climat in Qinghai and surveying the operation status of PV power plants, on the basis of related standards research, Qinghai PV plants survey, experiments and testing, two standards were completed “Guideline of Perance Testing and Quality Assessment for Grid-connected PV Power Plants” and “PV module and key electrical equipments in high altitude”. At the same time, Qinghai efficiency of inverter was researched. One of the standards was approved by Certification and Accreditation Administration of China to be the first guideline on PV plants perance testing and quality assessment in China. This standard now has applied to be approved by National Energy 3 Administration to be the national industry standard. 项目成员 许洪华、王斯成、王伟胜、王一波、翟永辉、定世攀、许兰刚、吕 芳、刘海涛、邹新京、马丽云、李海玲、张嘉、田璐、王洁璐、杨 丽娟 Project team Xuhonghua, Wangsicheng, Wangweisheng, Wangyibo, Zhaiyonghui, Dingshipan, Xulangang, Lvfang, Liuhaitao, Zouxinjing, Maliyun, Lihailing, Zhangjia, Tianlu,Wangjielu,Yanglijuan 关键词光伏电站、标准、性能测试和质量评估、高海拔气候 Key Word PV power plant,standars, Perance Testing and Quality Assessment, high altitude climate CQC/XNY-0010 2012 1 摘要 一方面，青海地区日照资源丰富，但是气候条件特殊，给青海地区运行 的光伏电站造成很大挑战，易造成组件失效、电气设备故障率低等问题。另 一方面，随着国内大规模光伏电站的建设，电站运行的质量问题越来越受到 重视，如何对电站质量进行检测和评估成为业内亟待解决的问题。在此背景 下，课题组针对目前缺失的高海拔地区光伏组件及关键电气设备技术标准和 光伏并网电站性能检测与质量评估标准展开了深入研究。 在高海拔地区光伏组件及关键电气设备技术标准方面，课题组根据高海 拔地区气候条件特征（空气密度低、含氧量少、昼夜温差大、紫外强度高 等），设计差异化的光伏组件及主要电气设备（逆变器、汇流箱、直流控制 柜等）的检测方法,为评价光伏组件及主要电气设备在高海拔地区的可靠性与 耐久性提供依据。根据目前已公布的光伏组件及主要电气设备的相关标准以 及结合高海拔地区的地域特征和气候条件，该标准对光伏组件及主要电气设 备的测试项目提出了加严测试项目，包括组件的高寒气候下的性能，电气间 隙和爬电距离、热斑耐久试验、紫外预处理试验、温度循环试验、湿冻试 验、旁路二极管热性能试验、电致发光试验等。在试验基础上提出并制定了 光伏组件、逆变器、汇流箱、直流控制柜等关键部件的青海地区气候条件下 的环境适应性检测标准和试验方法，建立了针对性的测试方法、判定依据及 通过标准。该标准已申报青海地方标准。 在并网光伏电站性能检测与质量评估方面，课题组首先在青海地区调研 了光伏电站主要设备的运行状况，针对光伏电站运营维护过程中存在的主要 问题提出了建设性意见，完成多份电站质量评估报告并反馈电站业主。在此 基础上，结合青海省大中型地面光伏电站调研过程中获取的运行数据，以典 型案例方法定量分析了影响光伏电站综合发电效率的主要因素，如积尘损 CQC/XNY-0010 2012 2 失、功率衰减损失、失配损失、逆变器效率、直流损耗、交流损耗及变压器 损耗等；然后结合现行标准及大中型光伏电站性能检测试验，从光伏电站质 量检查内容与要求及光伏电站性能测试与合格判定依据两大方面提出评估电 站性能效率的量化标准和试验方法，其中电站检查含 17 项检查明细，电站 性能测试含 19 项测试明细。标准中首次在国内引入并明确标准能效比、结 温等概念，是国内首个并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范。目前已 完成在国家认监委的备案和技术审定，通过 CQC 成为国内首个此类的技术 规范，且在能源局实现立项，将于 2015年上升为能源局行业标准。 在逆变器青海效率研究方面，基于青海光伏电站实地调研采集的 2013 年全年幅照度数据，统计分析处理全年幅照度数据的分布规律；参考欧洲效 率与加州效率中的负载点，确定青海效率的负载点；其次按照负载点划分统 计区间，计算各负载点对应的加权系数，给出了基准负载率及各负载率下逆 变器效率的百分比。 CQC/XNY-0010 2012 3 Summary Qinghai with abundant solar researces is one of the largest PV bases in China. But the harsh climate such as low air density, low oxygen content, high UV intensit resulted in huge stress in reliability of PV modules and key electrical equipments. At the same time, with the increase of installation capacity, how to test the perance and assess the quality of PV plants became urgent to regulate market and provide guidline for PV plants trade and insurance.So under this bankground,two standars were researched and drew up, one is “Guideline of Perance Testing and Quality Assessment for Grid-connected PV Power Plants” and the other is“PV module and key electrical equipments in high altitude”. The main reserch results include 1 On the research of key components of PV plants at high altitude zone According to the typical climate in Qinghai low air density, low oxygen content, high UV intensity, high difference in temperature between the day and the night and so on, the differential testing s on PV modules and key electrical components inverter, combiner box, DC controller, and some others were designed to provide the judging criteria for reliability and durability. Strict test items for photovoltaic module and principal electrical components were proposed in this standard in accordance with the published relevant standards and geographical features and climatic conditions of high altitude area, which included items of clearance and creepage distance, hot-spot endurance test, UV preconditioning test, thermal cycling test, humidity-freeze test, bypass diode thermal test and electroluminescent test. Environmental suitability test standard and test of photovoltaic module, Dc control cabinet, combiner box and photovoltaic grid-connected inverter were proposed on the basis of the above tests, and pointed test , qualification judgment and passing criteria were also established. This standard was applied for the approval by Qinghai Province government. 2 On the research of perance testing and quality assessment on PV plant The PV plants were surveyed in Qinghai, including the operation status of key components, operation and maintenance, the construction quality and the perance; Aiming at the main problems, some useful suggestions and several uation reports were proposed to the owners of PV plants to improve the quality of PV plants in Qinghai; Then on the basis of the data collected by survey, the main power loss factors were quantified, such as dirty loss, power degradation loss, mismatch loss, inverter efficiency, DC cable loss, and so on；Combined with standards investigation, the testing s and procedures, the frame of the technical guideline, were proposed, mainly including two aspects the quality assessment contents and requirements total CQC/XNY-0010 2012 4 17 items, the perance testing total 19 items. On the basis of field experiments in Qinghai PV plants, dirty loss testing experiment, power degradation loss testing experiment, mismatch loss experiment, inverter efficiency testing experiment, DC cable loss testing experiment, and so on, the test and assessment procedures and s, the judging criteria were set. Standardized perance ratio, junction temperature and some other terms were introduced to Chinese standard firstly. This is the first guideline in China on perance testing and quality assessment of PV plant. This guideline was approved by Certification and Accreditation Administration of China to be CQC’s technical guideline and now is listed into the national Energy Administration’s plan to be the industry standard in China. 3 On the research of Qinghai efficiency of grid-connected inverter, the carried research included on the basis of whole year irradiation data in 2013 in Qinghai collected during survey, we analyzed the irradiation distribution by statistics s；then referring the European efficiency and California efficiency of grid-connected PV inverter, we clear and define the load points in Qinghai efficiency; and then statistics ranges of each load point were researched and ed. According to the statistics range, the weighted coefficient of each load point was calculated, and the percentage of inverter efficiency in basis load ratio was given. CQC/XNY-0010 2012 5 目 录 1、课题背景 . 1 2、课题意义 . 2 3、工作过程简述 . 3 4、研究内容 . 4 4.1“并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范”标准制定研究 4 4.1.1 实际测试准备“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 4.1.2 实际测试结果与分析“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 4.1.3 测试验证结论“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 4.2“高海拔地区光伏组件及主要电气设备技术标准”研究 18 4.2.1光伏组件测试项目及要求“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““’ 4.2.2直流控制柜测试项目及要求“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 4.2.3汇流箱测试项目及要求“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““’ 4.2.4逆变器测试项目及要求“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 4.3并网光伏逆变器“青海效率”分析报告 . 35 4.3.1研究背景“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 4.3.2欧洲效率与加州效率分析“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 4.3.3数据处理“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““* 4.4.4 逆变器效率公式推导“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 附录 A现有标准适用性研究 . 41 1、光伏电站性能检测和质量评估国内外相关技术标准适用性研究 . 41 1.1 相关国内外现行标准““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 1.2 相关技术标准评述““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 1.3 结论“““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 2、光伏组件国内外相关技术标准适用性研究 . 45 2.1 相关国内外现行标准““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 2.2 现有标准的适用性和不足之处““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 3、 光伏逆变器国内外相关标准适用性研究 . 47 3.1 相关国内外现行标准““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ CQC/XNY-0010 2012 6 3.2 现有技术标准的适用性和不足之处分析““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 附录 B并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范 . 50 附录 C、高海拔地区光伏组件及主要电气设备技术标准 . 101 附录 D、青海大中型光伏电站调研报告 . 118 1、青海省光伏电站调研过程 . 118 1.1 调研对象简述““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 1.2 调研及分析过程““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““““ 3、光伏电站现状评价 . 122 4、总结及建议 . 127 CQC/XNY-0010 2012 1 1、课题背景 截止目前，青海已经发展成为我国最大的光伏发电基地。青海太阳辐射强度大，日 照时间长，年总辐射量达 5800 至 7400 兆焦/平方米，直接辐射量占总辐射量的 60以 上，是全国太阳能资源最丰富的地区。特别是柴达木盆地，年辐射总量大于 6800 兆焦/平 方米，有可利用的荒漠化土地 10 万平方公里，理论装机超过 30 亿千瓦，非常适宜规模 化开发。 截止 2013 年底，并入青海电网运行的光伏电站共计 134 家，并网光伏装机容量达 310 万千瓦，占全国地面大型光伏电站的 19。到 2014 年 6 月底，累计并网达到 330 万 千瓦。2013 年光伏发电上网电量 27.9 亿千瓦时，占全国并网发电上网电量的 34.3,占全 省发电量的 4.78。2014 年上半年发电量 28.45 亿千瓦时，累计利用小时数 860 小时，占 全省发电量的 9.78。 青海省政府非常重视光伏发电基地的发展，及时制定了青海省太阳能综合利用总 体规划、青海省柴达木盆地千瓦千瓦级太阳能发电基地规划、青海省格尔木市 新能源示范城市规划等，以努力扩大光伏发电应用市场。今后一个时期，青海省仍将 以建设全国重要光伏产业基地和全国最大的额光伏发电基地为目标，进一步培育应用市 场优势、电网接纳优势和配套建设优势，确保十三五器件每年装机保持 100 万千瓦以上 的发展节奏，到 2020 年累计建成光伏电站 1000 万千瓦以上。因此，青海省经过多年的 发展和培育已经发展成为我国最大的光伏发电基地，且有潜力在未来也一直充当我国主 要光伏基地之一。 青海省的光伏应用具有两个特点一是以地面大型光伏电站为主，根据青海资源和 负荷的特点，这一趋势预计未来仍将延续。随着光伏电站建设容量越来越多，青海省及 至全国的光伏电站性能检测与质量评估越来越迫切，已建光伏电站性能是否达到设计标 准，电站性能如何提高，进而电站交易、融资的质量担保等，均对电站性能评估提出需 求，但国际国内均缺乏此类标准；二是青海特有的严苛的地理条件，高海拔、高紫外、 高温差、高风沙等对光伏组件、逆变器等系统关键电气部件的可靠性、寿命等提出严峻 考验，且没有别的国家和地区经验可借鉴。 在此背景下，在青海省光伏电站大规模发展的前期，非常有必要对现有的青海光伏 电站进行性能检测，对运行状况进行评估；并对国内外光伏电站技术标准现状进行调 CQC/XNY-0010 2012 2 研，分析现有技术标准的适用性和不足之处。最后结合试验验证，针对青海特点，提出 “高海拔地区气候条件下光伏系统的组件和电气设备技术标准”和“并网光伏电站性能 检测与质量评估技术规范”两项技术标准。 2、课题意义 在光伏电站工程系统的标准化方面，我国从 2009 年开始在国家标准委指导下制定了 一系列标准，目前已经完成和正在起草的光伏电站的标准包括光伏电站接入电力系统 技术规定，光伏电站设计规范、光伏电站施工规范、光伏电站运行维护技术导则以及光 伏电站验收规范等。但对于光伏电站的性能监测和评估的技术标准仍然缺失。随着光伏 应用的大规模开发，国内外均意识到此方面标准开发的重要性。2014 年美国 nrel 牵头在 IEC 起草了 IEC61724PHOTOVOLTAIC SYSTEM PERANCE MONITORING 标 准，针对光伏电站的性能监测和总体质量评估做出了规定，但内容较粗，可操作性差， 没有光伏电站各个质量点和效率点的测试，因此无法定量化地判断问题所在，不能对电 站改进和提高提供帮助。在此背景下，本课题所研究的“并网光伏电站性能检测和质量 评估技术规范”为国内首个光伏系统性能评估方面的技术规范，该规范的实施将实现对 光伏电站性能的客观评估，对于光伏电站各个质量和效率点均能给出量化测试数据，进 而为后续光伏电站质量提升提供技术支持，为大规模电站交易、质量担保、融资等提供 依据，及为能源主管部门在光伏电站管理方面提供依据。 另一方面，光伏技术的大规模应用与发展对光伏组件和电气设备提出了性能长期可 靠的技术要求，不同的气候条件与使用条件会使光伏组件和电气设备的性能发生显著的 变化。2013 年 IEC 出台 IEC 60721-2-1-2013 环境条件分类 第 2-1 部分自然界出现的环 境条件 温度和湿度。该标准是 IEC 的首个针对不同气候环境的光伏组件相关标准。在该 标准中定义了热带、干旱、温带、寒冷、极地五种气候区。然而欧美等国的研究仅是针 对本地区气候特点开展的，并不完全适合我国的气候特点，光伏组件作为光伏电站中的 核心部件，其发电性能、可靠性、耐久性直接影响着电站的发电量与安全性能。中国光 伏应用区域具有多元化特点，对于在我国不同地域、不同气候条件下应用的光伏组件， 一直采用着相同且单一的产品设计鉴定与安全性能检测方法与评估技术。由此造成了光 伏组件在我国高海拔地区、干热气候地区、湿热气候地区分别出现了不同的性能失效与 可靠性、安全性能的下降。在光伏组件电性能检测技术领域，输出功率参数的单一化检 CQC/XNY-0010 2012 3 测技术不能对于光伏。青海省所处地域具有高海拔地区气候条件特征，如空气密度低、 含氧量少、昼夜温差大、紫外强度高等，2013 年起，国内已有针对光伏组件的分区技术 规范，有分资源区的逆变器效率，但是至今没有针对高海拔地区的组件及其他关键电气 部件（逆变器、汇流箱、直流柜等）的整体的环境适应性技术标准，不能够满足青海省 等高海拔地区的光伏电站应用。因此，本课题根据青海省的地域特点，差异化设计的光 伏组件及主要电气设备（直流控制柜、汇流箱、逆变器）的检测方法，将更加科学、合 理的评价光伏组件与主要电气设备在高海拔地区环境下使用应满足的的技术要求，来确 保光伏发电系统整体的安全稳定运行。 3、工作过程简述 并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范和高海拔地区光伏组件及主要电气 设备技术标准是“青海大中型光伏电站标准体系研究”课题重要产出成果之一。课题 组于2014年初启动，对国内大中型光伏并网电站的性能检测及质量评估要求及评判标准 等进行了深入研究。课题组搜集和分析了国内外现有相关技术标准，对现有标准进行了 梳理和分析。分析研究了光伏电站性能影响主要因素，在青海当地大型光伏电站实际调 研的基础上进行了典型案例分析，寻找和梳理我国并网光伏电站主要性能影响因素及高 海拔地区特殊气候条件对组件及关键电气设备的影响，确立了技术规范框架后进行实际 检测测试，开展强紫外辐照试验、温度循环试验、湿冻试验、电气间隙试验、电致发光 试验等研究，制定了光伏组件适合青海地区气候条件的环境适应性检测标准和试验方 法。结合青海省大中型地面光伏电站调研过程中获取的运行数据，提出光伏电站必要的 性能监测技术参数并对数据传输、监测用仪器设备提出建议，提出光伏电站性能效率的 评估方案和试验方法，包括光伏电站质量检查内容与要求及光伏电站性能测试与合格判 定依据两大方面内容，通过实地检测完成光伏电站性能效率评估的试验验证，确保了标 准所提出的量化指标和试验方法的可行性与可操作性。 技术规范草案初稿完成后，广泛征求相关单位的意见，并对技术要求的意见进行了汇 总。根据意见汇总的内容，对技术规范进行了修改，对于存在较大分歧意见的测试项目 及技术要求，根据大量的比对数据、引用参照的测试标准方法的规定以及实际电站业主 单位的需求反应，进行了研讨与改进，确立了技术规范的申请备案稿。并网光伏电站 性能检测与质量评估技术规范于2015年1月在中国质量认证中心进行了认监委委托的审 CQC/XNY-0010 2012 4 定会，经过质询和认真讨论，审查组专家一致通过了对并网光伏电站性能检测与质量 评估技术规范的审查，建议起草单位按照专家组的修改意见进一步完善后，形成拟备 案稿向国家认监委备案。同时，该技术规范也完成了在国家能源局行业标准备案的工 作，已列入2015年国家能源局新能源行业技术规范的修订计划。2014年12月，并网光 伏电站性能检测与质量评估技术规范和高海拔地区光伏组件及主要电气设备技术标 准完成在青海质量技术监督局的标准申报工作。 图1 课题组现场检测与试验、研讨及公开评审 4、研究内容 4.1“并网光伏电站性能检测与质量评估技术规范”标准制定研究 4.1.1 实际测试准备 1、 现场文件及监测数据收集 拟定现场收集资料包括电站电气连接图、电站平面布置图、组件技术参数、组串 CQC/XNY-0010 2012 5 结构和电气参数、电站方阵设计及组件排布图； 拟定现场收集的实测数据包括气象环境监测数据、光伏电站直流侧监测数据、光 伏电站交流侧监测数据、电站故障记录 2、 现场电站质量检测 拟定检查内容包括电站装机功率、容量比、支架安装方式、直流电缆质量、汇流箱 安装位置安装质量和功能、逆变器的安装集中度、机房的安装位置、变压器的类型及安 装位置等共 17项内容。并对每一项检查提出了详细的要求 3、现场性能检测 拟定现场性能检测内容包括光伏组件红外扫描、灰尘遮挡损失、功率衰降、串并联 失配损失、直流线损、遮挡损失、逆变器效率、光伏方阵绝缘性、接地连续性检测等共 18项。 现场检测项目、所采用标准及使用仪器设备如下表所示 表 1 拟定测试项目 序号 检测项目 1 光伏组件红外（IR）扫描检查 2 光伏系统污渍和灰尘损失 3 光伏组件功率衰减 4 光伏组串功率衰减 5 光伏阵列温升损失 6 光伏组件的电致发光（EL）检测（可选） 7 汇流箱之前的光伏组 串综合功率损失 清洗前 清洗后 8 光伏组件热斑及功率衰减 9 直流线损 10 光伏阵列之间遮挡损失 11 逆变器效率现场测试 12 光伏方阵绝缘阻值测试 13 功率因数 CQC/XNY-0010 2012 6 14 防孤岛 15 逆变器 MPPT效率 16 变压器效率 17 交流线损 18 光伏方阵接 地连续性测 试 阵列之间最大电阻值 阵列与汇流箱之间最大电阻值 阵列与控制室接地端之