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跟踪器如何减轻极端天气对光伏电站的影响

光伏支架10周年

  在过去的两年里,我们对极端天气对大型太阳能发电厂的影响方面取得了重大进展——这是光伏保险索赔的第一来源。同时,减轻冰雹、大风、飓风、大雪、洪水、极端温度和现场停电等极端天气诱发事件的潜在损害的方…

跟踪器如何减轻极端天气对光伏电站的影响

 

在过去的两年里,我们对极端天气对大型太阳能发电厂的影响方面取得了重大进展——这是光伏保险索赔的第一来源。同时,减轻冰雹、大风、飓风、大雪、洪水、极端温度和现场停电等极端天气诱发事件的潜在损害的方法也有了很大的发展。

Nextracker 一直处于了解和减轻极端天气带来的风险的前沿。我们关于减轻极端天气风险的两份白皮书(第 1 部分:了解差异化设计和控制策略如何为太阳能开发带来新机遇和第 2 部分:通过差异化太阳能项目设计和控制策略应对强风事件和动态风效应)以及博客、网络研讨会和投稿文章提高了行业的意识,并有助于引起人们对挑战和解决方案的关注。Nextracker 与可再生能源测试中心 (RETC) 和其他机构的持续合作产生了有关该主题的新数据和见解,其中一些在上个月由美国光伏杂志 Tim Sylvia 主持的网络研讨会上进行了介绍。

冰雹损害和缓解策略是主要讨论点,此外还有关于冰雹和风风险本身的差异以及两者之间相关性的新观点。Cherif Kedir 介绍了 RETC 综合冰雹耐久性测试 (HDT) 项目的数据,该项目迄今已被用于评估数百个不同结构、材料和尺寸的太阳能模块模型的冰雹损坏风险。我谈到了新的天气研究信息和由此产生的相应损害风险概况以及 RETC HDT 评估。我们已经开发出表征风和冰雹同时发生的能力,并拥有特定的跟踪器装载策略和能力,可以降低德克萨斯州和美国中西部等冰雹多发地区的太阳能发电厂的风险。从我们的讨论中可以清楚地看出一件事:

以下是网络研讨会的一些亮点。

RETC 光伏组件耐久性冰雹测试结果

正如 Cherif 解释的那样,RETC 开发了一个测试协议,即 RETC 冰雹耐久性测试 (HDT) 序列,该序列使不同的光伏组件受到一系列冰雹的影响,并根据冰雹的大小、质量和撞击速度对不同的动能进行测试。各种不同的冲击角度。该测试程序评估光伏组件的结构,这是一种被冰雹损坏的被动风险。该方案远远超出了光伏组件通常需要接受 IEC 认证的最低要求测试。结果根据模块构造分为三组。

测试揭示了玻璃厚度与导致玻璃破碎所需的平均动能之间的明显相关性:与具有较厚玻璃结构的模块相比,具有较薄玻璃的模块在较低的动能下破裂。然而,更有趣的是,结果显示玻璃破裂时的动能范围很广。Cherif 指出,这表明玻璃热强化或回火可变性以及其他影响因素,例如模块构造材料清单 (BOM) 和制造工艺质量。

HDT 不仅仅是一个简单的冰球与模块玻璃的通过-失败测试。一旦进行冰雹测试并进行表征,该序列将继续进行一轮热循环,然后是另一轮表征。此步骤模拟冰雹冲击对模块的长期影响,方法是在电池中造成小的不可见应力裂缝传播到完整的裂缝中(见图 1)。然后对光伏模块进行热点测试,然后进行最后一轮表征,然后编译最终测试结果。

这些额外的测试表明,在某些情况下,似乎能够很好地抵御冰球撞击的模块实际上可能会经历潜在的压力和削弱,从而导致延迟的电池微裂纹或其他可能导致电池热点的潜在故障机制。在某些情况下,这会导致严重的局部加热并损坏密封剂、焊接连接和光伏模块基板(见图 2)。

 

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图 1:冰雹撞击造成的电池裂缝。
资料来源:RETC LLC

 

 

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图 2:显示局部加热的热点故障,导致焊料熔化和密封剂烧毁。
资料来源:RETC LLC

 

 

这些结果表明,组件制造界历史性的降低成本的努力(减薄了玻璃并降低了组件框架的强度)在某些情况下可能接近达到极限,并且正在产生意想不到的后果并侵蚀安全边际,尤其是在较大格式的模块中。与往常一样,BOM 质量和一致性是决定任何模块的耐用性和可靠性的关键因素。此外,必须增强跟踪器和其他安装结构的坚固性和强度,以保护模块免受极端天气的影响,从而形成另一层被动风险降低。

评估冰雹和风风险的重要性

尽管它已经得到了所有的关注,但重要的是要了解冰雹是一种罕见的、尽管代价高昂且高度不可预测的天气事件。就灾难性风险而言,风是一种更为频繁和普遍的威胁。尽管风和大冰雹很少同时发生,但我们学到的一件事是不要在真空中考虑极端天气威胁,针对一种威胁优化风险降低可能不是最佳选择。在冰雹的情况下,该行业可能已经过多地纠正了方向。如前所述,冰雹和风的风险都需要单独和一起进行评估,并且必须制定被动和主动风险降低计划,作为全面风险缓解战略的一部分。

天气风险评估这一领域是新生的,但有新开发的工具可以评估项目生命周期内破坏性风暴的可能性。VDE America 开发了一套工具来帮助开发人员专门评估冰雹的回归间隔——这意味着以年为单位,特定大小的冰雹可能发生的频率——以及给定冰雹和风的概率地区。这些工具对于为电力项目设计正确的缓解策略至关重要。这应该从评估模块对预计的冰雹影响的耐受性开始,以及使用正确的跟踪器并为冰雹设计适当的装载策略,同样重要的是对于任何给定风暴的预计风速。

返回间隔是我们需要了解的冰雹风险的一个关键属性,因为它估计了在某个位置发生破坏性冰雹(>2 英寸/50 毫米直径)的概率。这种测量不是针对一个精确的位置,而是更多地针对一个有限的区域,因为随着地理范围越来越小,冰雹报告太少而无法创建统计数据。

在德克萨斯州等非常大的范围内,极有可能发生破坏性冰雹。另一方面,即使高达 100 兆瓦的光伏系统面积仍然太小,无法根据历史数据创建特定地点的冰雹返回间隔,并且需要其他仍处于早期开发阶段的分析工具。

智能跟踪器缓解分析和策略

我们的分析通过将数据划分为区域并将其分解为冰雹大小间隔来获得其力量,因此我们可以更好地了解联合冰雹和风的风险。然后,该分析可用于帮助构建动能分布,将 RETC 的测试数据与风速和冰球直径相结合,以预测特定模块类型的玻璃或电池何时可能破裂。

例如,在风速等于或高于 40 英里/小时的雷暴中,我们认为最好的防御位置是以前风方向或最近的硬停止位置收起,而不会通过零度穿过跟踪器。这种主动降低风险的功能被编程到 Nexttracker 系统中,该系统会自动保持正确的安全收起优先顺序,并且在正确使用时,它可以防止意外和危险的零角度交叉。

在较低风速下,用户已被警告有即将到来的冰雹,NX Navigator 允许在任一方向装载冰雹,但我们仍建议前风装载,因为风暴强度的突然变化可以防止风损坏。现有冰雹记录中中位风速的冲击能量差异在前风和后风位置之间是微不足道的。

Nextracker 系统受益于故障安全备用电池,因为任何无法防止可预见事件(例如风暴期间的公用事业停电)的主动风险缓解策略根本不是风险缓解策略。公用事业中断将立即导致所有跟踪器进入保护性收起配置。另外值得注意的是,我们的跟踪器可以在激活后快速转换,在 90 秒内移动 60 度。

减小冲击角是避免光伏组件损坏的有效方法。如本测试所示,使用 NX Navigator™ 操作软件,阵列可以将光伏模块放置到可以避免损坏的收起位置。

开发商和资产所有者的关键要点

该行业已经了解到,在某些情况下,在冰雹多发地区的公用事业太阳能发电厂所有者必须特别注意了解他们的项目地点发生重大冰雹风险的可能性。在选择他们的模块时,他们应该与独立的测试实验室合作,通过 BOM 确定模块的实际冰雹耐受性,因为存在显着的可变性。Nextracker 的风险缓解方法采用跟踪器作为主动工具来降低极端天气风险,通过不让系统过渡到零度来避免动态故障,快速过渡到收起位置,使用备用电池作为主动故障保护保护,并让现场操作员选择在中值风速达到一定水平时是否将跟踪器置于前端收起位置。跟踪器的材料和设计考虑了极端天气,形成了被动保护免受损坏。这种以智能追踪器收起为特色的被动和主动策略的组合可最大限度地减少天气恶劣时的损害。

作者: 小编

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