在能源转型的大背景下,光伏与储能系统的协同应用日益广泛,然而极端高温天气却给这一组合带来了严峻挑战。欧洲频繁出现的热浪,让人们意识到,看似理想的能源搭配,在高温面前面临着诸多复杂问题。
太阳能组件的性能受温度影响显著。通常,太阳能组件在标准测试条件下评估,即辐照度每平方米1000瓦、电池温度25摄氏度。但在实际环境中,炎热天气下电池温度会大幅升高,远超环境空气温度。以晶体硅太阳能电池为例,其功率输出会随温度升高而降低。若电池温度从25摄氏度升至65摄氏度,按照每摄氏度负0.4%的温度系数计算,功率损失约达16%。这意味着,只看原始发电量数据,无法全面了解光伏系统的实际发电情况,关键要看其在实际辐照度和温度条件下能否按预期发电。
极端高温往往还会暴露出光伏系统已有的薄弱环节,如组件脏污、局部遮挡、植被影响以及受损的电池区域等。在高辐照度下,电流和热应力增加,小的不平衡会愈发明显,热斑问题就是典型例子。当个别电池区域承受比组件其他部分更高的负荷时,在强辐照下,局部电效应会转化为热问题,影响系统稳定运行。
电池储能系统在高温下同样面临诸多挑战。储能系统在光伏占比高的市场中愈发重要,它能吸收过剩太阳能、平滑馈入峰值、减少弃电、转移电力至更有价值时段、提供电网服务并稳定负荷曲线。但锂离子电池有其物理特性,会通过日历老化和循环老化而衰减,温度、荷电状态、放电深度、C倍率、闲置时间和运行策略等因素,都会影响其容量和性能下降的速度。研究表明,高温、高荷电状态和深度循环会加速电池老化。
高温对储能系统的影响体现在多个层面。冷却系统需更努力工作,导致自耗电增加、热储备减少;当电芯、机架或集装箱温度达到临界极限时,电池系统会降低性能;长时间的高温和高荷电状态还会加速日历老化。在光伏耦合应用中,储能系统中午快速充电后,数小时内保持高荷电状态,同时面临高环境温度,情况更为复杂。
安全也是储能系统在高温下不容忽视的问题。现代电池系统虽配备电池管理系统、温度传感器、消防概念和停机逻辑,但热失控仍是重大风险。内部电芯缺陷难以完全排除,防止蔓延、测量排气以及设计和操作系统避免单一故障演变为系统性事件至关重要。因此,监测电池关键绩效指标愈发重要,如监测电芯温度等。
在光伏与储能的混合系统中,两种效应相互交织。光伏系统在高辐照度下产生大量能量,却因高电池温度损失部分潜在输出;储能系统旨在稳定电网,却因高温承受更大应力,运行中产生相互冲突的目标。储能系统中午可能完全充电,即便环境温度高;能保持高荷电状态数小时;晚上可能深度放电,而冷却、电网负荷和价格信号等因素又相互影响。这些决策在经济上可能合理,但从长远看或许代价高昂。
对于运营商而言,需从多个方面应对高温挑战。电站设计阶段就要考虑热逻辑,遮阳对太阳能组件通常不利,但对电池储能系统可能有益,要平衡光伏区域输出与储能系统热应力问题,考虑热量积聚位置、组件暴露情况、通风或遮阳效果以及关键组件可访问性等。在应力条件下测试调节能力也十分关键,不仅要检查单个组件,更要关注系统整体在高辐照度、高温、电网要求等多需求同时作用时是否可控,运行中验证设定值、系统响应、功率控制、爬坡率以及储能运行调整等情况,并做好记录。
数据质量是评估的基础,辐照度、温度、风、逆变器数据等必须可信,故障传感器会导致错误诊断。评估性能时需通过温度校正,将各组件与类似单元比较,判断是一般性温度效应还是局部问题。局部风险要优先处理,热斑、遮挡和污染在高太阳辐照度下影响更大,植被控制、清洁策略等应作为全面风险管理策略一部分,同时关注电气基础设施在高温下的应力情况。
储能设备需具备热透明性,不仅要测量电芯、模块等温度,还要在上下文中评估,温度分布同样重要,系统内较大温度变化可能暗示多种问题。荷电水平和老化控制也不容忽视,仔细选择荷电状态窗口,避免储能系统在高环境温度下长时间维持高SOC,将冷却系统视为关键组件并纳入维护计划。认真对待早期指标和报警,如机架温差增大、电芯电压偏差等,单个信号虽不紧急,但组合可能形成模式。热浪过后要进行系统性跟踪,分析逆变器降额、组串偏差、传感器数据可信度等情况,以改进运营。











