固定式光伏陣列的排列布置研究

朱 琳

云南省電力設(shè)計院，云南昆明 650051

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對能源的需求明顯增加，而地球上可利用的常規(guī)能源是有限的。同時，隨著人類活動的加劇，自然生態(tài)環(huán)境卻在不斷惡化。因此，目前世界各國都已經(jīng)把開發(fā)新能源和利用可再生能源作為未來能源發(fā)展的方向。光伏發(fā)電是新能源中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，因此受到了世界各國的重視。

隨著國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的提升，光伏發(fā)電成本正在逐步下降，但相對于常規(guī)能源，光伏發(fā)電的成本還是偏高，如何進(jìn)一步降低成本，實現(xiàn)平價上網(wǎng)是光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員的重點研究內(nèi)容。因此，本文對固定式光伏陣列的排列布置方式進(jìn)行了分析，以期使工程在較低工程造價下達(dá)到最大發(fā)電量，獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

1 光伏陣列布置設(shè)計

1）太陽電池陣列間距的設(shè)計計算

太陽電池方陣陣列間距計算，應(yīng)按太陽高度角最低時的冬至日仍保證組件上日照時間有6 小時的日照考慮。

2）單組支架電池組串的排列設(shè)計

對于大型光伏電站，光伏陣列南北間距不是無限大，當(dāng)太陽高度角很小的時候，即早上和傍晚時候，陣列會不可避免的相互遮擋，必定會影響陣列的發(fā)電量。組件的排布方式不同，遮擋對光伏陣列的發(fā)電影響也會不同，固定安裝的組件的排布方式有兩種，即縱向排布和橫向排布兩種方式。每個晶體硅太陽能電池組串支架的縱向為4 排、每排9 塊組件，即：每組支架上安裝36 塊晶體硅太陽電池組件，滿足2 個組串。下面對不同排布方式的組件進(jìn)行陰影遮擋試驗，研究陰影遮擋對發(fā)電量影響的差異。當(dāng)組件縱向排布時，陰影同時遮擋2 個組串，當(dāng)組件橫向排布時，開始時陰影只遮擋單個組串。

圖1 是標(biāo)準(zhǔn)測試條件（即溫度25℃，光譜分布AM1.5，輻照強(qiáng)度是1000W/m2）下組件未被遮擋時的輸出功率，圖2 和圖3 是標(biāo)準(zhǔn)測試條件下組件縱向布置和橫向布置被遮擋組件的輸出功率。

圖1 未遮擋時組件的功率曲線圖

圖2 縱向布置時被遮擋組件的功率曲線圖

圖3 橫向布置時被遮擋組件的功率曲線

從圖中可以看到，組件橫向布置被遮擋時，組件的輸出功率約為正常輸出功率的2/3，說明二極管導(dǎo)通，起到保護(hù)作用，組件縱向布置被遮擋時，組件幾乎沒有功率輸出，測試結(jié)果和理論分析相符。由此可以在光伏電站中組件采用橫向排布，可以減少陰影遮擋造成的發(fā)電量損失。此外，采用縱向布置東西向支架長度比橫向布置長出約半米，由于山地光伏東西向地勢起伏較大，不宜采用東西向較長的支架，因此橫向布置更加有利山地光伏的布置。

但在工程實際應(yīng)用中，還需結(jié)合工程造價進(jìn)行布置方式的選擇。組件豎排布置，支架東西向少一根梁，南北向每根梁都比橫排布置短，總的用鋼量豎排布置比橫豎排布置少，且電纜用量橫排比豎排布置要省。橫排布置的工程造價比豎排布置高，在某些太陽能資源較差的地域，工程造價的增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)電量減少所帶來的損失。因此，最終布置方式應(yīng)根據(jù)工程的不同特性進(jìn)行選擇。

2 結(jié)論

太陽能作為可再生能源，受到了世界各國的關(guān)注。光伏發(fā)電成為近年來發(fā)展最快的能源，在電網(wǎng)中的比重越來越大。

在大型光伏電站中，光伏陣列的間距會決定陰影遮擋對發(fā)電量的影響，在進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)參考設(shè)計準(zhǔn)則，并針對場址的光資源的具體情況確定合理的間距；組件的排布方式對陰影遮擋時組件的發(fā)電量產(chǎn)生影響，根據(jù)理論分析和實際的測試結(jié)果，光伏電站中組件采用橫向排布可以減少陰影遮擋時發(fā)電量損失，但橫向布置會帶來工程造價的提高。因此，最終布置方式應(yīng)根據(jù)工程的不同特性進(jìn)行選擇，工程在較低工程造價下達(dá)到最大發(fā)電量，獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳維，沈輝，劉勇.光伏陣列傾角對性能影響實驗研究，太陽能學(xué)報，2009，30(11)：1519-1522.

[2]顧菊明.固定式光伏陣列組件排列方式的研究.華電技術(shù)，2012，34(S1).

[3]日本太陽光發(fā)電協(xié)會.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與施工.北京：科學(xué)出版社，2004.

[4]楊剛，陳鳴，陳卓武.固定式光伏陣列最佳傾角的CAD計算方法.中山大學(xué)學(xué)報，2008，47(S2).