光伏組件表面陰影對(duì)其發(fā)電量影響的實(shí)驗(yàn)研究

牛海霞　王京+董正茂

摘 要：以大型地面光伏電站和分布式光伏電站作為研究對(duì)象，通過模擬光伏組件表面不同陰影占比，得出陰影對(duì)光伏組件發(fā)電量的影響特性，指導(dǎo)電站運(yùn)營(yíng)者合理安排光伏組件安裝行距。

關(guān)鍵詞：光伏組件；陰影；發(fā)電量

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1008-1216（2017）07B-0062-02

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，可再生能源將是人類未來的主要能源來源，因此世界上多數(shù)國(guó)家都十分重視可再生能源對(duì)未來能源供應(yīng)的重要作用。在新的可再生能源中，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電是發(fā)展最快的，世界各國(guó)都把太陽能光伏發(fā)電的商業(yè)化開發(fā)和利用作為重要的發(fā)展方向。根據(jù)歐洲JRC 的預(yù)測(cè)，到2030年太陽能發(fā)電將在世界電力的供應(yīng)中顯現(xiàn)其重要作用，占比達(dá)到10%以上。

光伏組件行間距疏密程度，直接影響光伏電站投資成本。如果光伏組件行間距過寬，導(dǎo)致土地面積浪費(fèi)，增加土地成本；如果光伏組件行間距過窄，導(dǎo)致前排光伏組件遮擋后排光伏組件，致使光伏組件發(fā)電量下降。以某電站光伏組件的陰影環(huán)境因素為例，通過模擬這種環(huán)境因素，測(cè)試光伏組件的發(fā)電量，得出這種環(huán)境因素對(duì)光伏組件的發(fā)電量影響的特性，從而指引地面光伏電站運(yùn)營(yíng)單位采取合理措施應(yīng)對(duì)環(huán)境，提高地面光伏電站的發(fā)電量。

一、研究基礎(chǔ)

（一）地面光伏電站接線方式

某光伏電站于2013年年底并網(wǎng)發(fā)電。該光伏電站項(xiàng)目采用265Wp多晶硅光伏組件，整個(gè)光伏電站分20個(gè)方陣，每個(gè)方陣裝機(jī)容量為1MWp，連接兩臺(tái)500kW逆變器，共用一臺(tái)1000kVA箱式升壓變壓器送出。每臺(tái)逆變器并聯(lián)6個(gè)匯流箱，每個(gè)匯流箱接16路光伏組串，每個(gè)光伏組串由20塊太陽能電池板串聯(lián)形成。1MWp光伏方陣接線方式如圖1所示。

（二）實(shí)驗(yàn)條件

選取320塊性能和外表相似的光伏組件，要求同一廠家生產(chǎn)，開路電壓，最大功率相同，衰減、溫度系數(shù)、顏色及表面光潔度相近似。施工時(shí)，依據(jù)圖1將選取的光伏組件安裝在#4—6匯流箱光伏組串內(nèi)。在此匯流箱所在#4逆變器運(yùn)行發(fā)電時(shí)，只閉合此匯流箱，使本臺(tái)逆變器所帶其余匯流箱全部斷開。在保證設(shè)備、環(huán)境及測(cè)試儀器等外部條件相同的情況下（即此匯流箱各光伏組串工作電壓和電流相等），通過改變光伏組件表陰影占比情況，測(cè)試改變前后光伏組串的工作電流，可得出在不同條件下一個(gè)光伏組串功率損失量。以此推斷出地面光伏電站在此情況下發(fā)電量損失程度。

二、光伏組件表面陰影對(duì)地面光伏電站發(fā)電功率影響的實(shí)驗(yàn)與分析

（一）實(shí)驗(yàn)方案

為全面反映陰影對(duì)地面光伏電站發(fā)電功率的影響程度，本次測(cè)試分兩個(gè)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

方案一：一個(gè)光伏組串所有光伏組件被遮擋后，與其他光伏組串電流的區(qū)別。選取實(shí)驗(yàn)匯流箱的第二條光伏組串（#4—6—3）作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，用黑布投影在該光伏組串所有光伏組件表面，從遮擋面占全面積的5%至100%，依次遞增5%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過多次測(cè)量實(shí)驗(yàn)光伏組串的電流，同時(shí)記錄此匯流箱其余光伏組串電流。

方案二：一個(gè)光伏組串中一塊光伏組件被遮擋后，與其他光伏組串電流的區(qū)別。選取實(shí)驗(yàn)匯流箱的第二條光伏組串（#4—6—3）中的一塊光伏組件作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，用黑布投影在該塊光伏組件表面，從遮擋面占全面積的5%至100%，依次遞增5%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過多次測(cè)量實(shí)驗(yàn)光伏組串的電流，同時(shí)記錄此匯流箱其余光伏組串電流。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

方案一實(shí)驗(yàn)結(jié)果：測(cè)試當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度：35℃，大氣壓：960MPa，相對(duì)濕度55%，風(fēng)速1.5m/s，光照強(qiáng)度980W/m2，測(cè)試結(jié)果見表1所示，所有光伏組件被遮光對(duì)光伏組串發(fā)電量影響比例如圖2所示。

方案二實(shí)驗(yàn)結(jié)果：測(cè)試當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度：34℃，大氣壓：962MPa，相對(duì)濕度56%，風(fēng)速1.3m/s，光照強(qiáng)度850W/m2，測(cè)試結(jié)果見表2所示，一塊光伏組件被遮光對(duì)光伏組串發(fā)電量影響比例如圖3所示。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從表1和圖2得知，在所有光伏組件表面被遮光過程中，當(dāng)遮光比例在30%之前，光伏組串損失電量比例小于1%。隨著遮光比例的不斷增大，損失電量占比越來越大，當(dāng)遮光比例達(dá)到90%時(shí)，遮光損失達(dá)到最大值，損失電量比例為25%。故在光伏電站選址和設(shè)計(jì)過程中，選擇地勢(shì)較平緩地段，并且避免在大坡度陰坡布置光伏組件，確保組件之間保持適當(dāng)?shù)男虚g距，以免相互遮光造成光伏組串發(fā)電量損失。

從表2和圖3可得知，一塊光伏組件表面被遮光過程中，當(dāng)遮光比例在50%之前，光伏組串損失電量比例小于1%。隨著遮光比例的不斷增大，損失電量占比越來越大，當(dāng)遮光比例達(dá)到90%時(shí)，遮光損失達(dá)到最大值，損失電量比例為9.8%。故在光伏電站施工過程中，查看周圍是否存在高大建筑、塔桿或樹木對(duì)光伏組件形成陰影，以免造成光伏組串發(fā)電量損失，并且每個(gè)光伏組串的太陽能電池板要保持同水平高度相互串聯(lián)，以防由于部分遮光，造成整個(gè)光伏組串發(fā)電電量受損。

三、結(jié)論

通過測(cè)試不同遮光面積對(duì)光伏組串發(fā)電量影響比例，得出結(jié)論，可將此結(jié)論應(yīng)用到光伏電站選址、設(shè)計(jì)及施工過程中，為后續(xù)地面光伏電站可靠、高效運(yùn)行提供有力保證。

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目“光伏組件發(fā)電量環(huán)境影響因素的分析與實(shí)驗(yàn)研究”（NJZY16431）。

參考文獻(xiàn)：

郝玉哲，白建波，張臻.一組陰影情況下光伏組件輸出特性的計(jì)算方法[J].可再生能源，2012，（9）.