光伏電站雙面組件發(fā)電量影響因素分析

滕曉峰

上海電氣電站集團(tuán)工程公司 上海 201199

1 分析背景

近年來,隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,基于鈍化發(fā)射極背面接觸電池技術(shù)的雙面太陽能組件已經(jīng)占據(jù)了一定的市場份額。當(dāng)前,全球新開發(fā)的光伏電站都在追求最低的平準(zhǔn)化電價,雙面組件和單面組件的成本差距已經(jīng)越來越小,價差僅僅取決于單面組件常規(guī)背板材料和雙面組件玻璃背板材料兩種材料的成本,目前價差已經(jīng)在1美分/W以內(nèi),占光伏設(shè)計(jì)-采購-施工模式總承包成本的2%左右。筆者著重分析不同地區(qū)、不同場景、不同影響因素下雙面組件的適用性和發(fā)電量增益。

在分析中,選取馬來西亞吉隆坡、阿聯(lián)酋迪拜、荷蘭阿姆斯特丹三個有代表性的地點(diǎn),依次代表低緯度中輻照度廠址、中緯度高輻照度廠址、高緯度低輻照度廠址。選取地點(diǎn)的具體邊界條件見表1。

表1 選取地點(diǎn)邊界條件

2 緯度影響

針對不同緯度對雙面組件增益的影響,可以分跟蹤支架和固定支架兩種情況進(jìn)行分析。

2.1 跟蹤支架

假設(shè)地面反射率為20%,支架高度為1.4 m,支架間距為5 m,支架單排縱向布置,100 MW組件年發(fā)電量比較見表2。相同地面反射率情況下,同為跟蹤支架,高緯度地區(qū)和低緯度地區(qū)雙面組件收益較大,中緯度地區(qū)雙面組件收益較小,但整體差距不大。

表2 跟蹤支架不同緯度下年發(fā)電量

2.2 固定支架

假設(shè)地面反射率為20%,支架最低點(diǎn)離地高度為0.5 m,支架間距為5 m,支架單排縱向布置,100 MW組件年發(fā)電量比較見表3。相同地面反射率情況下,同為固定支架,低緯度地區(qū)雙面組件收益較小,高緯度地區(qū)雙面組件收益較大,中緯度地區(qū)和低緯度地區(qū)差異不大。總體而言,相比跟蹤支架,雙面組件采用固定支架收益較小。在高緯度地區(qū),雙面組件采用固定支架或跟蹤支架,收益差別較小。在低緯度地區(qū),雙面組件采用固定支架或跟蹤支架,收益差別相對較大。所以,相同地面反射率情況下,在高緯度地區(qū),雙面組件相比單面組件優(yōu)勢較大,在低緯度地區(qū),優(yōu)勢則較小。

表3 固定支架不同緯度下年發(fā)電量

3 地面反射率影響

針對不同地面反射率對雙面組件發(fā)電量的影響,選取中緯度地區(qū)迪拜,分跟蹤支架和固定支架兩種情況進(jìn)行分析。

3.1 跟蹤支架

假設(shè)支架高度為1.4 m,支架單排縱向布置,地面反射率為20%～40%,100 MW組件年發(fā)電量比較見表4。在支架間距較小的情況下,雙面組件發(fā)電量隨地面反射率的提高而增大,變化幅度較小。在支架間距較大的情況下,雙面組件發(fā)電量隨地面反射率的提高而增大,變化幅度較大。所以,采用跟蹤支架,地面反射率提高,支架間距增大,都能增大雙面組件的收益。

表4 跟蹤支架不同地面反射率下年發(fā)電量

3.2 固定支架

假設(shè)支架最低點(diǎn)離地高度為0.5 m,支架單排縱向布置,地面反射率為20%～40%,100 MW組件年發(fā)電量比較見表5。在支架間距較小的情況下,雙面組件發(fā)電量隨地面反射率的提高而增大,變化幅度較小。在支架間距較大的情況下,雙面組件發(fā)電量隨地面反射率的提高而增大,變化幅度較大。所以,采用固定支架,地面反射率提高,支架間距增大,都能增大雙面組件的收益。

表5 固定支架不同地面反射率下年發(fā)電量

相同支架間距情況下,采用跟蹤支架和固定支架,雙面組件收益相對于地面反射率的敏感程度差不多。

4 支架離地高度影響

針對支架離地高度對雙面組件發(fā)電量的影響,選取中緯度地區(qū)迪拜,分跟蹤支架和固定支架兩種情況進(jìn)行分析。

4.1 跟蹤支架

假設(shè)支架單排縱向布置,支架間距為5 m,地面反射率為40%,支架高度為1.3～1.7 m,100 MW組件年發(fā)電量比較見表6。支架高度變化引起的發(fā)電量變化為0.86%,可見采用跟蹤支架時,雙面組件發(fā)電量相對于支架高度并不十分敏感。

表6 跟蹤支架不同支架高度下年發(fā)電量

4.2 固定支架

假設(shè)支架單排縱向布置,支架間距為5 m,支架傾角為25°,地面反射率為40%,支架最低點(diǎn)離地高度為0.5～0.9 m,100 MW組件年發(fā)電量比較見表7。支架最低點(diǎn)離地高度變化引起的發(fā)電量變化為1.50%,可見采用固定支架時,雙面組件發(fā)電量對于支架高度較為敏感。

表7 固定支架不同支架高度下年發(fā)電量

5 支架形式影響

假設(shè)地面反射率為20%,支架間距為5 m,跟蹤支架和固定支架都為單排縱向布置,100 MW組件年發(fā)電量比較見表8、表9。

表8 不同支架形式雙面組件年發(fā)電量

表9 不同支架形式單面組件年發(fā)電量

對于雙面組件,低緯度地區(qū)采用跟蹤支架收益較大,中緯度地區(qū)和高緯度地區(qū)采用跟蹤支架收益較小,且兩者相差不大,原因是低緯度地區(qū)采用跟蹤支架能最大限度降低組件的入射角損失。

對于單面組件,中緯度地區(qū)采用跟蹤支架收益較大,低緯度地區(qū)其次,高緯度地區(qū)最小,原因是高緯度地區(qū)采用跟蹤支架無法避免冬季較大的入射角損失。

6 支架間距影響

選取中緯度地區(qū)迪拜,假設(shè)跟蹤支架高度為1.4 m,固定支架最低點(diǎn)離地高度為0.5 m,地面反射率為30%,支架單排縱向布置,100 MW組件年發(fā)電量比較見表10。

表10 不同支架間距下年發(fā)電量

對于雙面組件,采用跟蹤支架相比采用固定支架的收益隨支架間距增大而增大,場地增大一倍的情況下,跟蹤支架相比固定支架的收益也增大一倍。這一結(jié)果可以指導(dǎo)開發(fā)商在不同場地上進(jìn)行支架形式的選擇。

7 支架傾角影響

雖然斜單軸跟蹤支架收益更大,但是由于受場地限制,目前斜單軸跟蹤支架應(yīng)用場景已經(jīng)很少,而平單軸跟蹤支架無南北傾角,因此筆者主要分析不同傾角固定支架在不同地區(qū)對雙面組件發(fā)電量的影響。

假設(shè)地面反射率為20%,支架單排縱向布置,支架間距為5 m,100 MW組件年發(fā)電量對比見表11、表12、表13。

表11 不同支架傾角下吉隆坡年發(fā)電量

表12 不同支架傾角下迪拜年發(fā)電量

表13 不同支架傾角下阿姆斯特丹年發(fā)電量

在低緯度地區(qū),采用固定支架的雙面組件發(fā)電量對于支架傾角不敏感,給開發(fā)商在部分特殊緊湊場地上較大的布置發(fā)揮空間。

在中緯度地區(qū),采用固定支架的雙面組件最優(yōu)支架傾角值較接近于自身所處緯度值,這與采用固定支架的單面組件不同,后者的最優(yōu)支架傾角值往往小于自身所處緯度值。開發(fā)商在進(jìn)行設(shè)計(jì)時需要注意這一點(diǎn)。

在高緯度地區(qū),采用固定支架的雙面組件最優(yōu)支架傾角值遠(yuǎn)小于自身所處緯度值,原因是若在高緯度地區(qū)采用大支架傾角,則組件之間的陰影遮擋損失較大。

8 結(jié)論

(1) 光伏電站雙面組件收益對于緯度變化不敏感,總體上高緯度地區(qū)收益較大。

(2) 雙面組件收益隨地面反射率提高而增大。

(3) 雙面組件發(fā)電量對于支架高度不敏感,相比而言,采用固定支架更優(yōu)。

(4) 雙面組件在低緯度地區(qū)采用跟蹤支架相比采用固定支架收益較大,單面組件在中緯度地區(qū)采用跟蹤支架相比采用固定支架收益較大。

(5) 雙面組件采用跟蹤支架,場地增大使收益相比采用固定支架更大。

(6) 采用固定支架的情況下,最佳支架傾角受多種因素影響,要綜合考慮緯度、支架間距、單雙面組件等情況。