光伏组件竖向、横向布置不同,发电量差异大!

在光伏电站的设计中,光伏组件的放置有两种设计方案:
方案一:竖向布置,如下图。

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图1光伏组件竖向布置的光伏电站
方案二:横向布置,如下图。

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图2光伏组件横向布置的光伏电站
根据我的了解,目前竖向布置的电站会更多一些。主要原因是,竖向布置安装方便,横向布置时,最上面的一块安装比较费劲!这就影响了施工进度。
经过与业内的多位专家探讨之后,发现一横、一竖,对发电量的影响太大了!逐步说明这个问题。
1、前后遮挡造成电站电量损失
在电站设计过程中,阵列间距是非常重要的一个参数。由于土地面积的限制,阵列间距一般只考虑冬至日6个小时不遮挡。然而,6小时之外,太阳能辐照度仍是足以发电的。从本人获得的光伏电站的实测数据来看,大部分电站冬至日的发电时间在7小时以上,在西部甚至可以达到9个小时。(一个简单的判别方法,日照时数是辐射强度≥120W/m2的时间长度,而辐射强度≥50W/m2时,逆变器就可以向电网供电。因此,当12月份的日照时数在6h以上时,发电时间肯定大于6h。)
结论1:我们为了减少占地面积,在早晚前后光伏方阵必然会有遮挡,造成发电量损失。
2、光伏组件都有旁路二极管
热斑效应:一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件,将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量,被遮蔽的太阳电池组件此时会发热,这就是热斑效应。
这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量,都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏,最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管,以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。因此,旁路二极管的作用就是:当电池片出现热斑效应不能发电时,起旁路作用,让其它电池片所产生的电流从二极管流出,使太阳能发电系统继续发电,不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。
上一张60片的光伏组件的电路结构图。
图3光伏组件的电路结构图
结论2:光伏组件式需要旁路二极管的。

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3、二极管在纵向遮挡和横向遮挡时的作用
图4纵向布置时被遮挡的图

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图5横向布置时被遮挡的图
当组件纵向排布时,阴影会同时遮挡3个电池串,3个二极管若全部正向导通,则组件没有功率输出,3个二极管若没有全部正向导通,则组件产生的功率会全部被遮挡电池消耗,组件也没有功率输出。
当组件横向排布时,阴影只遮挡1个电池串,被遮挡电池串对应的旁路二极管会承受正压而导通,这时被遮挡电池串产生的功率全部被遮挡电池消耗,同时二极管正向导通,可以避免被遮挡电池消耗未被遮挡电池串产生的功率,另外2个电池串可以正常输出功率。
结论3:纵向遮挡,3串都受影响,3串的输出功率都降低;横向遮挡,只有1串受影响,另外2串正常工作。
标准测试条件(即温度25℃,光谱分布AM1.5,辐照强度是1000W/m2,)下,未遮挡、纵向遮挡、横向遮挡的输出功率图:

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图6 组件未被遮挡时的输出功率如下图
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图7纵向遮挡(图4遮挡方式)时组件的输出功率如下图
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图8 横向遮挡(图5遮挡方式)时组件的输出功率如下图
从图中可以看到,组件横向遮挡电池片时,组件的输出功率约为正常输出功率的2/3,说明二极管导通,起到保护作用,组件纵向遮挡电池片时,组件几乎没有功率输出,测试结果与理论一致。
结论4:在光伏电站中组件采用横向排布,可以减少阴影遮挡造成的发电量损失。
为了更好的说明这一问题,借用网友“李京大明”的一组实验实测的数据来说明。
采用了下面7种不同的遮挡方式。
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这7种遮挡方式中,方案2和方案6、方案3和方案7的遮挡量基本相同。那他们的输出功率呢?看下表。
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可以看出,方案6的输出功率远大于方案2,方案7的输出功率远大于方案3。纵向安装阴影遮挡后,二极管全部导通,在这种情况下,组件的电流是很低,小于1A;横向安装阴影遮挡后,仅有一个二极管导通,其余两个是正常的,所以功率降低不大。
总结论:在早晚遮挡是不可避免的,横向布置发电量会比竖向布置高很多!安装费毕竟是小头,发电量好效益才好!所以,尤其是山地电站,尽量采用横向布置吧!
 
 

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