固定式電池陣列太陽能發電系統遮光期電量損失淺析

袁寶文

(大唐新能源寧夏公司,寧夏靈武 751400)

固定式電池陣列太陽能發電系統遮光期電量損失淺析

袁寶文

(大唐新能源寧夏公司,寧夏靈武 751400)

在獨立太陽能系統中,固定式電池陣列太陽能發電系統中,電池板的陣列間距過小,每年都會存在遮光期遮光現象。本文以在寧夏地區安裝太陽能光伏系統為例,通過固定式電池陣列太陽能發電系統在遮光期所造成的電量損失計算及間距的測算,確定其距離與角度的最佳組合。

太陽能 光伏 遮光期 電量損失 間距

光伏產業作為新能源的的重要排頭兵，受到越來越多國家的重視。研究和實踐表明，太陽直接輻射到地球的能量豐富，分布廣泛，可以再生，太陽能作為一種綠色能源，有著其他能源如石油等無法比擬的優越性，發展前景非常廣闊。并網型光伏電站的主要分類基本為跟蹤式太陽能發電系統和固定式電池陣列太陽能發電系統。智能跟蹤式太陽能發電系統的控制器根據地平坐標、太陽方位角和高度角、光電跟蹤原理設計。采用雙軸跟蹤，需要調節太陽電池方陣的高度角和方位角，控制器以單片機和光電傳感器為核心，控制高度角和方位角電機。當光電傳感器檢測到成束光時，單片機根據傳感器信號，驅動高度角和方位角電機使太陽能組件跟蹤太陽光，最終使組件保持與太陽光垂直。當沒有成束光時，系統則按照控制器當前時間及地理位置計算太陽的理論方位角和高度角來驅動系統運行，實現實時跟蹤太陽運行軌跡，達到提高發電量的目的。相對于固定式電池陣列太陽能發電系統，其輔助設備多，增加了維護量，需配備更多運維人員，增加了資金投入。固定式太陽能發電系統雖然發電量相對其較低，但是，由于設備相對較少，減少了維護量，可以配備較少人員運維，減少了資金的再投入，亦可以形成規模化集中控制。

太陽能發電系統的設計一般考慮如下因素：(1)太陽能發電系統在哪里使用？該地日光輻射情況如何？(2)系統的負載功率多大？(3)系統的輸出電壓是多少，直流還是交流？(4)系統每天需要工作多少小時？(5)如遇到沒有日光照射的陰雨天氣，系統需連續供電多少天？(6)負載的情況，純電阻性、電容性還是電感性，啟動電流多大？(7)系統需求的數量。

從以上因素，我們不難發現，其中沒有提到太陽板的遮光問題，在光伏產業，具有普遍性的固定陣列式太陽能發電系統，以冬至日上午九點至下午四點不遮光，作為太陽板陣列間隔標準。對于太陽板發電的研究，更多的研究應用于太陽光照射到組件的角度對發電的影響，而對于陣列間隔產生的季節性遮光問題卻很少有人問津。

通過對某地區的光伏電站觀察發現，2012年11月份，對組件遮光的觀察中發現，組件間距為10米，光伏陣列從11月20號左右，3：50分已開始進入遮光時間段。根據遮光時間段的觀察和技術分析，遮光期對電量的影響分析如下：

以某電站1-19號方陣(兩條集電線路)為例，太陽板共計84272塊，例：某日早晨8：00開始有光照度，太陽板的發電瞬時功率到9：30由0KW到7800KW，但是在8：00-9：30期間太陽板遮光數由3733塊(此統計為將遮光區域面積核算數值)降到0塊，發電量與遮光太陽板數都可以看做線性增加或減少，從下午4：30分開始，發電瞬時功率由5700KW到6：00降為0KW，遮光數由0增加到4122塊，那么，發電量都是瞬時功率，線性遞減(增)，當天的損失電量可以這樣計算：

因為數字較多，考慮一個普遍性問題：在時長為T小時的時間段內，遮光的太陽版數占總數的百分比為A，完全不遮光時的瞬時功率為B千瓦。

設時間t(小時)對應的遮光太陽版數為x，每塊發電量為y(kW)。則有：

總損失功率即每個時刻被遮光太陽板數與該時刻功率之積的一階積分：

對兩個時間段分別代入上午數值：A=3733/84272=0.04，B=7800kW，T=1.5h，及下午數值：A=4122/84272=0.0489，B=5700 kW，T=1.5h 即可得到具體數值。上午電量損失為：78kWh，下午電量損失為：69.7kWh，全天電量損失為：147.7kWh。

根據這個公式可以推算出某一遮光期的電量損失，一般可以將每年遮光期分為兩個階段，即年末的增長期和年初的衰減期，由于冬至為北半球光照度時間最短的一天，將這一天作為分界點，那么公式Ps(電量損失)=ABT/6中的A、B、T，均為平均數，可以取某一典型集電線路的區域進行統計，做整體核算，需要說明一點的是，在統計期間要將陰、雨、雪天除外進行統計，因在特殊天氣下對電量的影響已經微乎其微，算作均數統計將出現較大誤差。

近幾年，隨著光伏產業的不斷擴大，建設項目相對較多，而對實地的檢測依然按原有的方法進行測算，對于地勢的影響，不同地區的方位角及傾斜角都應做具體核算，方位角一般均選取正南方位，方位角的核算按照方位角公式計算，即方位角=(一天中負荷的峰值時刻(24小時制)－12)×15＋(經度－116)，在不同的季節，各個方位的日射量峰值產生時刻是不一樣的，靈武光伏電站的峰值產生一般均在下午13：00左右。傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角，其日射量不斷增加直到最大值，然后再增加傾斜角其日射量不斷減少。此夾角以方陣一年中發電量為最大時的最佳傾斜角度為宜。一年中的最佳傾斜角與當地的地理緯度有關，當緯度較高時，相應的傾斜角也大。方陣是前后放置時，后面的方陣與前面的方陣之間距離接近后，前邊方陣的陰影會對后邊方陣的發電量產生影響，傾斜角度大，就會使方陣的高度增大，為避免陰影的影響，相應地也會使方陣之間的距離加大。在排布方陣陣列時，應分別選取每一個方陣的構造尺寸，將其高度調整到合適值，從而利用其高度差使方陣之間的距離調整到最小。使方陣之間的距離最小，且不遮光，最直接的方式就是在冬至日左右，在光照條件好的地區進行現場測試，工具為一根竹竿，一個角度測試儀器，根據公式：R＝L2/L1＝ctgA ×cosB，其中L1為竹竿高度，L2為南北方向的陰影長度，A為太陽高度(仰角)，B為方位角，R為陰影的倍率，如果方陣的上邊緣的高度為h1，下邊緣的高度為h2，那么方陣之間的距離a＝(h1-h2)×R。太陽電池方陣的設計，在合理確定方位角與傾斜角的同時，還應進行全面綜合的考慮，例如地勢、地貌、距離影響等，使方陣達到最佳狀態，從而達到電能的優化運行。

[1]《太陽能應用技術》.中國農業機械出版社.

[2]《空氣調節負荷計算理論與方法》.同濟大學出版社.