固定式电池阵列太阳能发电系统遮光期电量损失浅析

袁宝文

(大唐新能源宁夏公司,宁夏灵武 751400)

固定式电池阵列太阳能发电系统遮光期电量损失浅析

袁宝文

(大唐新能源宁夏公司,宁夏灵武 751400)

在独立太阳能系统中,固定式电池阵列太阳能发电系统中,电池板的阵列间距过小,每年都会存在遮光期遮光现象。本文以在宁夏地区安装太阳能光伏系统为例,通过固定式电池阵列太阳能发电系统在遮光期所造成的电量损失计算及间距的测算,确定其距离与角度的最佳组合。

太阳能 光伏 遮光期 电量损失 间距

光伏产业作为新能源的的重要排头兵，受到越来越多国家的重视。研究和实践表明，太阳直接辐射到地球的能量丰富，分布广泛，可以再生，太阳能作为一种绿色能源，有着其他能源如石油等无法比拟的优越性，发展前景非常广阔。并网型光伏电站的主要分类基本为跟踪式太阳能发电系统和固定式电池阵列太阳能发电系统。智能跟踪式太阳能发电系统的控制器根据地平坐标、太阳方位角和高度角、光电跟踪原理设计。采用双轴跟踪，需要调节太阳电池方阵的高度角和方位角，控制器以单片机和光电传感器为核心，控制高度角和方位角电机。当光电传感器检测到成束光时，单片机根据传感器信号，驱动高度角和方位角电机使太阳能组件跟踪太阳光，最终使组件保持与太阳光垂直。当没有成束光时，系统则按照控制器当前时间及地理位置计算太阳的理论方位角和高度角来驱动系统运行，实现实时跟踪太阳运行轨迹，达到提高发电量的目的。相对于固定式电池阵列太阳能发电系统，其辅助设备多，增加了维护量，需配备更多运维人员，增加了资金投入。固定式太阳能发电系统虽然发电量相对其较低，但是，由于设备相对较少，减少了维护量，可以配备较少人员运维，减少了资金的再投入，亦可以形成规模化集中控制。

太阳能发电系统的设计一般考虑如下因素：(1)太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？(2)系统的负载功率多大？(3)系统的输出电压是多少，直流还是交流？(4)系统每天需要工作多少小时？(5)如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？(6)负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？(7)系统需求的数量。

从以上因素，我们不难发现，其中没有提到太阳板的遮光问题，在光伏产业，具有普遍性的固定阵列式太阳能发电系统，以冬至日上午九点至下午四点不遮光，作为太阳板阵列间隔标准。对于太阳板发电的研究，更多的研究应用于太阳光照射到组件的角度对发电的影响，而对于阵列间隔产生的季节性遮光问题却很少有人问津。

通过对某地区的光伏电站观察发现，2012年11月份，对组件遮光的观察中发现，组件间距为10米，光伏阵列从11月20号左右，3：50分已开始进入遮光时间段。根据遮光时间段的观察和技术分析，遮光期对电量的影响分析如下：

以某电站1-19号方阵(两条集电线路)为例，太阳板共计84272块，例：某日早晨8：00开始有光照度，太阳板的发电瞬时功率到9：30由0KW到7800KW，但是在8：00-9：30期间太阳板遮光数由3733块(此统计为将遮光区域面积核算数值)降到0块，发电量与遮光太阳板数都可以看做线性增加或减少，从下午4：30分开始，发电瞬时功率由5700KW到6：00降为0KW，遮光数由0增加到4122块，那么，发电量都是瞬时功率，线性递减(增)，当天的损失电量可以这样计算：

因为数字较多，考虑一个普遍性问题：在时长为T小时的时间段内，遮光的太阳版数占总数的百分比为A，完全不遮光时的瞬时功率为B千瓦。

设时间t(小时)对应的遮光太阳版数为x，每块发电量为y(kW)。则有：

总损失功率即每个时刻被遮光太阳板数与该时刻功率之积的一阶积分：

对两个时间段分别代入上午数值：A=3733/84272=0.04，B=7800kW，T=1.5h，及下午数值：A=4122/84272=0.0489，B=5700 kW，T=1.5h 即可得到具体数值。上午电量损失为：78kWh，下午电量损失为：69.7kWh，全天电量损失为：147.7kWh。

根据这个公式可以推算出某一遮光期的电量损失，一般可以将每年遮光期分为两个阶段，即年末的增长期和年初的衰减期，由于冬至为北半球光照度时间最短的一天，将这一天作为分界点，那么公式Ps(电量损失)=ABT/6中的A、B、T，均为平均数，可以取某一典型集电线路的区域进行统计，做整体核算，需要说明一点的是，在统计期间要将阴、雨、雪天除外进行统计，因在特殊天气下对电量的影响已经微乎其微，算作均数统计将出现较大误差。

近几年，随着光伏产业的不断扩大，建设项目相对较多，而对实地的检测依然按原有的方法进行测算，对于地势的影响，不同地区的方位角及倾斜角都应做具体核算，方位角一般均选取正南方位，方位角的核算按照方位角公式计算，即方位角=(一天中负荷的峰值时刻(24小时制)－12)×15＋(经度－116)，在不同的季节，各个方位的日射量峰值产生时刻是不一样的，灵武光伏电站的峰值产生一般均在下午13：00左右。倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，其日射量不断增加直到最大值，然后再增加倾斜角其日射量不断减少。此夹角以方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度为宜。一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。方阵是前后放置时，后面的方阵与前面的方阵之间距离接近后，前边方阵的阴影会对后边方阵的发电量产生影响，倾斜角度大，就会使方阵的高度增大，为避免阴影的影响，相应地也会使方阵之间的距离加大。在排布方阵阵列时，应分别选取每一个方阵的构造尺寸，将其高度调整到合适值，从而利用其高度差使方阵之间的距离调整到最小。使方阵之间的距离最小，且不遮光，最直接的方式就是在冬至日左右，在光照条件好的地区进行现场测试，工具为一根竹竿，一个角度测试仪器，根据公式：R＝L2/L1＝ctgA ×cosB，其中L1为竹竿高度，L2为南北方向的阴影长度，A为太阳高度(仰角)，B为方位角，R为阴影的倍率，如果方阵的上边缘的高度为h1，下边缘的高度为h2，那么方阵之间的距离a＝(h1-h2)×R。太阳电池方阵的设计，在合理确定方位角与倾斜角的同时，还应进行全面综合的考虑，例如地势、地貌、距离影响等，使方阵达到最佳状态，从而达到电能的优化运行。

[1]《太阳能应用技术》.中国农业机械出版社.

[2]《空气调节负荷计算理论与方法》.同济大学出版社.