光伏组件表面阴影对其发电量影响的实验研究

牛海霞　王京+董正茂

摘 要：以大型地面光伏电站和分布式光伏电站作为研究对象，通过模拟光伏组件表面不同阴影占比，得出阴影对光伏组件发电量的影响特性，指导电站运营者合理安排光伏组件安装行距。

关键词：光伏组件；阴影；发电量

【中图分类号】G 【文献标识码】B

【文章编号】1008-1216（2017）07B-0062-02

从长远来看，可再生能源将是人类未来的主要能源来源，因此世界上多数国家都十分重视可再生能源对未来能源供应的重要作用。在新的可再生能源中，光伏发电和风力发电是发展最快的，世界各国都把太阳能光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向。根据欧洲JRC 的预测，到2030年太阳能发电将在世界电力的供应中显现其重要作用，占比达到10%以上。

光伏组件行间距疏密程度，直接影响光伏电站投资成本。如果光伏组件行间距过宽，导致土地面积浪费，增加土地成本；如果光伏组件行间距过窄，导致前排光伏组件遮挡后排光伏组件，致使光伏组件发电量下降。以某电站光伏组件的阴影环境因素为例，通过模拟这种环境因素，测试光伏组件的发电量，得出这种环境因素对光伏组件的发电量影响的特性，从而指引地面光伏电站运营单位采取合理措施应对环境，提高地面光伏电站的发电量。

一、研究基础

（一）地面光伏电站接线方式

某光伏电站于2013年年底并网发电。该光伏电站项目采用265Wp多晶硅光伏组件，整个光伏电站分20个方阵，每个方阵装机容量为1MWp，连接两台500kW逆变器，共用一台1000kVA箱式升压变压器送出。每台逆变器并联6个汇流箱，每个汇流箱接16路光伏组串，每个光伏组串由20块太阳能电池板串联形成。1MWp光伏方阵接线方式如图1所示。

（二）实验条件

选取320块性能和外表相似的光伏组件，要求同一厂家生产，开路电压，最大功率相同，衰减、温度系数、颜色及表面光洁度相近似。施工时，依据图1将选取的光伏组件安装在#4—6汇流箱光伏组串内。在此汇流箱所在#4逆变器运行发电时，只闭合此汇流箱，使本台逆变器所带其余汇流箱全部断开。在保证设备、环境及测试仪器等外部条件相同的情况下（即此汇流箱各光伏组串工作电压和电流相等），通过改变光伏组件表阴影占比情况，测试改变前后光伏组串的工作电流，可得出在不同条件下一个光伏组串功率损失量。以此推断出地面光伏电站在此情况下发电量损失程度。

二、光伏组件表面阴影对地面光伏电站发电功率影响的实验与分析

（一）实验方案

为全面反映阴影对地面光伏电站发电功率的影响程度，本次测试分两个方案进行实验。

方案一：一个光伏组串所有光伏组件被遮挡后，与其他光伏组串电流的区别。选取实验汇流箱的第二条光伏组串（#4—6—3）作为实验对象，用黑布投影在该光伏组串所有光伏组件表面，从遮挡面占全面积的5%至100%，依次递增5%进行实验，通过多次测量实验光伏组串的电流，同时记录此汇流箱其余光伏组串电流。

方案二：一个光伏组串中一块光伏組件被遮挡后，与其他光伏组串电流的区别。选取实验汇流箱的第二条光伏组串（#4—6—3）中的一块光伏组件作为实验对象，用黑布投影在该块光伏组件表面，从遮挡面占全面积的5%至100%，依次递增5%进行实验，通过多次测量实验光伏组串的电流，同时记录此汇流箱其余光伏组串电流。

（二）实验结果

方案一实验结果：测试当地环境温度：35℃，大气压：960MPa，相对湿度55%，风速1.5m/s，光照强度980W/m2，测试结果见表1所示，所有光伏组件被遮光对光伏组串发电量影响比例如图2所示。

方案二实验结果：测试当地环境温度：34℃，大气压：962MPa，相对湿度56%，风速1.3m/s，光照强度850W/m2，测试结果见表2所示，一块光伏组件被遮光对光伏组串发电量影响比例如图3所示。

（三）实验结果分析

从表1和图2得知，在所有光伏组件表面被遮光过程中，当遮光比例在30%之前，光伏组串损失电量比例小于1%。随着遮光比例的不断增大，损失电量占比越来越大，当遮光比例达到90%时，遮光损失达到最大值，损失电量比例为25%。故在光伏电站选址和设计过程中，选择地势较平缓地段，并且避免在大坡度阴坡布置光伏组件，确保组件之间保持适当的行间距，以免相互遮光造成光伏组串发电量损失。

从表2和图3可得知，一块光伏组件表面被遮光过程中，当遮光比例在50%之前，光伏组串损失电量比例小于1%。随着遮光比例的不断增大，损失电量占比越来越大，当遮光比例达到90%时，遮光损失达到最大值，损失电量比例为9.8%。故在光伏电站施工过程中，查看周围是否存在高大建筑、塔杆或树木对光伏组件形成阴影，以免造成光伏组串发电量损失，并且每个光伏组串的太阳能电池板要保持同水平高度相互串联，以防由于部分遮光，造成整个光伏组串发电电量受损。

三、结论

通过测试不同遮光面积对光伏组串发电量影响比例，得出结论，可将此结论应用到光伏电站选址、设计及施工过程中，为后续地面光伏电站可靠、高效运行提供有力保证。

基金项目：内蒙古自治区高等学校科学研究项目“光伏组件发电量环境影响因素的分析与实验研究”（NJZY16431）。

参考文献：

郝玉哲，白建波，张臻.一组阴影情况下光伏组件输出特性的计算方法[J].可再生能源，2012，（9）.endprint