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1.前言

自從光伏電站投資回報(bào)由原來(lái)的建站補(bǔ)貼改為度電補(bǔ)貼后，怎樣提升光伏電站發(fā)電量成了大家越來(lái)越關(guān)心的課題。在光伏電站中，我們經(jīng)?？吹接械碾娬倦姵匕鍣M放---每個(gè)支架放四排組件，而有的電站選擇電池板豎放---每個(gè)支架放兩排組件。很簡(jiǎn)單的兩種擺放方式，似乎都一樣，但仔細(xì)研究一下，電池板的橫放與豎放對(duì)發(fā)電量會(huì)有不一樣的影響。


2.電池組件電路原理

以常用的255Wp晶硅電池板為例，每塊電池板由60片小片組成，其中每20片構(gòu)成一小串，每串都有一個(gè)旁路二極管。

當(dāng)電池組件出現(xiàn)局部遮擋或損壞時(shí)，容易出現(xiàn)熱斑效應(yīng)不能發(fā)電。這時(shí)，旁路二極管導(dǎo)通，讓其它正常的電池片所產(chǎn)生的電流從二極管通過(guò)，使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)電。

3.早晚遮擋對(duì)橫/豎向電池板影響

早晚前后排遮擋時(shí)，陰影呈和地面平行的帶狀遮擋。早晨遮擋陰影從上到下逐步移出電池板，下午遮擋陰影從下到到上移動(dòng)，最后遮擋全部電池板。

3.1遮擋對(duì)豎向放置組件影響

圖4為豎向早晚遮擋情況圖，60個(gè)電池小片下面的部分電池小片被遮擋示意圖。

每小串電池都有電池片被遮擋，所以電池組件的最大輸出電流由被遮擋的電池片限制。如圖6正常電池片IV曲線為i1,由于電池片電流和光照相關(guān)，被遮擋電池片電流急劇下降，IV曲線為i2，串在一起的組件輸出IV曲線i3，組件輸出功率大大減少。


3.2遮擋對(duì)橫向放置組件影響

圖7為橫向早晚遮擋情況圖，60個(gè)電池小片下面的部分被遮擋。由于單元電池片的輸出電流與光照強(qiáng)度有關(guān)，被遮擋單元的輸出電流將急劇下降。但由于該單元有旁路二極管，整個(gè)電池板的輸出電流將從二極管中流過(guò)。如圖8中紅線所示，這樣電池板的輸出為兩個(gè)沒(méi)有受遮擋的電池片組，表現(xiàn)為輸出MPPT電壓降低為原來(lái)的2/3，輸出MPPT電流不變，電池板還有接近2/3的輸出功率。

第一小串電池有被遮擋電池片，所以該小串的最大輸出電流由被遮擋的電池片限制?？闪硗?小串沒(méi)有被遮擋電池片，依然可正常輸出電流。其它2小串的電流從第一小串的旁路二極管流過(guò)。這樣電池板的輸出為另外兩個(gè)沒(méi)有受遮擋的電池片組，表現(xiàn)為輸出MPPT電壓降低為原來(lái)的2/3，輸出MPPT電流不變，電池板還有接近2/3的輸出功率。如圖9正常電池片IV曲線為i1,由于電池片電流和光照相關(guān)，被遮擋電池片IV曲線為i2，串在一起的組件輸出IV曲線i3，整個(gè)電池板的輸出功率還是非常大。

3.3遮擋對(duì)于電池板組串的影響

局部遮擋對(duì)于電池板組串的影響與對(duì)電池片影響方式相似。在電站前后排成的遮擋規(guī)則地覆蓋到每一塊電池板的情況下，電池板組串可視為電池板的簡(jiǎn)單疊加。當(dāng)前后排造成的遮擋沒(méi)有覆蓋組串內(nèi)所有電池板的情況下，該組串可以視為正常電池板和遮擋電池板的串聯(lián)模型，按照相似的方式進(jìn)行分析。

3.4局部遮擋對(duì)于組串式和集中式大機(jī)發(fā)電量的影響

以橫向排布為例，由于電池板上下層占比為1：1，因此，當(dāng)出現(xiàn)局部遮擋時(shí)，對(duì)于集中式大機(jī)方案，電池方陣的輸出可以等效為圖8所示的功率曲線和正常的功率曲線相并聯(lián)的模型，并聯(lián)后的MW方陣輸出功率曲線如下圖10所示。其中紅線為局部遮擋的組串，對(duì)應(yīng)橫向布置的下排組串，黑線為無(wú)遮擋組串，對(duì)應(yīng)橫向布置的上層組串，藍(lán)線為二者1：1并聯(lián)后的總輸出電壓/電流曲線。從圖中可以看出，遮擋組串的最大功率點(diǎn)位于U1處，未遮擋組串的最大功率點(diǎn)位于U2處，兩者并聯(lián)后的最大功率點(diǎn)位于U3處。組串式方案中，逆變器可以分別追蹤各組串的MPPT點(diǎn)，對(duì)應(yīng)U1和U2。而在集中式大機(jī)方案中，只能將并聯(lián)后的組串作為一個(gè)整體進(jìn)行MPPT跟蹤，這樣工作點(diǎn)將位于U3，該工作點(diǎn)對(duì)于受遮擋組串和未受遮擋組串來(lái)說(shuō)，均不是其最大功率點(diǎn)，因此集中式方案將導(dǎo)致功率損失。因此，即使在橫向布置的方式下，能夠?qū)M串進(jìn)行獨(dú)立MPPT跟蹤的組串式方案也能夠提升系統(tǒng)發(fā)電量。
4.總結(jié)

通過(guò)原理分析與實(shí)際測(cè)試可得到如下結(jié)論：

1.當(dāng)前后排電池板出現(xiàn)遮擋時(shí)，橫向放置電池板比豎向放置電池板能輸出更多功率。

2.未遮擋電池板組串和局部遮擋電池板組串并聯(lián)在一起會(huì)形成多峰，不可避免的出現(xiàn)部分功率損失。用多路MPPT分開(kāi)單獨(dú)追蹤，電池板可輸出更多功率。

3.局部遮擋電池組串的最大功率點(diǎn)電壓是正常工作電壓的2/3甚至1/3，工作電壓更寬的逆變器可以輸出更多功率。當(dāng)電池板橫向放置時(shí)，多路MPPT能使遮擋電池組串與未遮擋電池組串分開(kāi)追蹤。組串式逆變器由于工作電壓范圍寬，組串單獨(dú)跟蹤，可最大限度的讓電池板輸出功率。而集中式逆變器由于所有組串并在一起，沒(méi)有遮擋的組串最大功率點(diǎn)在600V，且工作電壓在400V以下無(wú)法工作，基本不能使遮擋電池組串輸出最大功率。

在我國(guó)西北陜甘寧地區(qū)，冬季的2~3個(gè)月會(huì)存在早晚陰影遮擋。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電池板豎向擺放因陰影遮擋每天損失發(fā)電量約50~200度/MW，電量損失約3%，長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)下來(lái)其電量損失對(duì)業(yè)主來(lái)說(shuō)不是一筆小數(shù)目。而橫向放置和豎向放置從支架到施工成本基本相同，電池板間直流線纜理論上橫向相比豎向略長(zhǎng)，電池板間連線橫向?yàn)?.64米，而豎向?yàn)?米。但電池板出廠時(shí)往往都按一種規(guī)格發(fā)貨，自帶線纜可滿足豎向和橫向排布，這種情況下成本差異很小。

所以，在光伏電站中，電池板橫放且使用組串式逆變器在早晚遮擋時(shí)相對(duì)電池板豎向擺放能夠提供更多的輸出功率，從而提升發(fā)電量，增加光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益。