在《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50797-2012)》,提出如下公式。
(公式1)
(公式2)
N—光伏組件串聯(lián)個(gè)數(shù)(N取整數(shù)) Kv—光伏組件的開路電壓溫度系數(shù)
K’v—光伏組件的工作電壓溫度系數(shù) t—光伏組件工作條件下的極限低溫
t’—光伏組件工作條件下的極限高溫 Voc—光伏組件的開路電壓
Vmppt—光伏組件的工作電壓 Vdcmax—逆變器允許的最大支流輸入電壓
Vmpptmax—逆變器MPPT電壓最大值 Vmpptmin—逆變器MPPT電壓最小值
上述公式也是工程師們常用的設(shè)計(jì)方法,我自己也一直沿用這個(gè)方。然而,在這個(gè)公式中,部分參數(shù)是無(wú)法獲得的。
1、工作電壓溫度系數(shù)K’v
各組件廠家的規(guī)格參數(shù)中,都不會(huì)有這一項(xiàng),一般采用開路電壓溫度系數(shù)Kv進(jìn)行計(jì)算;
2、工作條件下的極限低溫t
首先,光伏組件運(yùn)行后的溫度,會(huì)高于環(huán)境溫度的;其次,光伏系統(tǒng)只有在白天才能運(yùn)行,夜間其實(shí)是不運(yùn)行的。因此,t理論上應(yīng)該是晝間光伏組件的極限低溫。
然而,光伏組件的溫度會(huì)比環(huán)境溫度具體高多少?這個(gè)尚無(wú)定論;但在全國(guó)眾多的氣象站中,只有很少的幾個(gè)氣象站,可以收集到晝間極端高溫、晝間極端低溫?cái)?shù)值,大部分氣象站是無(wú)法獲得的。
因此,極限低溫t一般取環(huán)境的極端低溫。
3、工作條件下的極限高溫t’
如前所述,光伏組件運(yùn)行后的溫度,會(huì)高于環(huán)境溫度的,但具體高多少尚無(wú)定論。下圖是一張組件溫度和環(huán)境溫度的變化圖。
圖1 環(huán)境溫度、輻照度與組件溫度的關(guān)系
可以看出,組件溫度可以比環(huán)境溫度高出20多度。根據(jù)文獻(xiàn)《太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用中的溫度影響》(王建軍)介紹,西寧地區(qū)可測(cè)出背板溫度高達(dá)70℃。因此,我在計(jì)算時(shí),極端高溫一般采用環(huán)境溫度增加25℃、或者直接采用70℃的方案。
例1:以天合260W多晶硅組件為例,假設(shè)當(dāng)?shù)貥O端低溫為-30℃;逆變器最大開路電壓為1000V,MPPT電壓在420~850V。
表1 天合光伏組件技術(shù)參數(shù)表
根據(jù)上表,Voc=38.2V、Vmppt=30.6V、Kv= K’v =-0.32%/℃,運(yùn)用GB 50797-2012中公式計(jì)算結(jié)果如下。
表2 天合260W光伏組件串聯(lián)數(shù)量計(jì)算
可以看出,若逆變器最大開路電壓為1000V,MPPT電壓在420~850V時(shí),則,開路電壓:N1≤22;MPPT電壓:17≤N2≤23,最終串聯(lián)個(gè)數(shù)取22個(gè)。
二.在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中,會(huì)產(chǎn)生計(jì)算誤差
1、溫度取值造成的誤差
由于極端低溫是采用全天環(huán)境溫度的最低值,運(yùn)行時(shí)的組件溫度應(yīng)高于這一值。因此,上文中的N1結(jié)果會(huì)偏低。
假設(shè)全天環(huán)境溫度的最低值為-30℃,肯定出現(xiàn)在非運(yùn)行的夜間;如果白天運(yùn)行時(shí)的極端低溫在-18℃以上時(shí),計(jì)算得N1≤23,每個(gè)組串就可以采用23串的方案。
因此,若采用晝間極端低溫進(jìn)行計(jì)算,每個(gè)組串的串聯(lián)數(shù)量可能會(huì)增加。
2、開路電壓的取值
“例1” 中計(jì)算時(shí),Voc取標(biāo)稱功率下的開路電壓,即260W時(shí)的開路電壓,此時(shí)輻照度=1000W/m2。
然而,當(dāng)輻照度=1000W/m2時(shí),必然是中午前后,肯定不會(huì)出現(xiàn)極端低溫。從圖2的I-U曲線可以看出,當(dāng)輻照度下降時(shí),開路電壓雖然變化不大,但還是有小幅下降。
圖2 光伏組件的I-U曲線
表1中的組件參數(shù),分為STC條件和NOCT條件。NOCT條件時(shí),輻照度=800W/m2時(shí),雖然此時(shí)肯定不會(huì)出現(xiàn)極端低溫,但相對(duì)于輻照度=1000W/m2時(shí),參數(shù)取值相對(duì)更準(zhǔn)確。根據(jù)表1,使用矯正后方法進(jìn)行“例1”的組串設(shè)計(jì)時(shí),各量的取值如下表:
表3 矯正后的電壓取值
計(jì)算結(jié)果如下表。
可以看出,當(dāng)其他條件完全相同,采用矯正后方法計(jì)算,“例1”的計(jì)算結(jié)果為:開路電壓:N1≤24;MPPT電壓:17≤N2≤25,最終串聯(lián)個(gè)數(shù)取24個(gè)。
當(dāng)然,輻照度=800W/m2時(shí)出現(xiàn)極端低溫的可能性也比較小,若采用輻照度=200W/m2時(shí)的組件參數(shù),計(jì)算結(jié)果應(yīng)該會(huì)更加準(zhǔn)確;但進(jìn)行矯正后,說明260W組件在極端低溫≥-30℃情況下,采用每串24個(gè)組件是可行的。