從幾個(gè)小細(xì)節(jié)說一下我自己設(shè)計(jì)思路的變化。先從看似最簡(jiǎn)單的光伏方陣設(shè)計(jì)開始吧。
光伏方陣( solar cell array):由若干個(gè)光伏組件在機(jī)械和電氣上按一定方式組裝在一起并且有固定的支撐結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的直流發(fā)電單元,地基、太陽跟蹤器、溫度控制器等類似的部件不包括在方陣中。
下面幾張圖是我不同時(shí)期的,針對(duì)平坦地勢(shì)(非丘陵、山地)光伏方陣設(shè)計(jì)圖紙。
2008年底的時(shí)候,設(shè)計(jì)規(guī)范還沒出來。為了弄清串聯(lián)方案問題,我請(qǐng)教了吳達(dá)成老師和王斯成老師,又到國(guó)家圖書館和網(wǎng)上查閱了大量的資料,最后終于弄明白,串并聯(lián)設(shè)計(jì)方案是用幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算出來的:1)當(dāng)?shù)氐臉O端低溫和極端高溫; 2)光伏組件的開路電價(jià)和最佳工作電壓;3)逆變器的的最大開路電壓和MPPT電壓。回頭算一下,果然應(yīng)該是16串。弄清楚這個(gè),自己還小得意了一下。
圖1方案缺點(diǎn): 72片的組件尺寸大,搬運(yùn)不方便;每個(gè)方陣設(shè)計(jì)成4并,加上離地高度,總高度大約有3m,安裝起來特別麻煩。
圖2的改進(jìn)措施:1)采用尺寸相對(duì)小的60片的光伏組件(尺寸:1650mm×992mm)。2)60片的電壓相對(duì)較低,計(jì)算結(jié)果為應(yīng)采用20個(gè)組件串聯(lián)的方式。3)每個(gè)方陣減少1個(gè)并聯(lián)支路,采用20串3并的方案,以方案安裝。
圖2方案的缺點(diǎn):陣列的長(zhǎng)度太長(zhǎng),有33m。即使是非常平坦的戈壁,33m的長(zhǎng)得支架兩端高差也會(huì)很大,無法靠基礎(chǔ)高差來矯正,所以場(chǎng)平的工作量非常大。
圖3的改進(jìn)措施:采用20串2并的方案,并且將光伏組件豎向布置。這樣一來:1)單個(gè)方陣長(zhǎng)度變短,高差可用基礎(chǔ)矯正,幾乎不用做場(chǎng)平;2)寬度方向只有2塊,安裝非常方便,速度快。因此,這種方案也是后來被使用最廣泛的設(shè)計(jì)方案。
圖3的缺點(diǎn):每個(gè)方陣變小了,方陣的數(shù)量就增加了。由于陣列之間都是要留有間距的,所以每個(gè)1MW單元的占地就增加了。
圖4的改進(jìn)措施:隨著逆變器的技術(shù)進(jìn)步,主流逆變器的最大開路電壓提高到1000V。這樣,每個(gè)組串就可以變成22個(gè)組件,每個(gè)方陣變成44塊組件。1)每個(gè)支路電壓升高,線損降低;2)支路數(shù)量減少,匯流箱數(shù)量減少;3)方陣數(shù)量減少10%,相應(yīng)的費(fèi)用會(huì)降低。
圖4的缺點(diǎn):很多業(yè)主反應(yīng),早晨、傍晚的時(shí)候,下沿發(fā)生陰影遮擋時(shí)幾乎沒有發(fā)電量。
圖5的改進(jìn)措施:將豎向布置改為橫向布置。一次評(píng)審會(huì)上,上海院的郭家寶老師提出,組件還是要橫向布置。根據(jù)郭老師的講解,我回來又查閱了一些資料,弄清問題的關(guān)鍵:為了避免熱斑效應(yīng),光伏組件有3路旁路二極管。
如下圖所示:
設(shè)計(jì)時(shí)的陣列間距只考慮冬至日6小時(shí)不遮擋,其實(shí)是犧牲了早晚的發(fā)電量。相對(duì)于豎向布置,橫向布置能提高早晚的發(fā)電量,提高經(jīng)濟(jì)效益。
除了早晚的陰影遮擋,還有兩種情況:1)清洗時(shí),水漬往往都在下沿積累一層污垢;2)下雪時(shí),雪順著組件滑落,也會(huì)在下沿積上一層。這兩種情況下,橫向布置時(shí)的發(fā)電量會(huì)相對(duì)較高。
圖5的方案雖然會(huì)增加安裝難度,但組件安裝成本占總投資比例極低,且項(xiàng)目收益對(duì)投資的敏感性低。由于光伏項(xiàng)目的上網(wǎng)電價(jià)為0.9~1元/kWh,項(xiàng)目收益對(duì)發(fā)電量的變化最敏感,發(fā)電量的提高能明顯提高項(xiàng)目收益。因此,透過前期增加少量投資來獲得長(zhǎng)期的發(fā)電量收益是值得的。
另外,方陣的長(zhǎng)度進(jìn)一步縮短,可以減少一對(duì)基礎(chǔ),兩端的高差就少了!
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光伏方陣的設(shè)計(jì).rar