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1.前言

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


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片構成一小串，每串都有一個旁路二極管。

當電池組件出現(xiàn)局部遮擋或損壞時，容易出現(xiàn)熱斑效應不能發(fā)電。這時，旁路二極管導通，讓其它正常的電池片所產生的電流從二極管通過，使太陽能發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)電。

3.早晚遮擋對橫/豎向電池板影響

早晚前后排遮擋時，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，最后遮擋全部電池板。

3.1遮擋對豎向放置組件影響

圖4為豎向早晚遮擋情況圖，60個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，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遮擋對橫向放置組件影響

圖7為橫向早晚遮擋情況圖，60個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度有關，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，整個電池板的輸出電流將從二極管中流過。如圖8中紅線所示，這樣電池板的輸出為兩個沒有受遮擋的電池片組，表現(xiàn)為輸出MPPT電壓降低為原來的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。這樣電池板的輸出為另外兩個沒有受遮擋的電池片組，表現(xiàn)為輸出MPPT電壓降低為原來的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，被遮擋電池片IV曲線為i2，串在一起的組件輸出IV曲線i3，整個電池板的輸出功率還是非常大。

3.3遮擋對于電池板組串的影響

局部遮擋對于電池板組串的影響與對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單疊加。當前后排造成的遮擋沒有覆蓋組串內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，按照相似的方式進行分析。

3.4局部遮擋對于組串式和集中式大機發(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，當出現(xiàn)局部遮擋時，對于集中式大機方案，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，對應橫向布置的下排組串，黑線為無遮擋組串，對應橫向布置的上層組串，藍線為二者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位于U1處，未遮擋組串的最大功率點位于U2處，兩者并聯(lián)后的最大功率點位于U3處。組串式方案中，逆變器可以分別追蹤各組串的MPPT點，對應U1和U2。而在集中式大機方案中，只能將并聯(lián)后的組串作為一個整體進行MPPT跟蹤，這樣工作點將位于U3，該工作點對于受遮擋組串和未受遮擋組串來說，均不是其最大功率點，因此集中式方案將導致功率損失。因此，即使在橫向布置的方式下，能夠對組串進行獨立MPPT跟蹤的組串式方案也能夠提升系統(tǒng)發(fā)電量。
4.總結

通過原理分析與實際測試可得到如下結論：

1.當前后排電池板出現(xiàn)遮擋時，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)在一起會形成多峰，不可避免的出現(xiàn)部分功率損失。用多路MPPT分開單獨追蹤，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。當電池板橫向放置時，多路MPPT能使遮擋電池組串與未遮擋電池組串分開追蹤。組串式逆變器由于工作電壓范圍寬，組串單獨跟蹤，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，沒有遮擋的組串最大功率點在600V，且工作電壓在400V以下無法工作，基本不能使遮擋電池組串輸出最大功率。

在我國西北陜甘寧地區(qū)，冬季的2~3個月會存在早晚陰影遮擋。據(jù)統(tǒng)計，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%，長期運營下來其電量損失對業(yè)主來說不是一筆小數(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，電池板間連線橫向為1.64米，而豎向為1米。但電池板出廠時往往都按一種規(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相對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，增加光伏電站的經濟效益。