光伏电站电池板横放与竖放对发电量影响分析

光伏电站电池板横放与竖放对发电量影响分析自从光伏电站投资回报由原来的建站补贴改为度电补贴后， 怎样提升光伏电站发电量成了大家越来越关心的课题。在光伏电站中，我们经常看到有的电站电池板横放 --- 每个支架放四排组件，而有的电站选择电池板竖放 --- 每个支架放两排组件。很简单的两种摆放方式，似乎都一样，但仔细研究一下，电池板的横放与竖放对发电量会有不一样的影响。2. 电池组件电路原理以常用的 255Wp 晶硅电池板为例，每块电池板由 60 片小片组成，其中每 20 片构成一小串，每串都有一个旁路二极管。当电池组件出现局部遮挡或损坏时，容易出现热斑效应不能发电。这时，旁路二极管导通，让其它正常的电池片所产生的电流从二极管通过，使太阳能发电系统继续发电。3. 早晚遮挡对横 / 竖向电池板影响早晚前后排遮挡时， 阴影呈和地面平行的带状遮挡。 早晨遮挡阴影从上到下逐步移出电池板，下午遮挡阴影从下到到上移动，最后遮挡全部电池板。3.1 遮挡对竖向放置组件影响图 4 为竖向早晚遮挡情况图， 60 个电池小片下面的部分电池小片被遮挡示意图。每小串电池都有电池片被遮挡， 所以电池组件的最大输出电流由被遮挡的电池片限制。 如图6 正常电池片 IV 曲线为 i1, 由于电池片电流和光照相关，被遮挡电池片电流急剧下降， IV曲线为 i2 ，串在一起的组件输出 IV 曲线 i3 ，组件输出功率大大减少。3.2 遮挡对横向放置组件影响图 7 为横向早晚遮挡情况图， 60 个电池小片下面的部分被遮挡。由于单元电池片的输出电流与光照强度有关， 被遮挡单元的输出电流将急剧下降。 但由于该单元有旁路二极管， 整个电池板的输出电流将从二极管中流过。如图 8 中红线所示，这样电池板的输出为两个没有受遮挡的电池片组，表现为输出 MPPT 电压降低为原来的 2/3 ，输出 MPPT 电流不变，电池板还有接近 2/3 的输出功率。第一小串电池有被遮挡电池片， 所以该小串的最大输出电流由被遮挡的电池片限制。 可另外2 小串没有被遮挡电池片， 依然可正常输出电流。 其它 2 小串的电流从第一小串的旁路二极管流过。这样电池板的输出为另外两个没有受遮挡的电池片组，表现为输出 MPPT 电压降低为原来的 2/3 ，输出 MPPT 电流不变，电池板还有接近 2/3 的输出功率。如图 9 正常电池片 IV 曲线为 i1, 由于电池片电流和光照相关， 被遮挡电池片 IV 曲线为 i2 ， 串在一起的组件输出 IV 曲线 i3 ，整个电池板的输出功率还是非常大。3.3 遮挡对于电池板组串的影响局部遮挡对于电池板组串的影响与对电池片影响方式相似。 在电站前后排成的遮挡规则地覆盖到每一块电池板的情况下， 电池板组串可视为电池板的简单叠加。 当前后排造成的遮挡没有覆盖组串内所有电池板的情况下，该组串可以视为正常电池板和遮挡电池板的串联模型，按照相似的方式进行分析。3.4 局部遮挡对于组串式和集中式大机发电量的影响以横向排布为例，由于电池板上下层占比为 1 ： 1 ，因此，当出现局部遮挡时，对于集中式大机方案，电池方阵的输出可以等效为图 8 所示的功率曲线和正常的功率曲线相并联的模型，并联后的 MW 方阵输出功率曲线如下图 10 所示。其中红线为局部遮挡的组串，对应横向布置的下排组串，黑线为无遮挡组串，对应横向布置的上层组串，蓝线为二者 1： 1 并联后的总输出电压 / 电流曲线。从图中可以看出，遮挡组串的最大功率点位于 U1 处，未遮挡组串的最大功率点位于 U2 处，两者并联后的最大功率点位于 U3 处。组串式方案中，逆变器可以分别追踪各组串的 MPPT 点，对应 U1 和 U2 。而在集中式大机方案中，只能将并联后的组串作为一个整体进行 MPPT 跟踪，这样工作点将位于 U3 ， 该工作点对于受遮挡组串和未受遮挡组串来说， 均不是其最大功率点，因此集中式方案将导致功率损失。 因此，即使在横向布置的方式下，能够对组串进行独立 MPPT 跟踪的组串式方案也能够提升系统发电量。4. 总结通过原理分析与实际测试可得到如下结论：1. 当前后排电池板出现遮挡时，横向放置电池板比竖向放置电池板能输出更多功率。2. 未遮挡电池板组串和局部遮挡电池板组串并联在一起会形成多峰， 不可避免的出现部分功率损失。用多路 MPPT 分开单独追踪，电池板可输出更多功率。3. 局部遮挡电池组串的最大功率点电压是正常工作电压的 2/3 甚至 1/3 ，工作电压更宽的逆变器可以输出更多功率。当电池板横向放置时，多路 MPPT 能使遮挡电池组串与未遮挡电池组串分开追踪。 组串式逆变器由于工作电压范围宽， 组串单独跟踪， 可最大限度的让电池板输出功率。而集中式逆变器由于所有组串并在一起，没有遮挡的组串最大功率点在600V ，且工作电压在 400V 以下无法工作，基本不能使遮挡电池组串输出最大功率。在我国西北陕甘宁地区，冬季的 2~3 个月会存在早晚阴影遮挡。据统计，电池板竖向摆放因阴影遮挡每天损失发电量约 50~200 度 /MW ，电量损失约 3% ，长期运营下来其电量损失对业主来说不是一笔小数目。 而横向放置和竖向放置从支架到施工成本基本相同， 电池板间直流线缆理论上横向相比竖向略长， 电池板间连线横向为 1.64 米，而竖向为 1 米。 但电池板出厂时往往都按一种规格发货， 自带线缆可满足竖向和横向排布， 这种情况下成本差异很小。所以， 在光伏电站中， 电池板横放且使用组串式逆变器在早晚遮挡时相对电池板竖向摆放能够提供更多的输出功率，从而提升发电量，增加光伏电站的经济效益。