固定式光伏阵列组件排列方式的研究

第34 卷 第S1 期 华电技术 Vol．34 No． S1 2012 年11 月 Huadian Technology Nov．2012 固定式光伏阵列组件排列方式的研究 顾菊明 ( 上海华港风力发电有限公司 ， 上海 201302) 摘 要 : 对光伏阵列基本单元 ( 光伏组件 ) 的排列方式进行了分析 ， 通过计算找出了纬度与方阵排间距 、方阵最佳倾角 、 影子系数的关系 ， 得出了在考虑光伏方阵组件布置时宜优先考虑竖排方案的结论 。 关键词 : 光伏发电 ; 光伏组件 ; 排列方式 ; 纬度 ; 排间距 ; 最佳倾角 ; 影子系数 中图分类号 : TM 615 文献标志码 : A 文章编号 : 1674 －1951( 2012) S1 －0089 －02 收稿日期 : 2012 －08 －20 0 引言 目前 ， 在能源短缺的现状下 ， 各国都加紧了发展 光伏产业的步伐 。我国已将新能源产业上升为国家 战略产业 ， 未来 10 年拟加大对包括太阳能在内的新 能源产业的投资 ， 以减少对石化能源的依赖并降低 碳排放量 。 随着国内光伏产业规模的扩大和技术的提升 ， 光伏发电成本正在逐步下降 ， 但相对于常规能源 ， 光 伏发电的成本还是偏高 ， 如何进一步降低成本 ， 实现 平价上网是光伏产业技术人员的重点研究内容 。 光伏发电规模化是指 : 将一定数量的单晶硅或 多晶硅电池组件搭建成光伏子串 ， 考虑子串横向之 间的运行间距以及前 、后排的间距 ， 从而形成一定规 模的光伏子阵 ( 通常为 1 MW) ， 多个光伏子阵的合 理排布形成所需安装容量的大型地面光伏阵列 。 1 并网光伏发电系统和光伏组件排列 太阳能光伏发电系统是通过太阳能电池将太阳 辐射能转换为电能的发电系统 ， 其运行方式主要有 离网运行与并网运行 2 大类 。 并网型光伏发电系统是目前光伏发电应用的主 要形式 ， 也是光伏发电规模化发展的方向 。并网型 光伏发电系统主要由太阳能光伏组件 、并网逆变器 、 交直流汇流箱 ( 柜 ) 和升压设备 、监控与保护设备 组成 。 大型地面光伏电站光伏组件的排布方式不但影 响光伏电站的占地和辅材用量 ， 而且影响光伏电站 的投资效益 ， 甚至会影响光伏电站的发电量 。 为了提高光伏发电系统的效益 ， 充分利用光伏 阵列产生的电能 ， 有必要对并网型光伏发电系统 ， 尤 其是大型地面光伏电站光伏组件的排列做具体 分析 。 目前 ， 光伏子串中光伏组件的排列方式主要有 横向排列和竖向排列 ， 如图 1 所示 。 图 1 光伏组件排列方式 2 光伏阵列前后间距 d 的计算 以北半球为例 ， 当光伏阵列安装倾角一定时 ， 光 伏阵列的方位角为零 ， 即面向正南所接受的太阳辐 射量最大 ， 阵列倾角确定后 ， 阵列前后排之间需留出 一定的距离 d， 以免出现阴影遮挡 。距离 d 的确定 遵循如下原则 : 冬至日的 9: 00—15: 00， 方阵前后排 之间应无阴影遮挡 。 图 2、图 3 为组件排间距的计算图 。图中 : h 为 光伏阵列高度 ; φ 方阵倾角 ; α 为太阳高度角 ; β 为太 阳方位角 。 图 2 组件排间距 d 的计算图 由参考文献 ［ 1］ 可知 d = 0．707h tan［ arcsin( 0．648cosω － 0．399sinω) ］ ，( 1) ·90· 华电技术 第34 卷 图 3 组件排间距 d 的平面计算图 式中 : ω 为当地纬度 。 根据参考文献 ［ 2］， 以干燥土地面为例 ， 光伏方 阵的最佳倾角为 φ = 0．0133 ω 2 + 0．469 ω + 0．148 。 ( 2) 以当前主流的多晶硅光伏组件 ( 即峰值功率为 235 W 的多晶硅组件 ) 为例 ， 单个光伏子串方阵按照 20( 2 ×10) 块光伏组件分为横排和竖排 2 个方案进 行布置 ， 组件之间间隙取 25 mm。当光伏组件横排 布置时 ， 光伏串方阵尺寸为 2． 005 m ×16． 725 m; 当 光伏组件采取竖排布置时 ， 光伏串方阵的尺寸为 3．325 m ×10．125 m， 根据式 ( 1) 和式 ( 2) 可以得到 不同纬度下方阵的排间距 ， 见表 1。 表 1 不同纬度下的方阵排间距 m 排列 方式 不同纬度下的方阵排间距 15° 20° 25° 30° 35° 40° 竖排 0．7 1．1 1．8 2．7 4．0 6．1 横排 0．4 0．7 1．1 1．6 2．4 3．7 3 方阵的影子系数 每排方阵的投影面积与方阵斜面积之比为面积 影子系数 ζ S ， 则 ζ S = hcotφ + d h/sinφ ， ( 3) 将式 ( 1) 带入式 ( 3) ζ S = sinφcotφ + 0．707sinφ tan［ arcsin( 0．648cosω － 0．399sinω) ］ 。( 4) 由式 ( 4) 可知 ， 光伏方阵的面积影子系数 ζ S 与 方阵的尺寸无关 ， 即与方阵的排列方式无关 ， 但与光 伏方阵所在的纬度和方阵倾角有关 。 根据式 ( 2) 可以得到各纬度下方阵的最佳倾 角 ， 并由此得到各纬度下光伏方阵的面积影子系数 ζ S ， 见表 2。 表 2 不同纬度下的方阵最佳倾角和影子系数 项目 纬度 ω/( °) 15 20 25 30 35 40 最佳倾 角 /( °) 10．2 14．8 20．2 26．2 32．9 40．2 影子系数 1．2 1．3 1．5 1．7 2．1 2．6 由以上分析可知 ， 纬度越高 ， 光伏方阵前后排之 间要求的排间距 d 越大 ， 且竖排方案排间距比横排方 案排间距要大 ; 光伏方阵的面积影子系数也随着纬度 的增高而增大 ， 且理论上与方阵的排列方式无关 。也 就是说 ， 光伏方阵所在的纬度和方阵倾角一定时 ， 在 考虑排间距 d 的前提下 ， 若整个光伏方阵光伏组件紧 密布置 ， 则无论是横排还是竖排 ， 光伏方阵的占地大 小都是不变的 。但是 ， 在光伏方阵的实际布置中 ， 方 阵四周以及中间必须考虑合理的运行和运输通道 ， 在 无遮挡的情况下方阵中也必须留出布置逆变房和箱 式变压器等建筑物的场地 。因此 ， 光伏方阵道路的设 置及逆变房 、箱式变压器等建筑物的布置将成为决定 整个光伏方阵最终占地大小的关键 。 虽然竖排方案的斜面长度要大于横排方案 ， 但对 钢结构影响并不大 ， 反而是方阵的横向尺寸长 ， 钢结构 和土建用料相应会增加 。因此 ， 在考虑光伏方阵组件 布置时宜优先考虑竖排方案 ， 一方面给光伏方阵排间 留出一定的检修通道 ， 另一方面可节省辅材用料 。 另外需要指出的是 ， 当光伏方阵场址所在地积 灰比较严重时 ， 则需要单独考虑 。因为光伏组件一 般由一定数量的电池片串联而成 ， 为了避免热斑效 应的发生 ， 干电池片串联之后 ， 通常会沿光伏组件的 长度方向设置一个旁路二极管 ; 若光伏方阵场址所 在地积灰严重 ， 那么以固定倾角安装的光伏阵列在 斜面的底部积灰会比较严重 ， 形成一定程度的热斑 效应 ; 若组件竖排 ， 则受影响的电池片相比横排会更 多 ， 进而影响整个光伏方阵的发电量 。 因此 ， 当光伏方阵所在场址积灰比较严重时 ， 应 综合考虑各因素后决定是否采用竖排布置方案 。 4 结束语 大型光伏方阵中最小的子阵是由一定数量的光 伏组件通过横排或竖排组成的光伏串子阵 ， 光伏串 子阵的竖排方案节省辅材用量 ， 进而节省投资 ， 故宜 优先考虑 。但是在某些特殊地区 ， 则需综合考虑后 再确定是否采用竖排方案 。 参考文献 : ［ 1］ 日本太阳光发电协会 ． 太阳能光伏发电系统的设计与施 工 ［ M］ ． 北京 : 科学出版社 ， 2004． ［ 2］ 杨刚 ， 陈鸣 ， 陈卓武 ． 固定式光伏阵列最佳倾角的 CAD 计 算方法 ［ J］ ． 中山大学学报 : 自然科学版 ， 2008， 47( S2) : 165 －169． ［ 3］ 吴永忠 ， 邹立珺 ． 光伏电站太阳能电池阵列间距的计算 ［ J］ ． 新能源及工艺 ， 2011( 1) : 39 －40． (编辑:刘芳) 作者简介 : 顾菊明 ( 1963—) ， 男 ， 上海人 ， 工程师 ， 从事机电 、新能 源技术管理方面的工作 ( E-mail: gujuming@163． com) 。 第S1 期 Abstracts ·95· 12 － S1 －77 Reformation of continuous emission monitoring system for denitration flue gas of 660 MW ultra supercritical unit ZANG Xudong( Wangting Power Plant， Suzhou 215155， Chi- na) Abstract: The measurement principle and the system composi- tion of the denitration flue gas continuous emission monitoring system ( CEMS) were introduced． The features and applicable places of the direct inserting type analyzer and the extract type analyzer were analyzed． The common faults， the existing prob- lems in operation and the maintenance characteristics of CEMS were expounded． Key words: ultra supercritical unit; flue gas denitration; flue gas continuous emission monitoring system ( CEMS) ; direct in- serting type analyzer; extract type analyzer; system reformation 12 － S1 － 81 Comparison of traditional boiler makeup water treatment process with membrane method treatment process YE Xiaowei， HUA Jingfang( Shanghai Huadian Minhang Ener- gy Company Limited， Shanghai 201108， China) Abstract: The boiler makeup water system of a power plant is an important auxiliary system for safe operation of the power plant． The quality of makeup water influences on the stable and reliable operation of the unit directly． By analysis of practical example， the traditional process and the membrane method process of boil- er water treatment system were compared with each other． The advantages of the membrane method process were summarized and concrete suggestions were given． Key words: boiler; water treatment system; traditional process; membrane method process; comparison 12 －S1 －83 Comparison between gas distributed system heat supply scheme and separated gas boiler heat supply scheme HUA Jingfang， YE Xiaowei( Shanghai Huadian Minhang En- ergy Company Limited， Shanghai 201108， China) Abstract: The gas distributed system centralized heat supply scheme and the gas boiler heat supply scheme were compared with each other． The energy efficiency， the environment protec- tion performance， the economic efficiency and the development prospect of the two schemes were analyzed． According to the analysis， it was considered that in the reformation of substituting for middle and small coal-fired heat-supply boilers by clean en- ergy sources， it is more advantageous to select scheme of the gas distributed system centralized heat supply． Key words: energy conservation and emission reduction; distrib- uted system; gas boiler; heat supply; economical efficiency; supportive policy 12 －S1 －86 Research on technical scheme of bio- mass power generation project in Shanghai Chong- ming XU Zhonghua( Shanghai Huadian Minhang Energy Company Limited， Shanghai 201108， China) Abstract: In order to realize the beginning of the biomass energy project in Shanghai， the Shanghai Branch of China Huadian Cor- poration plans to construct the agricultural wastes comprehensive processing and use center in the Chongming Country of Shanghai and to construct a biogas power generation project by use of the straw and the livestock excrement． The biomass energy resources of the Chongming Country and utilization situation were ana- lyzed． The process flow of biogas preparation， the centralized biogas supply and the power generation was introduced， and the design schemes of various systems were described． After the completion of the project， the biological resources will be uti- lized effectively， and the environmental quality will be im- proved． Key words: power generation; biomass energy; straw power generation; livestock excrement; biogas preparation and power generation; scheme 12 － S1 － 89 Research on arrangement mode of modules of fixed photovoltaic array GU Juming( Shanghai Huagang Wind Power Generation Compa- ny Limited， Shanghai 201302， China) Abstract: The arrangement mode of the basic units of the photo- voltaic array ( photovoltaic modules) was analyzed． The relation- ship of the geographic latitude with the interval between rows of the array， the optimum tilted angle of the array and the shadow coefficient was found by calculation． A conclusion was obtained that in selection of the modules arrangement mode of a photovol- taic array， must give certain priority to the scheme of vertical ar- rangement． Key words: photovoltaic power generation; photovoltaic module; arrangement mode; geographic latitude; interval between rows; optimum tilted angle; shadow coefficient