光伏組件的串聯(lián)數(shù)量及環(huán)境溫度影響分析

摘 要：太陽(yáng)能電站光伏組件的串聯(lián)數(shù)量受到組件的峰值功率、組件的溫度系數(shù)、場(chǎng)區(qū)溫度以及逆變器的技術(shù)參數(shù)等因素的影響，在按國(guó)家規(guī)范計(jì)算組件串聯(lián)數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了環(huán)境溫度對(duì)光伏組件串聯(lián)數(shù)量的影響。

關(guān)鍵詞：光伏組件；串聯(lián)數(shù)量；環(huán)境溫度

1 概述

設(shè)計(jì)光伏組件的容量大小以及其方陣的排布連接是光伏發(fā)電中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》提供的公式，計(jì)算的光伏組件輸出功率是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的峰值輸出功率，但在實(shí)際使用過(guò)程中，光伏組件的輸出會(huì)受到外界環(huán)境的影響而不斷降低，灰塵、積雪的覆蓋、組件性能的衰減、逆變器的轉(zhuǎn)換效率、設(shè)備損耗等都會(huì)降低光伏組件的輸出。同時(shí)，日照、氣象等環(huán)境條件不可能與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下相同，需要對(duì)計(jì)算結(jié)果根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件作出修正。光伏組件的輸出功率與光伏組件的串聯(lián)數(shù)量有關(guān)，組件電池片的電壓在光照條件下會(huì)隨著溫度的升高而降低，從而導(dǎo)致光伏組件的電壓會(huì)隨著溫度的升高而降低。文章在根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析了環(huán)境溫度變化對(duì)光伏組件輸出功率影響。

2 設(shè)備參數(shù)及選型

2.1 光伏組件

目前市場(chǎng)占有率比較大的單晶硅光伏組件，技術(shù)比較成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，市場(chǎng)產(chǎn)能較大而且價(jià)格比較便宜。項(xiàng)目擬選用單晶硅光伏組件，以其技術(shù)參數(shù)為例進(jìn)行光伏電站光伏組件電池串聯(lián)數(shù)的計(jì)算。

根據(jù)《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》，單晶硅電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率不低于15.5%，衰減率1年內(nèi)不高于3%，25年內(nèi)不高于20%。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商并網(wǎng)型光伏組件主流峰值功率大多數(shù)在185Wp～325Wp之間，以265Wp～275Wp居多。項(xiàng)目擬定裝機(jī)20MW，考慮到組件數(shù)量多，占地面積大，應(yīng)優(yōu)先選用單位面積功率大的光伏組件，以減少占地面積、電纜用量和組件間的接觸點(diǎn)，降低系統(tǒng)損耗和投資。因此，項(xiàng)目擬選用275Wp單晶硅光伏組件，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1：

表1 單晶硅光伏組件技術(shù)參數(shù)表

2.2 逆變器

根據(jù)光伏組件的選型，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H氣候條件和地理環(huán)境特征，考慮光伏組件與逆變器選型的匹配性，項(xiàng)目選用500kW/臺(tái)的逆變器，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2：

表2 逆變器主要技術(shù)參數(shù)表（輸入側(cè)）

3 光伏組件的串聯(lián)數(shù)計(jì)算

根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50979-2012），光伏組件的串聯(lián)數(shù)量的計(jì)算公式如下：

上兩式中：Vdcmax為逆變器允許的最大直流輸入電壓（V）；Vmpptmax為逆變器MPPT電壓最大值（V）；Vmpptmin為逆變器MPPT電壓最小值（V）；V∞為光伏組件的開路電壓（V）；Vpm為光伏組件的工作電壓（V）；Kv為光伏組件的開路電壓溫度系數(shù)；K'v為光伏組件的工作電壓溫度系數(shù)；t為光伏組件工作條件下的極限低溫（℃）；t'為光伏組件工作條件下的極限高溫（℃）；N為光伏組件的串聯(lián)數(shù)（N取整數(shù)）。

經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，光伏組件的串聯(lián)數(shù)19？燮N？燮22，在此基礎(chǔ)上需根據(jù)區(qū)域氣候條件、光伏組件的技術(shù)參數(shù)、逆變器MPPT的電壓范圍，計(jì)算不同工況下光伏組件可能達(dá)到的開路電壓。

單個(gè)275Wp光伏組件可能最高開路電壓為38.08V，當(dāng)22組串聯(lián)時(shí)開路電壓為837.76V，小于逆變器MPPT最大電壓850V，滿足運(yùn)行要求。

4 討論

考慮太陽(yáng)電池組件的溫度系數(shù)影響，隨著太陽(yáng)電池組件溫度增加，開路電壓減小；組件溫度降低，開路電壓增大。為了保證逆變器在當(dāng)?shù)貥O限低溫條件下能夠正常連續(xù)運(yùn)行，在計(jì)算電池板串聯(lián)電壓時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐淖畹铜h(huán)溫進(jìn)行計(jì)算，得出串聯(lián)的電池個(gè)數(shù)和直流串聯(lián)電壓。

在計(jì)算過(guò)程中溫度參數(shù)常取距離電站最近氣象站的多年統(tǒng)計(jì)資料，但氣象站多位于近郊或城區(qū)，電站則多位于遠(yuǎn)郊或山區(qū)，若二者海拔差距不大，由于熱島效應(yīng)，氣象站記錄的溫度一般高于電站3℃左右；若二者海拔差距較大，由于氣溫直減率影響，海拔每升高100m，溫度還要下降0.65℃左右。

還有，計(jì)算公式中的溫度是光伏組件工作條件下的極限溫度，而一天之內(nèi)的最低氣溫出現(xiàn)在當(dāng)?shù)厝粘銮傲璩?時(shí)左右，而這段時(shí)間光伏組件是不工作的，所以光伏組件工作條件時(shí)的極限低溫要高于氣象站的全天極限低溫。同時(shí)，由于光伏組件接收的太陽(yáng)短波輻射，當(dāng)?shù)?2時(shí)左右最強(qiáng)；環(huán)境溫度主要受地面長(zhǎng)波輻射影響，當(dāng)?shù)?4時(shí)左右最高，一天當(dāng)中光照最強(qiáng)的時(shí)段并不是溫度最高的時(shí)段。同時(shí)由于季節(jié)變化，每天日出日落的時(shí)間也是不斷變化的，從而導(dǎo)致當(dāng)?shù)孛刻斐霈F(xiàn)最高、最低溫度的時(shí)間也是隨季節(jié)按年不斷變化。

在滿足MPPT電壓及最大開路電壓的前提下，串聯(lián)數(shù)量越多，所需匯流箱數(shù)量越少，組串間并聯(lián)所需電纜長(zhǎng)度相應(yīng)減少，投資減少，線損降低，增加發(fā)電量，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性能變好，但串聯(lián)數(shù)量受到項(xiàng)目場(chǎng)址的極端低溫、組件的峰值功率、組件溫度系數(shù)等因素的影響。因此，《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦的公式并不是所有條件都適用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要將計(jì)算結(jié)果根據(jù)項(xiàng)目所在地的條件，進(jìn)行修正后再確定適合當(dāng)?shù)亟M件的串聯(lián)數(shù)量，在滿足逆變器最高輸入電壓的前提下，應(yīng)盡量選擇最大的組件串聯(lián)數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]顧菊明.固定式光伏陣列組件排列方式的研究[J].華電技術(shù)，

2012，34（S1）：89-90.

[2]GB50797-2012.光伏制造行業(yè)規(guī)范條件[S].