淺談架空電纜對光伏電站的影響

陸曉靜 林德順 鄒曉宇 吳星亮 陳圣金

摘? 要：根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50797—2012要求，光伏電站在設(shè)計(jì)排布時(shí)，需保證每天9：00～15：00不存在陰影遮擋。但在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，由于架空電纜相對較細(xì)，且距離光伏組件遠(yuǎn)近不一，往往容易被忽略，從而導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電量受到不同程度的損失。該文通過理論計(jì)算、軟件測算和現(xiàn)場試驗(yàn)3種途徑，來分析架空電纜對光伏電站的陰影損失影響，以期對光伏設(shè)計(jì)人員提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：架空電纜;陰影損失;PVsyst建模;3種途徑

中圖分類號(hào)：TN913? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著國家政策的引導(dǎo)和光伏行業(yè)技術(shù)水平的發(fā)展，光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐步進(jìn)入精細(xì)化設(shè)計(jì)階段。影響光伏電站收益最大的障礙便是陰影遮擋，產(chǎn)生陰影的原因多種多樣，除了灰塵、鳥糞、樹蔭等，還有一個(gè)最容易被忽視的就是架空電纜。

光伏電站中架空電纜、電線等線狀障礙物在光伏組件上形成的陰影，稱為“線狀陰影”。該文通過3種不同途徑，對光伏電站的“線狀陰影”進(jìn)行分析研究。

1 光伏電站陰影類別

光伏電站陰影損失主要有兩大類：遠(yuǎn)方遮擋和近處遮擋。

“遠(yuǎn)方遮擋”是由于距離光伏陣列較遠(yuǎn)的物體造成的陰影遮擋，象遠(yuǎn)處的高山、建筑物等。

“近處遮擋”是由于距離較近的障礙物在某些特定時(shí)間對光伏陣列造成遮擋，其影響的是部分組串。

陰影遮擋直接影響工作電流，進(jìn)而影響輸出功率。由于戶用系統(tǒng)中組件串聯(lián)形成組串，同一組串中電流相等，故即使架空電纜僅對部分組件造成遮擋，仍會(huì)導(dǎo)致整個(gè)光伏系統(tǒng)發(fā)電量的降低。

2 PVsyst建模分析

選取坐標(biāo)：杭州。利用PVsyst6.63建立一個(gè)10.26 kWp光伏并網(wǎng)模型，組件選用Astronergy-285 Wp，逆變器選用ChintPower-10 kW，坡度26°，正南朝向。

共36塊組件，18塊一串接入光伏并網(wǎng)逆變器。

建立近處陰影模型，Detailed，according to Module Layout中添加5根電纜。電纜參數(shù)設(shè)置為：長度50 m，直徑0.03 m。

分別設(shè)置電纜的位置場景為：①南北橫跨組件;②靠屋檐東西橫款組件;③南坡中間位置東西橫款組件，同時(shí)設(shè)置電纜不同的高度，得到相關(guān)數(shù)據(jù)，建模過程略。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可看出：①架空線纜對光伏系統(tǒng)輻照度和發(fā)電量有一定影響，南北橫跨距離1m時(shí)發(fā)電量損失最大≤5%。

②南坡中間位置東西橫款組件場景下，輻照度損失最大;但南北方向由于同時(shí)影響2個(gè)組串，造成的Electrical loss detailled module calc更大，使光伏系統(tǒng)的發(fā)電量損失更大。

③電纜貼著組件放置時(shí)，發(fā)電量損失不是最大，原因也是電纜置于其中一路組串，但對另一路組串影響不大。組串設(shè)計(jì)如圖2所示。

3 公式計(jì)算

由以上近似三角關(guān)系可得：

其中：

L：架空電纜距離組件表面最小距離。

Ls：日地距離=1.496×108km。

Ds：太陽直徑=1.392×106km。

代入以上公式得：不產(chǎn)生本影的最小距離L≈108d。

即當(dāng)電纜到組件表面距離大于電纜直徑的108倍后，將不產(chǎn)生本影（半影和偽本影依然存在）。

但對比上述PVsyst模擬結(jié)果可知，當(dāng)距離超過電纜直徑的108倍后，雖然無本影區(qū)產(chǎn)生，仍會(huì)造成一定的發(fā)電量損失。

因此不能簡單通過此倍數(shù)關(guān)系，來決定設(shè)計(jì)過程中是否考慮架空電纜的影響。

4 試驗(yàn)分析

由于缺少專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，試驗(yàn)條件有限，實(shí)驗(yàn)小組通過在真實(shí)電站人為架設(shè)電纜模擬對光伏系統(tǒng)的影響。但由于難以保證架空電纜及其高度是試驗(yàn)中的唯一變量，故以上數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高，僅供參考。但從中仍能看出架空線對光伏系統(tǒng)有一定影響。

5 結(jié)論

根據(jù)以上分析過程可得到以下結(jié)論：①架空電纜對光伏系統(tǒng)發(fā)電量影響在5%以內(nèi)，具體光伏組件距離越高影響越小。②光伏陣列中僅有一路MPPT時(shí)，南坡中間位置東西橫款組件時(shí)對光伏電站影響最大，當(dāng)距離足夠遠(yuǎn)時(shí)，各種情況影響趨于相同。③根據(jù)上述數(shù)據(jù)可看出，分析中建模電纜線徑為0.03 m，5根并排，當(dāng)架空電纜高度達(dá)到4 m以后，發(fā)電量損失在3%以內(nèi)，且實(shí)際情況中架空電纜直徑可能更小，即影響更小。

另外，光伏組件被架空電纜局部遮擋后，可能形成“熱斑”，影響組件壽命和光伏系統(tǒng)效率。

因此，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，看似微小的架空電纜依然不能直接忽略。但是為了充分利用場地，若財(cái)務(wù)測算中發(fā)電量損失3%亦能滿足要求的前提下，當(dāng)架空電纜高度在4 m以上時(shí)，基本可以忽略。

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