平單軸跟蹤支架高度對(duì)雙面光伏組件發(fā)電量的影響

隆基樂葉光伏科技有限公司 ■ 馬競(jìng)濤

0 引言

2018年，全球商業(yè)型光伏電站井噴式爆發(fā)，度電成本[1]的概念已被全球光伏能源市場(chǎng)投資人認(rèn)可。隨著我國(guó)光伏“領(lǐng)跑者”基地的逐步建設(shè)，雙面光伏組件的商業(yè)應(yīng)用被推向高潮，有研究表明，將雙面光伏組件與平單軸跟蹤支架相結(jié)合，能大幅提高光伏組件發(fā)電量[2]，降低度電成本。本文選擇了3個(gè)典型地區(qū)的在建或已建光伏電站項(xiàng)目，通過PVsyst軟件分析了在不同太陽輻射量和地面反射率時(shí)，平單軸跟蹤支架的高度對(duì)雙面光伏組件發(fā)電量的影響。

1 項(xiàng)目概述

本文所選擇的3個(gè)項(xiàng)目地點(diǎn)分別是埃及的阿斯旺(24.41°N、32.70°E)，年水平輻射量為2350 kWh/m2；阿根廷的卡塔馬卡(29.22°S、65.07°W)，年水平輻射量為1888 kWh/m2；中國(guó)的合肥(31.86°N、117.23°E)，年水平輻射量為1252 kWh/m2。這3個(gè)項(xiàng)目的地理位置和所在地輻射量都具備一定的代表性。

目前，關(guān)于發(fā)電量模擬測(cè)算的軟件主要有RETScreen、PV*SOL、PVsyst等[3]，通過與大量實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，PVsyst的發(fā)電量模擬結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性，被廣泛認(rèn)可。本文所選擇的技術(shù)設(shè)計(jì)方案均依據(jù)3個(gè)已建或在建光伏電站項(xiàng)目為背景進(jìn)行設(shè)計(jì)，以3 MWp的光伏裝機(jī)容量為例，采用370 Wp的PERC雙面單晶硅光伏組件、2500 kW集中式逆變器及-60°～60°平單軸跟蹤支架[4]，并以PVsyst 6.7.3版本來計(jì)算光伏發(fā)電系統(tǒng)首年發(fā)電量及系統(tǒng)效率(PR)[5]。

計(jì)算逐年發(fā)電量時(shí)，假設(shè)系統(tǒng)年限內(nèi)每年發(fā)電量與年系統(tǒng)效率的比值都相等，且系統(tǒng)效率年均衰減與組件年均衰減相等[6]，以此思路計(jì)算的結(jié)果經(jīng)過項(xiàng)目實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證，其偏差在投資商或承包商允許范圍內(nèi)，相對(duì)合理。

地面反射率為太陽輻射經(jīng)過地面反射后的輻射量與太陽總輻射量的比值[7]，本文選取典型地面反射率20%、30%及40%進(jìn)行光伏系統(tǒng)發(fā)電量計(jì)算；支架高度此處定義為光伏組件中心點(diǎn)距離地面的高度，本文以1 m為最低高度，每次增加0.5 m，最終增至3.5 m，針對(duì)各高度下的發(fā)電量進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。

2 系統(tǒng)發(fā)電量計(jì)算結(jié)果對(duì)比

1)通過建立雙面光伏組件和平單軸跟蹤支架模型，模擬的埃及阿斯旺的光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體設(shè)置如圖1和圖2所示。

圖1 PVsyst模擬的雙面光伏組件平單軸跟蹤支架模型

圖2 PVsyst模擬的雙面光伏組件數(shù)據(jù)模型

通過模擬計(jì)算光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量可以發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)的首年的系統(tǒng)效率與發(fā)電量隨著支架高度的增加而增加；但當(dāng)支架高度大于3.0 m后，系統(tǒng)效率和發(fā)電量趨于不變。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

當(dāng)支架高度小于等于3.0 m時(shí)，隨著支架高度的增加，該系統(tǒng)的首年發(fā)電量和25年總發(fā)電量的增長(zhǎng)率逐步減小；當(dāng)支架高度大于3.0 m時(shí)，二者的增長(zhǎng)率保持不變。當(dāng)?shù)孛娣瓷渎试龃髸r(shí)，首年發(fā)電量和25年總發(fā)電量的增長(zhǎng)率也隨之變大，但增長(zhǎng)率曲線變化趨勢(shì)不變。具體如圖3所示。

表1 模擬的埃及阿斯旺的光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同地面反射率及支架高度時(shí)的系統(tǒng)效率及發(fā)電量情況

圖3 模擬的埃及阿斯旺的光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同地面反射率及支架高度時(shí)的系統(tǒng)發(fā)電量情況

2)根據(jù)阿根廷卡塔馬卡地區(qū)的情況建立上述光伏發(fā)電系統(tǒng)模型，并測(cè)算其首年發(fā)電量和25年總發(fā)電量，結(jié)果如表2和圖4所示。

表2 模擬的阿根廷卡塔馬卡的光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同地面反射率及支架高度時(shí)的系統(tǒng)效率及發(fā)電量

圖4 模擬的阿根廷卡塔馬卡的光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同地面反射率及支架高度的系統(tǒng)發(fā)電量情況

由表2和圖4可以看出，當(dāng)支架高度小于等于3.0 m時(shí)，系統(tǒng)首年發(fā)電量和25年總發(fā)電量隨著支架高度的增加而增加；當(dāng)支架高度大于3.0 m后，首年發(fā)電量趨于不變，25年總發(fā)電量變化較??；但對(duì)比不同地面反射率時(shí)的發(fā)電量增長(zhǎng)率可以發(fā)現(xiàn)，隨著地面反射率的增大，支架高度對(duì)發(fā)電量增長(zhǎng)率的影響不大，這與模擬的埃及阿斯旺項(xiàng)目的結(jié)果不同。

3)根據(jù)中國(guó)合肥地區(qū)的情況建立上述光伏發(fā)電系統(tǒng)模型，發(fā)電量結(jié)果和對(duì)比圖如表3和圖5所示。

由于該地區(qū)的輻射量遠(yuǎn)小于其他2個(gè)項(xiàng)目所在地的輻射量，因此系統(tǒng)發(fā)電量較低。隨著支架高度與地面反射率增加，該系統(tǒng)發(fā)電量增長(zhǎng)率曲線與模擬的埃及阿斯旺項(xiàng)目類似。

表3 模擬的中國(guó)合肥的光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同地面反射率及支架高度時(shí)的系統(tǒng)效率及發(fā)電量情況

圖5 模擬的中國(guó)合肥的光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同地面反射率及支架高度時(shí)的系統(tǒng)發(fā)電量情況

3 結(jié)論

本文借助PVsyst軟件，建立了3個(gè)典型地區(qū)的光伏發(fā)電系統(tǒng)模型，詳細(xì)分析了不同太陽輻射量和地面反射率時(shí)，平單軸跟蹤支架高度對(duì)雙面光伏組件發(fā)電量的影響，得出以下結(jié)論：1)當(dāng)支架高度在1.0～3.0 m時(shí)，隨著支架高度的增加，系統(tǒng)首年發(fā)電量及25年總發(fā)電量增益較明顯；當(dāng)支架高度在3.0 m以上時(shí)，支架高度的增加對(duì)發(fā)電量增益的影響不大。2)當(dāng)?shù)孛娣瓷渎试龃髸r(shí)，支架高度對(duì)雙面組件發(fā)電量增長(zhǎng)率的影響并不一定增大，這可能與其他因素有關(guān)。

希望本文能為采用雙面光伏組件的光伏電站在選取度電成本最低的平單軸跟蹤支架高度時(shí)提供參考。