摘要:本文以某光伏电站为例,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、方阵最佳倾角的关系,具有一定的实践指导意义,仅供参考。
关键词:光伏组件;排列方式;排间距;最佳倾角
1.方位角、倾角的选择
根据相关资料分析,某工程代表年水平面辐射见下表:
工程场地较为平整,为充分利用太阳辐射,组件采取0度方位角正南布置。水平倾角选取全年斜面辐射量最大值时的倾角布置。最佳倾角的计算,根据国际上公认的Klien和Theilacker提出的计算倾斜面上月平均太阳辐照量的方法,计算出不同倾斜面上的月平均太阳辐照量,然后进行比较,得出全年最大太阳辐照量所对应的倾角。结果如下表:
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 年总量 水平面 158.58 246.98 368.48 478.17 636.65 675.69 779.04 692.39 528.15 341.55 208.39 141.77 5255.84
表1.1-1某工程代表年标准月辐射量
水平面 33°倾角 34°倾角 35°倾角 36°倾角 37°倾角 1月 158.58 266.72 268.96 271.19 273.42 275.65 2月 246.98 372.96 374.98 378.00 380.02 382.03 3月 368.48 465.37 466.49 467.60 468.72 469.84 4月 478.17 522.72 521.64 521.64 520.56 519.48 5月 636.65 630.54 628.31 624.96 622.73 619.38 6月 675.69 637.20 633.96 630.72 626.40 623.16 7月 779.04 752.18 747.72 744.37 739.91 735.44 8月 692.39 738.79 737.68 735.44 733.21 730.98 9月 528.15 657.72 658.80 659.88 660.96 660.96 10月 341.55 491.04 493.27 496.62 498.85 501.08 11月 208.39 355.32 358.56 361.80 363.96 367.20 12月 141.77 256.68 260.03 262.26 264.49 266.72 年总量 5255.84 6147.25 6150.38 6154.49 6153.23 6151.93
表1.1-2 场址所在地太阳能辐射量在不同倾角斜面上的比较(兆焦/平方米)
上表的计算结果表明:方阵倾角在35°时,总辐射量最大,确定太阳能光伏阵列最佳安装倾角为35°。
2.阵列排布比选
2.1 组串方案
若某工程选用通用型逆变器。逆变器最大功率跟踪电压为500~850V,最大直流输入电压为1000V。根据该电压值,与串联回路在连接19~23只组件后工作电压的计算值进行比较;电池组件的工作电压和开路电压随温度变化的区间为-30ºC~85ºC;在满足光伏组件能当地的温度环境工作的前提下,根据光伏组件的峰值功率电压、开路电压以及温度系数等性能指标,可得出不同串联回路的工作电压如下表所示:
表2.1 不同串联回路的工作电压(-30ºC至85ºC电池温度下)
序号 串联回路组件数量 逆变器输入端工作电压(V) 逆变器输入端开路电压(V) 1 19 476.95~702.64 576~848.55 2 20 502.05~739.62 606.31~893.21 3 21 527.15~776.6 636.63~937.87 4 22 552.26~813.58 666.94~982.54 5 23 577.36~850.56 697.26~1027.2
选用的逆变器的MPTT电压跟踪范围为:500V~850V,允许的最大直流开路电压为1000V。当组串件数为21或22的时候,能够满足逆变器要求。
对串联回路组件数量为21和22两个方案进行比选。
方案一:串联回路组件数量为22,一级阵列需11*4布置,尺寸为18450mm*4058mm,见下图。工程共需布置1750个一级阵列。
图2.1-1 方案一阵列布置图
方案二:串联回路组件数量为21,一级阵列需14*3布置,尺寸为23490mm*3036mm,见下图。工程共需布置1840个一级阵列。
图2.1-2方案二阵列布置图
2.2 组件布置及间距设计
光伏阵列前后排之间必须保持一定距离,以免前排阵列挡住后排阵列的阳光。因此,需要确定前后排方针之间的最小距离。两排阵列之间最小距离的示意图如图所示。
图2.2-1 两排阵列之间的距离示意图
图中,L为一级光伏阵列斜平面高度,H为一级光伏阵列水平高度,B为安装倾角,a为太阳高度角,c为太阳方位角,r为太阳入射线水平面上投影在后排阵列之间的长度,d为前排阵列阴影长度,D为阵列之间的间距,e为阵列阴影在东西方向的影响长度。
按上述几何关系,运用三角函数,可得d、D值计算公式如下:
式中:ω——时角(与正常发电时间有关);
δ——太阳赤纬角(在冬至日-23.45℃至夏至日+23.45℃范围内变化);
φ——纬度(工程站址地处北纬44°);
s ——阴影系数,s=d/H。
工程地处北半球,最小间距确定原则是,冬至日的正常发电时间内,后排的阵列不应被前排阵列遮挡。正常发电时间根据太阳能辐射观测数据确定。
首先计算支架高度,对于多晶硅组件,光伏板之间留30mm间隙,斜面总长为4058mm,选取9:00~15:00时间区间,经计算方案一阵列南北向间距为12.5m;方案二阵列南北向间距为9.5m。
光伏电场东西侧围墙阴影在东西方向的影响长度e,与当地地形高度h的比值s,可作为东西向阴影系数。根据几何关系,运用三角函数,可得s计算公式为:
考虑到当地地形的地势,光伏阵列的东西向间隔按0.5m考虑。
2.3 土地利用率分析
方案一单个一级阵列容量11.44kW,1MW需88个一级阵列,占地约2.2万平方米,见下图。某工程占地约47万平方米。
方案二单个一级阵列容量10.92kW,1MW需92个一级阵列,占地约2.3万平方米,见下图。工程占地约51万平方米。
图2.3-1方案一1MW方阵布置图
图2.3-2方案二1MW方阵布置图
综上,为减少土地面积,提高土地利用率,方案一予以采用。
2.4 建议
另外,工程的红线范围面积约66.67万平方米,比方案一用地多20万平方米,建议业主充分利用这部分面积布置组件,可提升安装容量约7MW,为业主增加收益。
论文作者:王涌
论文发表刊物:《基层建设》2015年32期
论文发表时间:2016/10/24
标签:阵列论文; 倾角论文; 电压论文; 组件论文; 光伏论文; 方案论文; 回路论文; 《基层建设》2015年32期论文;