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彩鋼瓦屋頂南坡和北坡的光伏系統(tǒng)效率PR一樣嗎?
作者: 編輯: 來源: 發(fā)布日期: 2019.12.03
信息摘要:
每個光伏系統(tǒng)設計師都會經(jīng)常性的設計彩鋼瓦屋面的分布式光伏電站,計算光伏電站的理論發(fā)電量,必然會用到光伏系統(tǒng)效率PR(erformacerat…
每個光伏系統(tǒng)設計師都會經(jīng)常性的設計彩鋼瓦屋面的分布式光伏電站,計算光伏電站的理論發(fā)電量,必然會用到光伏系統(tǒng)效率PR(performance ratio),不過一個屋頂光伏電站常常用一個PR理論值。那么,彩鋼瓦南坡、北坡的光伏系統(tǒng)效率PR值會一樣嗎?

大多數(shù)工程師直接反應是不一樣。有人給出的理由是:光照利用率也不一樣,電壓電流也不一樣;也有人說:因為南北坡的光伏方陣輸出電流不一樣,線損不一樣;還有朋友說:溫度也不一樣,功率也不一樣。三個觀點可以總結(jié)為一句話:因為南北坡光照利用率、溫度不一樣,導致光伏陣列輸出的功率、電壓、電流不一樣,因此線損也不同。也有光伏工程師第一反應是南北坡的光伏系統(tǒng)效率是一樣的,那么對照大多數(shù)工程師給出的南北坡存在多個差異的理由,說PR一樣的觀點可能就錯了。

如果光伏系統(tǒng)效率不一樣,那么差異在哪里呢?接下來用PVsyst軟件分析一下,南坡、北坡光伏陣列的系統(tǒng)效率差別。

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項目地點選擇了江蘇省南京市和山東省聊城市,兩個地點進行分析,在PVsyst軟件System里面建立500kW的光伏系統(tǒng)(系統(tǒng)由1臺sungrow 500kW的集中式逆變器和90串每串22塊JA solar280Wp光伏組件組成),在NearShading中建立工業(yè)廠房彩鋼瓦屋頂?shù)哪P?,在屋頂鋪設500KW的光伏組件。在工業(yè)廠房模型長寬、屋面角度設置過程中,以及光伏組件的傾角、排列設計,兩者應當結(jié)合起來,避免設計中兩者沖突和調(diào)整不方便。如,本項目案例設計中,光伏方陣設計時,光伏陣列為豎向雙排,前后陣列中心間距為4米,光伏組件的傾角為5度,光伏陣列的南北方向坡度為5度傾角,與屋面的角度(roof tilt angle)5度一致。(補充釋義:transverse slope 橫向坡度/斜率,軟件內(nèi)定義為南北向的坡度,設置為5度;注意另一項baseline slope為基線坡度/斜率,軟件定義為東西方向的坡度,這里的坡度均是用坡面和水平面之間的角度表示)。一排光伏陣列的支架單元設計為豎向雙排10個組串220塊組件,陣列的寬度和長度可以通過by modules設置豎向2塊組件X橫向110塊組件形成陣列尺寸為3.34mX111.21m。建筑物的參數(shù)設置為南北寬100米,東西長130米,屋面傾角5度,其他參數(shù)可默認。在detail losses 模塊,第一個選項卡Thermal parameter中,散熱模型選用Semi-integrated with air duct behind,因為彩鋼瓦上光伏組件平鋪在上面,屬于半封閉式的通風和散熱類型。

光伏方陣的單體模型和工業(yè)廠房的單體模型建好以后,調(diào)整兩者的相對問題,即可將光伏組件平鋪在彩鋼瓦屋面上,然后進行模擬。下一步,將光伏陣列的方位角由0度改為180度,光伏組件的朝向朝北,調(diào)整光伏陣列和工業(yè)廠房的相對位置,將組件平鋪在屋頂上,然后進行模擬。

兩次模擬結(jié)果進行對比分析,從全年損失項圖表(Report文件中最后loss diagram over the whole year)中可以看到:

備注:由于建模過程比較簡單,很多損失項(如組件質(zhì)量損失、交、直流部分線纜壓降損失)都是默認的且是相同的,沒有差異化,因此沒有考慮,也有一些損失項(灰塵及雨水遮擋引起的效率降低,變壓器效率損失,停機故障等)沒有設置,表中的PR數(shù)值較大,僅用于對比差異化分析。

通過表中對比差異項,我們可以看到,南坡和北坡,對光伏方陣的影響最大的是組件傾斜面接受到的輻射量(PR計算不包含該項影響,表中序號編為A以示區(qū)別)、IAM因子、溫度影響,其次是弱光產(chǎn)生的損失略有影響。由于北坡光伏組件朝北,不難理解接收到的輻射量比南坡少很多,太陽光照射在光伏組件表面,光線入射角偏大,IAM因子方面也存在不利;弱光效應方面,因弱光本身對發(fā)電量的貢獻不大,且弱光的輻射量占總輻射量的比例很小,因此弱光損失對南坡和北坡光伏系統(tǒng)效率PR的影響很小。相比之下,溫度損失項,對于北坡是有利的,由于光伏組件的功率輸出、開路電壓溫度系數(shù)均隨溫度的升高而降低,因此低溫有利于光伏系統(tǒng)效率的提升,北坡和南坡相比,存在溫度較低的優(yōu)勢。但各項損失對PR總體的影響值很小,只有0.1%,北坡的光伏系統(tǒng)PR效率略低一點。

進一步考慮現(xiàn)實中光伏電站的積雪、積灰。積雪跟季節(jié)有關,由于我國位于北半球,冬季吹的季風為西北風,北坡容易積雪,其次,在白天南坡向陽,陽光照射下,南坡的積雪容易提前融化掉,北坡積雪融化速度慢。在正常情況下,在光伏電站的南側(cè)或者北側(cè)都沒有建筑施工或者其他易揚灰的情況,應該說南側(cè)或者北側(cè)光伏組件表面情況是基本一致的。同樣從季節(jié)上考慮,冬季空氣干燥,空氣中灰塵較大,冬季吹西北風,北坡容易積灰。因此,在冬季有降雪的城市里,可以認為積雪和積灰造成北坡的PR效率要低于南坡,但在正常的光伏電站運維中,由于積雪、積灰造成的差異是非常小的。

從以上分析,可以得出結(jié)論,彩鋼瓦北坡的光伏系統(tǒng)效率PR值低于南坡,但是北坡和南坡的PR值差別很小,可以忽略不計。
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