太陽能電池方陣

太陽能電池方陣是太陽能光伏發電系統的重要組成部分。太陽能電池方陣的設計應滿足高效的能量輸出需求。當前實際套用的太陽能電池系統一般都採用固定式平板方陣,而且大多數都可認為年負荷是均衡分布的。

基本介紹

• 中文名：太陽能電池方陣
• 外文名：solar-cell array
• 領域：光伏系統
• 套用：太陽能發電
• 影響因素：傾角，排列方式

太陽能電池方陣的模型可以通過將太陽電池的基本單元模型進行串並聯組成。

在無電及電線架設不到的地區和偏遠的邊、海防哨所,獨立光伏系統得到了十分有效的套用,具有廣闊的前景。在獨立光伏系統的設計中,太陽能電池方陣和蓄電池容量設計是最基本的設計,對光伏系統的容量設計,除負荷情況外,特別要充分考慮太陽能電池方陣所處的環境條件:即現場的地理位置、太陽輻射能、氣候、地形和地物等.在一般的容量設計中,多數以氣象台提供的太陽每天總的輻射能量或每年的日照時數的平均值以及最長連續陰雨天作為設計的主要數據。

太陽能電池方陣的設計

設計太陽能電池方陣需要當地的氣象資料,尤其是當地最近10~20年太陽能年平均輻射量。最好能夠獲得逐月的太陽能總輻射量。太陽能電池方陣的安裝方式往往是垂直於太陽光的,有換算的問題。

針對冬季太陽能輻射量較少的特點,固定太陽能電池方陣的最佳傾角是其所在地緯度加5一10度。但如果某地夏季雨量較多,太陽輻射量最小月出現在夏季,則固定太陽能電池方陣的最佳傾角是緯度減5一or度。對於季節性負載,應考慮使負載用電期間的方陣輻射量為最大值時的傾角為最佳。如太陽能水泵灌溉系統,就應該考慮夏季為最大用電量,方陣傾角應小於當地的緯度。為了能夠充分利用太陽能資源,最好能將方陣支架設計為傾角可以調節的方式。

方陣的串聯數的確定:

根據蓄電池組的電壓決定太陽能電池組串聯的數量,如果太陽能電池組串聯數量太少,太陽能電池方陣輸出電壓太低,不能滿足蓄電池組正常充電的需要,太陽能電池組只有輸出電壓而沒有輸出電流。增加太陽能電池組的串聯數使方陣I一V曲線的最佳工作點與蓄電池組的浮充電壓相近,這時方陣能夠得到最大的功率輸出,隨著蓄電池組容量的逐漸充滿,端電壓也逐漸升高,充電電流趨向減小,這不是最理想的運行方式,考慮太陽能電池組輸出電壓隨著溫度的升高具有負特性,通常設計組件串聯數時留有一定的餘量。溫度每升高1℃時矽太陽能電池的開路電壓將下降.04%,填充因子也將隨著溫度的升高而減小,輸出功率也將減少.04%一.05%。除此以外還要考慮防反充二極體和連線導線的電壓降。

太陽能電池方陣並聯數的確定:

方陣並聯數主要取決於負載每天的總耗電量、當地年平均峰值日照時數、蓄電池組充電效率、方陣表面塵污遮蔽或組件老化引起的修正係數和方陣組合損失等因素。所計算的方陣最佳電流為總的蓄電池充電電流,除以每個串聯子方陣的最佳工作電流就是方陣的並聯數。考慮每年中最小月的太陽能總輻射量低於年平均太陽輻射量,因此通常採用進位法取整數值。將串聯數、並聯數和每個組件功率相乘,即為太陽能方陣總功率。

太陽能方陣之間距離的設計:

方陣的間距主要考慮冬季時太陽高度較低,後排方陣容易被前排遮擋,影響其輸出功率,所以,只要保證冬季不被遮擋,其他時間就不存在問題。即將實施的獨立光伏系統技術規範規定,為了確保在日出後或日落前3小時在冬至日後排方陣不被前排方陣遮擋,即保證全年每天中當地時間的上午9時至下午3時之間光伏組件無陰影遮擋。以某地緯度35“為例,前後排距離應該是前排高度的1.8倍。這是一年中冬至日的極端情況,實際套用時考慮方陣場地的限制及光伏電站的投資成本可適當放鬆。

安裝注意事項：

我國地處北半球,組件方陣的採光面應朝南放置,並與太陽光線垂直。在施工時最好使用指南針進行定位,確保其準確性。太陽能電池組件在安裝時要輕拿輕放,嚴禁碰撞、敲擊,尤其背面的TpT防止劃傷和劃破,以免影響其性能,縮短其壽命。太陽能電池方陣表面應經常保持清潔,如有灰塵或其他污物套用清水沖洗,尤其是鳥糞。沙塵暴和雪後應及時清掃。方陣支架應可靠接地,光伏發電系統如果安裝在高山上或開闊地帶,應安裝避雷針以防雷擊。並分別測量其接地電阻是否符合規定要求。太陽能電池串聯後開路電壓超過11ov時,在安裝時最好做好絕緣措施,防止發生觸電事故。

方陣最佳傾角設計

地面套用的獨立太陽能電池發電系統,方陣表面總是向著赤道方向相對地面傾斜安裝的。傾角不同時各個月份方陣面上接收的太陽輻射量差別很大。因此,確定方陣的最佳傾角是太陽能電池發電系統設計中不可缺少的重要環節。

利用太陽能一般總希望接收到的太陽輻射量最多,所以多取方陣的傾角等於當地的緯度,但這樣在夏天方陣發電量往往過盈而造成浪費,冬天則因發電量不足而形成蓄電池欠充。目前較普遍的觀點認為:所取方陣傾角應使全年輻射量最弱的月份能得到最大的太陽輻射量,因此推薦方陣傾角在當地緯度的基礎上再增加150~200。國外有的設計手冊提出設計月份以最小的12月(北半球)或6月(南半球)作為依據。但這樣會使夏季削弱過多而導致方陣全年得到的太陽輻射量偏小。

方陣傾角的選擇應結合以下要求綜合考慮：

（1）連續性
一年中太陽輻射總量大體上是逐月連續變化的,通常可由氣象資料查得某個地點的各月水平輻射總量(應取10a以上數據的平均值),據此可將水平輻射量較大的連續六個月稱“夏半年”,較小的連續六個月稱“冬半年”。新疆所處的地理位置“夏半年”多數為4一9月,“冬半年”多為10月到次年3月。若以H1和H2分別表示“夏半年”和“冬半年”方陣面上接收到的平均日輻射量,則相應於不同的傾角,H1和H2值均不一樣,在水平面上一般總有H1>H2。
（2）均勻性
選擇傾角時,最好能使方陣面上全年接收到的平均日輻射量比較均勻,比較接近,以免造成夏天較大的浪費。
（3）極大性
選擇傾角時,還應儘量使方陣面上“冬半年”的平均日輻射量達到最大值,但不一定要使水平輻射量最弱的月份得到最大的輻射量,同時兼顧到全年平均日輻射不能太小。

電池方陣的保護和監控

光伏電站異常、故障及發生非計畫孤島時,光伏電站繼電保護和安全自動裝置應能夠正確動作,保證電網的安全運行,確保維修人員和公眾人身安全。

在電網發生故障或電壓、頻率等異常時,光伏電站繼電保護和安全自動裝置應能夠正確動作,保障公眾人身、電網和電站設備安全。

光伏電站繼電保護和安全自動裝置包括逆變器保護、併網斷路器保護、升壓變壓器保護、故障解列、逆功率保護。