双面组件不同接线方式时一种串联失配计算方法的缺陷分析

  目前关于双面发电组件的研究主要集中在背面增益、发电影响因素以及不同支架系统的叠加分析,而对于组串接线方式对背面失配的分析较少。

  本文基于目前常见的两种组串接线方式,以青海格尔木为仿真地,对双面组件串联失配损失的一种计算方法及其缺陷进行了分析。

  组件串联的接线方式在工程项目上有一字型和C型,两种接线方式各有优缺点,一字型是单排组件相互连接形成一串,例如纵向双排安装的组件,上一排一串,下一排一串。

  优点是当前排组件遮挡后一排组件时,下一排产生阴影,而对上一排组件不产生影响,缺点是组串的正负极在支架的首尾,还需要额外增加较长的电缆形成回路。

  C型是上下两排组件形成一串,优点是正负极在同侧,电缆使用较少,缺点是当发生前后排阴影遮挡,上下排组件均会受到影响,失配损失较大。

  另外对于背面而言,上一排和下一排的辐射接收量不同,接入同一串会造成串联失配。

  组件的失配有多种原因,这里探讨的是不均匀性的入射光带来的失配。双面组件不同位置受到的辐照度不同,因此双面组件背面本身存在失配。

  另外,和常规组件一样,如果将双面组件串联,同一串里面的组件背面失配不同,对整个组串都会产生影响。

  例如多排横向安装的组件串,若使用C型接线方式,位置较高的上一排组件,背面接收的入射光要大于位置较低的下一排组件的背面辐射量。因此两个不同位置的组件接入同一串将会产生串联失配损失。

  在实际情况下,我们可以在户外安装两组对照方阵,其中一组采用一字型,另一组采用C型。

  行业内有提到用软件仿真的方法进行计算,笔者查阅了相关资料,文献中有提到使用PVsyst软件进行模拟的方法,并进行了研究,发现其中尚存在一些不足,具体以下面的案例进行分析。

  PVsyst软件版本是7.0.4,以青海格尔木为仿真地点,光伏组件选用隆基单晶半片双面组件,额定功率为455W,组件长度2.094m,宽度1.038m。

  以单个逆变器为仿线块,组件串联数未做优化计算,暂按20块一串,16串并联,接入华为组串式逆变器,逆变器的额定输出功率为160kW,系统容配比1.02,场景反射率30%。

  笔者曾尝试在Layout组件电气连接方式上进行变更,想得到两种接线方式的发电量对比,但是仿真结果显示发电量并无差异,所以这里再次尝试分解模拟的方法。

  1)首先,建立如图1至图3所示三种仿真场景,设置直流线)其次,在三维模型中将双面组件的正面全部100%遮挡,分别模拟双面组件背面的发电量。

  使用C字型接线方式时,组串到逆变器的回路平均长度为101.68米,使用一字型接线方式时,回路的平均长度为291.94米。可见使用一字型接线方式时的电缆使用量是C字型的两倍多。

  使用PVsyst计算后,在不考虑正面发电的情况下,仅仅是背面发电,C字形的全年线所示,一字型接线排组件的每千瓦全年发电量为284,第2排是305,采用C型接线方式单位千瓦的全年发电量为190。

  由表1数据可计算得到C型接线方式的组串失配率,全年组串失配率达到了30%以上。

  表1 两种接线方式时不同排双面组件背面的每kW全年发电量(单位:kWh/kW)

  双面组件的发电量是正面和背面的综合,而背面所接收到的有效辐射只是正面的13%左右。

  对于本案例,双面组件双排安装并采用C型接线方式串联时,背面失配对双面组件综合发电量的影响约为4.8%左右。如下图所示为各月的双面组件串联失配率。

  1)将横向双排拆解为单排阵列进行模拟,在前后间距不变的情况下,由于方阵的安装方式发生了变化,入射到地面的直接辐射不同。

  如下图所示,横向双排方式下入射到地面的直接辐射量为1020kWh/m2,而单排方式下为1473kWh/m2,两者相差30%。

  2)组件背面所接收的辐射除了地面反射辐射以外,还来自大气的散射辐射和斜射。

  对于横向双排而言,阵列的宽度为2.1m,而单排的阵列宽度为1.04m,阵列宽度不同,大气的散射辐射到达背面会受到阻挡的程度不同。

  单排方式比双排方式,组件背面接收的散射辐射要高一些,可估算得到一字型横向双排安装方式的散射辐射比例为7.92%,比C型接线小结

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