水平布板和最佳倾角布板辐射转化能力研究

林庆城， 张传名， 张涛

九州能源有限公司，广东 · 广州 510700

摘要：随着国内光伏行业的快速发展，分布式光伏电站开始遍布全国各地。对在行业中发挥关键作用的分布式光伏电站投资商而言，分布式光伏电站在设计生命周期中的投资回报率将成为关键。论文依托九州能源有限公司光伏应用科研项目采集到的数据，就水平布板和最佳倾角布板对辐射的转化能力及其主要影响因子展开分析。

Abstract：Along with the rapid development of domestic photovoltaic industry, distributed photovoltaic power plants began to spread all over the country. For distributed photovoltaic power station investors who play a key role in the industry, the return on investment of distributed photovoltaic power station in the design life cycle will be the key. Based on the data collected by the photovoltaic application research project of Jiuzhou Energy Company Limited, this paper analyzes the conversion ability of horizontal and optimal inclination panels to radiation and its main influencing factors.

关键词：水平布板；最佳倾角布板；辐射转化；经济性

Keywords：horizonal panels; optimal inclination panels; solar radiation conversion; economical performance

1 引言

目前，在工商业用户屋面采用的光伏组件支架形式，主要有塑料支架、双板横/纵向支架、纯檩条支架、彩钢瓦夹具支架等形式。其建设施工成本不同、运行维护成本不同、对阴影和高温的抵抗作用不同、面积利用率不同甚至对总辐射的有效转化能力也不尽相同[1]。本文就以上四种支架类型，依托四月到九月六个完整的月份的水平面总辐射、最佳倾角总辐射、环境温度、组件温度、MPPT电压电流等关键数据，就展示辐射转化能力、温度相关性与支架高度相关性展开分析。

2 实验方案描述

①实验数据每15min记录一次取值，主要实验数据流向如下：

第一，逆变器MPPT->逆变器通讯板->数据采集器->九州光伏云平台。

第二，环境监测传感器->环境监测仪->数据采集器->九州光伏云平台。

②涉及的实验仪器配置：

第一，三晶SuntrioPlus33K逆变器3台，额定输出功率30kW。

第二，锦州阳光PC-2-T2气象仪1台，配有14°倾角总辐射计、水平总辐射计、空气温度计、组件温度计、风速风向计、湿度气压计，标称误差小于5%。

第三，九州云平台和配套采集器一套，平均无故障时间＞10000h。

第四，无锡尚德电力STP280-20/Wfw高效多晶组件168片，标称公差+5W。

③实验布置方案：

第一，将纯檩条支架（水平，最低离地40cm）上的48块STP280-20/Wfw组件，分两路组串接入11号SuntrioPlus33K型逆变器的1号MPPT。

第二，将彩钢瓦支架（水平，距离彩钢瓦面10cm）上的96块STP280-20/Wfw组件，取其中48块，分两路组串接入1号SuntrioPlus33K型逆变器的1号MPPT。

第三，将双板横向支架（最佳倾角14°，最低离地40cm）上的48块STP280-20/Wfw组件，分两路组串接入19号SuntrioPlus33K型逆变器的1号MPPT。

第四，将塑料条支架（最佳倾角14°，组件最低离地10cm）上的24块STP280-20/Wfw组件，分两路组串接入11号SuntrioPlus33K型逆变器的2号MPPT。

第五，气象仪布置在楼梯间无阴影遮挡处。

第六，通讯异常、跳闸、逆变器故障数据不取。

3 实验结果展示

①在对上述各个类型光伏支架每kW装机容量每日发电量进行计算，其公式为：分日统计=支架对应组串所属MPPT每15min取值的直流电压(V)*支架对应组串所属MPPT每15min取值的直流电流(A)/4000/组串装机容量（kW）。曲线仅在4月中旬前和9月后体现了明显的发电量差异。总体数据上，最佳倾角布板，发电效率相较水平布板低1.41%。

②进一步展开数据，加入总辐射量的影响因素

同时考虑水平/最佳倾角总辐射量，及各倾角组件相对其倾角的辐射转化能力。

根据《中国-广东-广州日照长度和太阳高度角表》，4月1日至9月29日，太阳高度角从72°升至90°而后下降至64°。水平面总辐射逐渐明显低于最佳倾角总辐射。其单位为kWh/M²，由环境监测仪每15min得到的水平或最佳倾角瞬时辐射强度/4/1000得到推测的、当日的总辐射水平，结合支架对应组串所属MPPT每15min取值的直流电压(V)*支架对应组串所属MPPT每15min取值的直流电流(A)/4000/环境监测仪每15min得到的水平或最佳倾角瞬时辐射强度/4/1000得到相应的辐射转化效率[2]。

可以得出，水平布板相较最佳倾角布板，在夏季和秋季，辐射转化效率有较为明显的优势。

③再进一步地展开数据，加入温度的影响因素

考量发电效率与两组参数的关系：

第一，最高温度、最低温度、平均温度（气温）；

第二，最高温度、最低温度、平均温度（组件）。

如图1所示，可得出4月至9月，气温和组件温度逐渐上升，在辐射约强烈的时间点，组件温度升高较气温越明显。组件高度在辐射强烈、组件温度快速升高的情况下，对发电量有明显的正向增益。

图1

4 结语

在清洗得当的情况下，纯檩条支架相较彩钢瓦布板，在4月至9月的期间内，体现了3.86%的发电量优势。同时由于其布板密度大、转化效率高、支架成本低于传统双板横向支架，因此，在屋顶光伏项目采用纯檩条支架布板，具有明显的经济效益。

参考文献:

[1]陈志明,刘欢,宋凯,等.水光互补发电系统光伏板最佳倾角研究[J].环境工程,2014(s1):1024-1027.

[2]胡海燕,乐斌,胡克满.基于BP神经网络太阳电池板最佳倾角算法[J].电源技术,2014(4):683-686.